Дисперсные системы с многостенными углеродными нанотрубками

Евгений Семенович Климов, Ирина Алексеевна Макарова, Мария Владимировна Бузаева, Ольга Александровна Давыдова, Екатерина Сергеевна Ваганова, Артем Владимирович Исаев, Дмитрий Владимирович Козлов, Никита Андреевич Бунаков

Аннотация


Исследованы функционализация поверхности многостенных углеродных нанотрубок полярными группами, влияние типа и размеров частиц наноуглеродных материалов на устойчивость дисперсной системы. Изучено образование дисперсных систем многостенных углеродных нанотрубок с акриловыми мономерами. Физико-химическими методами анализа исследована структура и свойства многостенных углеродных нанотрубок после различных способов модифицирования их поверхности. Углеродные нанотрубки склонны к образованию агломератов, что затрудняет их введение в композиционные материалы, в том числе на основе полимерных матриц. Для придания необходимых технологических свойств (совместимость с матрицей материала, образование устойчивой дисперсии) их модифицируют различными способами. Карбоксилирование поверхности приводит к лучшей совместимости многостенных углеродных нанотрубок с полярными растворителями или мономерами, следовательно для диспергирования в матрицу материала наиболее перспективными по технологическим свойствам являются многостенные углеродные нанотрубки, функционализированные прививкой на поверхности полярных карбоксильных групп и образующие устойчивую дисперсную систему с акриловыми мономерами. Обработка химическими реагентами приводит к уменьшению диаметра нанотрубок за счет снятия графеновых слоев, поверхность трубок при этом становится микродисперсной. На образование устойчивой дисперсной системы оказывают влияние тип углеродных нанотрубок, содержание трубок в мономере, вязкость дисперсионной среды. Уменьшение размеров частиц приводит к большей устойчивости дисперсной системы, однако при этом увеличивается удельная поверхность и способность углеродных нанотрубок к агломерации, что приводит к уменьшению устойчивости системы, поэтому для получения дисперсионной системы необходима ультразвуковая обработка в течение нескольких минут. Время диспергирования для получения устойчивой системы зависит как от процентного содержания многостенных углеродных нанотрубок в мономере, так и от строения мономера. При использовании более вязкого раствора полимера – полиметилметакрилата в собственном мономере дисперсия стабильна. В этом случае процесс термоотверждения метилметакрилата протекает без отклонений и нанотрубки равномерно распределяются в образующемся полимере.

Ключевые слова


дисперсная система; функционализация; многостенные углеродные нанотрубки

Полный текст:

PDF

Литература


Iijima, S. Helical microtubules of graphitic carbon / S. Iijima // Nature. – 1991. – Vol. 354, № 7. – P. 56–58. doi:10.1038/354056a0

Раков, Э.Г. Нанотрубки и фуллерены / Э.Г. Раков. – М.: Университетская книга, Логос, 2006. – 376 с.

Sanchez, F. Nanotechnology in Concrete – a Review / F. Sanchez, K. Sobolev // Construction and Building Materials. – 2010. – № 24 (11). – Р. 60–71. doi:10.1016/j.conbuildmat.2010.03.014

Abu Al-Rub, R.K. On the Aspect Ratio Effect of Multi-Walled Carbon Nanotube Reinforcements on the Mechanical Properties of Cementitious Nanocomposites / R.K. Abu Al-Rub, A.I. Ashour, B.M. Tyson // Construction and Building Materials. – 2012. – V. 35. – P. 647–655. doi:10.1016/j.conbuildmat.2012.04.086

Лукашин, А.В. Функциональные наноматериалы / А.В. Лукашин, А.А. Елисеев, Ю.Д. Третьякова. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 456 с.

Углеродный наноматериал «Таунит» – структура, свойства, производство и применения / А.Г. Ткачев // Перспективные материалы. – 2007. – Т. 177, № 3. – С. 5–9.

Дьячков, П.Н. Углеродные нанотрубки. Строение, свойства, применения / П.Н. Дьячков. – М.: Бином, 2006. – 293 с.

Микитаев, А.К. Полимерные нанокомпозиты. Многообразие структурных форм и приложений / А.К. Микитаев, Г.В. Козлов, Г.Е. Заиков. – М.: Наука, 2009. – 278 с.

Carbon nanotube–polymer composites: chemistry, processing, mechanical and electrical properties / Z. Spitalsky, D. Tasis, K. Papagelis, C. Galiotis // Progress in Polymer Science. – 2010. – V. 35. – P. 357–401. doi:10.1016/j.progpolymsci.2009.09.003

Rheological behaviour of multiwalled carbon nanotubes/polycarbonate composites / P. Potschke, T.D. Fornes, D.R. Paul // Polymer. – 2002. – V. 43. – P. 3247–3255. doi:10.1016/S0032-3861(02)00151-9

Experimental study on the thermal and mechanical properties of multi-walled carbon nanotube-reinforced epoxy / Y. Zhou, F. Pervin, L. Lewis, S. Jeelani // Materials Science and Engineering. – 2007. – V. 452–453. – P. 657–664. doi:10.1016/j.msea.2006.11.066

New solvents for Nanotubes: Approaching the dispersibility of surfactants / S.D. Bergin, Z. Sun, P. Streich et al. // J. Phys. Chem. C. – 2010. – V. 114. – P. 231–237. doi:10.1021/jp908923m

Optimizing surfactant concentrations for dispersion of single-walled carbon nanotubes in aqueous solution / A.J. Blanch, C.E. Lenehan, J.S. Quinton // J. Phys. Chem. B. – 2010. – V. 114. – P. 9805–9811. DOI: 10.1021/jp104113d

Surface oxidation and effect of electric field on dispersion and colloids stability of multiwalled carbon nanotubes / M. Farbod, S.K. Tadavani, A. Kiasat // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2011. – V. 384. – № 1. – P. 685–690. doi:10.1016/j.colsurfa.2011.05.041

Модифицирование углеродных нанотрубок и синтез полимерных композитов с их участием / Э.Р. Бадамшина, М.П. Гафурова, Я.И. Эстрин // Успехи химии. – 2010. – Т. 79, № 11. – С. 1027–1064.

Нанокомпозиты: проблемы наполнения / Н. Степанищев // Пластикс. – 2010. – Т. 86, № 4. – C. 23–27.

Изменение поверхности полимерных композитов, армированных углеродными нанотрубками / Е.С. Ваганова, О.А. Давыдова, М.В. Бузаева и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Химия». – 2016. – Т. 8, № 3. – С. 35–41. doi:10.14529/chem160305

Акриловый композит с включением многостенных углеродных нанотрубок / Е.С. Ваганова, О.А. Давыдова, М.В. Бузаева и др. // Пластические массы. – 2017. – № 5–6. – С. 25–27.

Arjayan, P.M. Nanocomposite science and technology / P.M. Arjayan, L.S. Schadler, P.V. Braun. – Willey, 2003. – 223 р. DOI:10.1002/3527602127

Коллоидно-химические аспекты взаимодействия ПАВ с поверхностью полимеров / В.П. Барабанов, С.А. Богданова // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. – № 4. – С. 7–25.

Градус, Л.Я. Руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии / Л.Я. Градус. – Москва, 1979. – 287 с.

Wang, J.J. High utilization platinum deposition on single-walled carbon nanotubes as catalysts for direct methanol fuel cell / J.J. Wang, G.P. Yin, J. Zhang // Electrochimica Acta. – 2007. – V. 52. – P. 7042–7050. doi:10.1016/j.electacta.2007.05.038

Chiang, Y.C. The influence of treatment duration on multiwalled carbon nanotubes functionalized by H2SO4 / HNO3 oxidation / Y.C. Chiang, W.H. Lin, Y.C. Chang // Applied Surface Science. – 2011. – V. 257. – P. 2401–2410. doi:10.1016/j.apsusc.2010.09.110

Модифицирование многостенных углеродных нанотрубок карбоксильными группами и определение степени функционализации / М.Н. Кирикова, А.С. Иванов, С.В. Савилов, В.В. Лунин // Известия АН. Сер. химическая. – 2008. – № 2. – С. 291–295.

Некоторые аспекты синтеза многостенных углеродных нанотрубок химическим осаждением из паровой фазы и характеристики полученного материала / Е.С. Климов, М.В. Бузаева, О.А. Давыдова и др. // Журнал прикладной химии. – 2014. – Т. 87. – № 8. – С. 1128–1132.

Изменение поверхности и свойств многостенных углеродных нанотрубок при физико-химическом модифицировании / Е.С. Климов, М.В. Бузаева, О.А. Давыдова и др. // Журнал прикладной химии. – 2015. – Т. 88. – № 8. – С. 1105–1110.

Структура и свойства «нематически упорядоченных» аэрогелей / В.Е. Асадчиков, Р.Ш. Асхадуллин, В.В. Волков и др. // Письма в ЖЭТФ. – 2015. – Т. 101, № 8. – С. 613–619.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.