kaz29Вестник Казахстанско-Британского технического университетаHerald of the Kazakh-British Technical University1998-66882959-8109Казахстанско-Британский Технический Университет10.55452/1998-6688-2025-22-3-313-323kaz29-2133Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL SCIENCESСИНТЕЗ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРАФЕНОВЫХ НАНОСТРУКТУР ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕSYNTHESIS AND TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF GRAPHENE NANOSTRUCTURES FOR USE IN SPACE TECHNOLOGYhttps://orcid.org/0000-0002-3419-6908НакысбековЖ. Т.NakysbekovZh. T.

PhD 

г. Алматы

PhD

Almaty

jhasulan@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5784-3840ЖумадиловБ. Е.ZhumadilovB. E.

магистр

 г. Алматы 

Master's degree

Almaty

zhumadilovbe@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1989-8282ПартизанГ.PartizanG.

PhD

г. Алматы

PhD 

Almaty 

gulmira.partizan@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6384-1478ИсмаиловД. В.IsmailovD. V.

PhD

 г. Алматы 

PhD

Almaty

ismailov_daniyar_v@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2244-5599ГрищенкоВ. Ф,GrishchenkoV. F.

к.ф.-м.н.

г. Алматы

Cand.Phys.-Math.Sc. 

 Almaty 

labreab@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5221-4233СуюндыковаГ. С.SuyundykovaG. S.

магистр

г. Алматы

Master's degree 

Almaty

gulnura_87_05@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9160-4357МедяноваБ. С.MedyanovaB. S.

магистр

г. Алматы 

Master's degree 

Almaty

medyanova.b@spaceres.kzhttps://orcid.org/0000-0003-2448-8074АлиевБ. А.AliyevB. A.

д.ф.-м.н.

 г. Алматы 

Dr.Phys.-Math.Sc.

Almaty 

aliyevb72@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0001-6744-6563МерейханЛ.MeirkhanL.

магистр

г. Астана 

Master's degree 

Astana 

Lazka_89_89@mail.ruТОО «Институт ионосферы»; Казахский национальный университет им. аль-ФарабиКазахстанInstitute of Ionosphere LLP; Al-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstanТОО «Институт ионосферы»КазахстанInstitute of Ionosphere LLPKazakhstanКазахский национальный университет им. аль-ФарабиКазахстанAl-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstanАлматинский технологический университетКазахстанAlmaty Technological UniversityKazakhstanКазУТБ им. К. КулажановаКазахстанK. Kulazhanov KazUTBKazakhstan202527092025223313323Copyright © Накысбеков Ж.Т., Жумадилов Б.Е., Партизан Г., Исмаилов Д.В., Грищенко В.Ф., Суюндыкова Г.С., Медянова Б.С., Алиев Б.А., Мерейхан Л., 20252025Накысбеков Ж.Т., Жумадилов Б.Е., Партизан Г., Исмаилов Д.В., Грищенко В.Ф., Суюндыкова Г.С., Медянова Б.С., Алиев Б.А., Мерейхан Л.Nakysbekov Z.T., Zhumadilov B.E., Partizan G., Ismailov D.V., Grishchenko V.F., Suyundykova G.S., Medyanova B.S., Aliyev B.A., Meirkhan L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.kbtu.edu.kz/jour/article/view/2133

В этой статье рассматривается синтез графеновых наноструктур и их трибологические свойства для применения в космических технологиях. Приведены результаты экспериментов по синтезу графена методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). В результате серии экспериментов, проведенных с целью получения оптимальных технологических параметров для получения высококачественного графена, определены оптимальные параметры синтеза, такие как температура (1000 °C) и соотношение газов (0,5/200 см3/мин). Также представлены результаты, полученные методом сканирующей электронной микроскопии (SEM), подтверждающие высокое качество синтезированных наноструктур и их однородное распределение. По результатам рамановской спектроскопии, проведенной с целью оценки качества наноструктур, установлено, что синтезированные наноструктуры являются графеном и соотношение I2D/IG равно 1,89. Анализ показал, что полученные графены имеют однослойную структуру. Трибологические эксперименты показали, что графеновое покрытие существенно снижает коэффициент трения по сравнению с обычной сталью. Полученные результаты подтвердили высокую эффективность графенового покрытия как при использовании смазочных материалов, так и в условиях сухого трения. Это открывает возможности для повышения эффективности работы трибологических систем и продления их срока службы. Дальнейшие исследования будут направлены на совершенствование методов синтеза и оценку прочностных характеристик графеновых наноструктур в условиях космической эксплуатации.

The synthesis of graphene nanostructures and their tribological properties for applications in space technologies are discussed in this article. The results of experiments on graphene synthesis using the chemical vapor deposition (CVD) method are presented. A series of experiments aimed at determining the optimal technological parameters for obtaining high-quality graphene identified the optimal synthesis conditions: temperature (1000 °C) and gas ratio (0.5/200 cm³/min). The scanning electron microscopy (SEM) results confirm the high quality of the synthesized nanostructures and their uniform distribution. Raman spectroscopy, performed to assess the quality of the nanostructures, established that the synthesized nanostructures are graphene with an I2D/IG ratio of 1.89. The analysis showed that the obtained graphene has a monolayer structure. Tribological experiments demonstrated that the graphene coating significantly reduces the coefficient of friction compared to conventional steel. The obtained results confirmed the high efficiency of the graphene coating both when using lubricants and under dry friction conditions. This opens up opportunities for improving the performance of tribological systems and extending their service life. Further research will focus on improving synthesis methods and evaluating the strength characteristics of graphene nanostructures under space operation conditions.

графенуглеродные наноструктурыкосмические материалытермическое химическое осаждение из газовой фазыgraphenecarbon nanostructuresspace materialsthermal chemical vapor depositionЗерттеу Қазақстан Республикасының Ғылым және жоғары білім министрлігі Ғылым комитетінің қаржылай қолдауымен жүзеге асырылды (ИРН BR21882375 «Жер және ғарыш сегменттерінің жоғары сенімділікті ғарыштық технологиялар өнімдерін жасау мен жаңғырту және ионосфераны зерттеу»).ReferencesGhidini, T. Materials for Space Exploration and Settlement. Nat. Mater., 17, 846–850 (2018).Ghidini, T. Materials for Space Exploration and Settlement. Nat. Mater., 17, 846–850 (2018).Chaitanya Giri, T., Steele, A., Fries, M. Evidence for protosolar graphene in Allende and QUE 94366 CV3 meteorites. Planet. Space Sci. 2021, 203.Chaitanya Giri, T., Steele, A., Fries, M. Evidence for protosolar graphene in Allende and QUE 94366 CV3 meteorites. Planet. Space Sci. 2021, 203.Merino, P., Svec, M., Martinez, J.I., Jelinek, P., Lacovig, P., Dalmiglio, M., Lizzit, S., Soukiassian, P., Cernicharo, J., Martin-Gago, J.A. Graphene etching on SiC grains as a path to interstellar polycyclic aromatic hydrocarbons formation. Nat. Commun., 5, 3054 (2014).Merino, P., Svec, M., Martinez, J.I., Jelinek, P., Lacovig, P., Dalmiglio, M., Lizzit, S., Soukiassian, P., Cernicharo, J., Martin-Gago, J.A. Graphene etching on SiC grains as a path to interstellar polycyclic aromatic hydrocarbons formation. Nat. Commun., 5, 3054 (2014).Chen, X.H., Li, A., Zhang, K. On graphene in the interstellar medium. Astrophys. J., 850, 104 (2017).Chen, X.H., Li, A., Zhang, K. On graphene in the interstellar medium. Astrophys. J., 850, 104 (2017).Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S.V., Grigorieva, I.V., Firsov, A.A. Discover of graphene: Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 306, 666–669 (2004).Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S.V., Grigorieva, I.V., Firsov, A.A. Discover of graphene: Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 306, 666–669 (2004).Bhuyan, M.S.A., Uddin, M.N., Islam, M.M., Bipasha, F.A., Hossain, S.S. Synthesis of graphene. Int. Nano Lett., 6, 65–83 (2016).Bhuyan, M.S.A., Uddin, M.N., Islam, M.M., Bipasha, F.A., Hossain, S.S. Synthesis of graphene. Int. Nano Lett., 6, 65–83 (2016).Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D.A., Zhang, Y., Dubonos, S. V., Grigorieva, I.V., Firsov, A.A. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 306, 666-669 (2004).Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D.A., Zhang, Y., Dubonos, S. V., Grigorieva, I.V., Firsov, A.A. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 306, 666-669 (2004).Yu, Q., Lian, J., Siriponglert, S., Li, H., Chen, Y.P., Pei, S.-S., Siriponglert, S. Graphene segregated on Ni surfaces and transferred to insulators. Appl. Phys. Lett., 93, 113103 (2020).Yu, Q., Lian, J., Siriponglert, S., Li, H., Chen, Y.P., Pei, S.-S., Siriponglert, S. Graphene segregated on Ni surfaces and transferred to insulators. Appl. Phys. Lett., 93, 113103 (2020).Reina, A., Jia, X., Ho, J., Nezich, D., Son, H., Bulovic, V., Dresselhaus, M. S., Kong, J. Large Area, Few-Layer Graphene Films on Arbitrary Substrates by Chemical Vapor Deposition. Nano Lett., 9, 3087 (2018).Reina, A., Jia, X., Ho, J., Nezich, D., Son, H., Bulovic, V., Dresselhaus, M. S., Kong, J. Large Area, Few-Layer Graphene Films on Arbitrary Substrates by Chemical Vapor Deposition. Nano Lett., 9, 3087 (2018).Kim, K.S., Zhao, Y., Jang, H., Lee, S.Y., Kim, J.M., Kim, K.S., Ahn, J.-H., Kim, P., Choi, J.-Y., Hong, B.H. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature, 457, 706-710 (2009).Kim, K.S., Zhao, Y., Jang, H., Lee, S.Y., Kim, J.M., Kim, K.S., Ahn, J.-H., Kim, P., Choi, J.-Y., Hong, B.H. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature, 457, 706-710 (2009).Li, X., Cai, W., An, J., Kim, S., Nah, J., Yang, D., Piner, R., Velamakanni, A., Jung, I., Tutuc, E., et al. Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils. Science, 324, 1312-1314 (2009).Li, X., Cai, W., An, J., Kim, S., Nah, J., Yang, D., Piner, R., Velamakanni, A., Jung, I., Tutuc, E., et al. Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils. Science, 324, 1312-1314 (2009).Partizan G. et al 2016 Mater. Res. Express 3 115010.Partizan G. et al 2016 Mater. Res. Express 3 115010.Ferrari, A.C., Meyer, J.C., Scardaci, V., Casiraghi, C., Lazzeri, M., Mauri, F., Piscanec, S., Jiang, D., Novoselov, K.S., Roth, S., Geim, A.K. Raman Spectrum of Graphene and Graphene Layers. Phys. Rev. Lett., 97, 187401 (2006).Ferrari, A.C., Meyer, J.C., Scardaci, V., Casiraghi, C., Lazzeri, M., Mauri, F., Piscanec, S., Jiang, D., Novoselov, K.S., Roth, S., Geim, A.K. Raman Spectrum of Graphene and Graphene Layers. Phys. Rev. Lett., 97, 187401 (2006).Saito, R., Hofmann, M., Dresselhaus, G., Jorio, A., Dresselhaus, M.S. Raman spectroscopy of graphene and carbon nanotubes. http://www.tandfonline.com/ loi/tadp20.Saito, R., Hofmann, M., Dresselhaus, G., Jorio, A., Dresselhaus, M.S. Raman spectroscopy of graphene and carbon nanotubes. http://www.tandfonline.com/ loi/tadp20.Nguyen, V.T., Le, H.D., Nguyen, V.C., Ngo, T.T.T., Le, D.Q., Nguyen, X.N. and Phan, N.M. Synthesis of multi-layer graphene films on copper tape by atmospheric pressure chemical vapor deposition method. Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol, 4, 035012 (5pp) (2013).Nguyen, V.T., Le, H.D., Nguyen, V.C., Ngo, T.T.T., Le, D.Q., Nguyen, X.N. and Phan, N.M. Synthesis of multi-layer graphene films on copper tape by atmospheric pressure chemical vapor deposition method. Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol, 4, 035012 (5pp) (2013).Ren, Y., Zhu, C., et. al. An improved method for transferring grapheme grown by chemical vapor deposition. Brief Reports and Reviews., 7 (1), 1150001 (6 pp) (2012).Ren, Y., Zhu, C., et. al. An improved method for transferring grapheme grown by chemical vapor deposition. Brief Reports and Reviews., 7 (1), 1150001 (6 pp) (2012).Berman, D., Erdemir, A., Sumant, A.V. Graphene: A new emerging lubricant. Materials Today, 18 (5), 253–264 (2015).Berman, D., Erdemir, A., Sumant, A.V. Graphene: A new emerging lubricant. Materials Today, 18 (5), 253–264 (2015).Li, H., Xu, T., Zhang, Z. Wear resistance and frictional properties of graphene-based coatings under different conditions. Wear, 452, 203–211 (2020).Li, H., Xu, T., Zhang, Z. Wear resistance and frictional properties of graphene-based coatings under different conditions. Wear, 452, 203–211 (2020).Song, H., Wang, X., Zhou, F. Solid lubricants: Recent developments and applications. Tribology International, 129, 333–344 (2018).Song, H., Wang, X., Zhou, F. Solid lubricants: Recent developments and applications. Tribology International, 129, 333–344 (2018).Fang, L., Cui, Z., Wang, W. Lubrication performance of graphene as a lubricant additive. Wear, 384, 119–123 (2017).Fang, L., Cui, Z., Wang, W. Lubrication performance of graphene as a lubricant additive. Wear, 384, 119–123 (2017).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.