Кавитационный синтез наноструктурированного углеродного материала

• Автор: Стебелева, Олеся Павловна
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Существующие методы синтезирования наноуглеродных структур
1.1 Получение фуллеренов и других углеродных наноструктур
1.2 Гидратированный фуллерен
1.3 Кинетика кавитационного воздействия
1.4 Оборудование кавитационной технологии
1.5 Цели и задачи диссертационного исследования
2 Методика экспериментального исследования
2.1 Суперкавитационный миксер
2.2 Объект исследования и техника эксперимента
2.3 Средства и методы контроля
2.3.1 Рентгеноспектральный анализ
2.3.2 Рентгенофазовый анализ
2.3.3 Синхронный термический анализ
2.3.4 Микроскопия
2.3.5 Методы электронно-парамагнитного резонанса и
мессбауэровской спектроскопии
2.4 Методы регистрации физико-химических свойств воды
2.4.1 Контрольно-измерительные приборы и оборудование
2.4.2 Методика проведения измерений физико-химических
характеристик воды
2.4.3 Регрессионный анализ экспериментальных данных
2.5 Оценка достоверности полученных результатов
2.6 Выводы
3 Изменения физико-химических свойств углеродных материалов при кавитационной обработке
3.1 Оптические и электронно-микроскопические исследования кавитационно-активированных материалов
3.2 Изменения внутренней структуры углеродного материала
в результате кавитационной обработки по данным ЭПР и мессбауэровской спектроскопии
3.3 Образование фуллерена Сбо и С70 в процессе кавитационного синтеза
3.3.1 Рентгеновский фазовый анализ КАУМ
3.3.2 Синхроннотермический анализ КАУМ
3.4 Феноменологическая модель образования КАУМ
3.5 Выводы
4 Применение КАУМ в качестве модифицирующих добавок
4.1 Влияние наномодификаторов углеродного типа на трибологические свойства жидких минеральных масел
4.1.1 Влияние фуллеренов на трибологические свойства жидких минеральных масел
4.1.2 Износ стальных поверхностей при использовании КАУМ
в качестве присадки к смазочным материалам
4.2 Использование наномодификаторов активированного типа для термопластического серного вяжущего в стройиндустрии
4.2.1 Использование КАУМ в качестве модификатора
для строительных материалов на основе серного вяжущего
4.3 Использование КАУМ в качестве модификатора для строительных материалов на основе цементного вяжущего
4.4 Выводы
4.5 Первостепенные задачи дальнейших исследований
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ Акты об использовании результатов диссертационной работы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы определяется необходимостью получения и использования, новых углеродных наноструктурных композиций и материалов с нетривиальными физико-механическими свойствами для реализации новых возможностей, обусловленных современными тенденциями развития науки и техники, а также усовершенствования методов и средств их синтеза.
Разработке и применению технологий синтеза углеродных наноматериалов посвящены труды П. Н. Дьячкова, Кеннет и Стефен Деффейс, А. И. Лямкина, А. М. Ставера, Г. А. Чигановой, Г. Н. Чурилова и многих других исследователей и практиков. Существующие технологии получения углеродных наноматериалов сложны, энергозатратны, являются дорогостоящими в производственном цикле, что составляет важную задачу для экономики страны, заключающуюся в производстве и использовании новых наноструктурных композиций и материалов с учетом повышения эффективности методов их получения.
В этой связи целесообразно использование наукоемких технологий, в частности, эффектов кавитационной технологии, достаточно легко реализуемой, энергоэффективной и в ряде случаев не имеющей альтернативы.
Технологическое применение эффектов кавитации, а также описание оборудования для кавитационной обработки многокомпонентных гетерофаз-ных сред отражено в работах А. М. Балабышко, С. А. Есикова, А. К. Звезди-на, В. М. Ивченко, А. Я. Исакова, В. А. Кулагина, Л. И. Мальцева, М. А. Маргулиса, А. Ф. Немчина, М. А. Промтова, В. П. Ружицкого, Е. А. Сморо-дова, А. Шёргера и др., в которых отмечается зависимость эффективности и качества обработки водных суспензий от целого ряда гидродинамических и теплофизических параметров. Однако их влияние на свойства обрабатываемых сред до конца не изучено, отсутствуют сведения о режимных параметрах получения наноструктурных материалов вообще, и углеродных структур, в частности, что подчеркивает актуальность данной диссертационной работы и в плане установления технологических режимов кавитационного синтеза
В роторно-турбулизирующих аппаратах (РТА) интенсивная турбулиза-ция потока и срывная кавитация реализуются за счет срыва потока с граней лопастей ротора аппарата. В [69] показаны примеры конструктивных схем суперкавитирующих (СК) аппаратов на базе суперкавитирующих насосов. Принципиально новыми являются СК-рёакторы с плоскими клиновидными профилями, которые используются в качестве аппаратов, перекачивающих и одновременно обрабатывающих технологические жидкости.
Подробное описание и экспериментальные данные по характеристикам этих новых типов скоростных кавитационных аппаратов даны в [98]. Количество и размеры кавитационных пузырьков, образующихся в хвостовой части нестационарных суперкаверн определяются гидродинамическими параметрами течения (скоростью потока, длиной суперкаверн и т. д.). Изменяя параметры течения, легко регулировать размеры и количество кавитационных пузырьков, а, следовательно, и степень кавитационного воздействия на технологические потоки.
В основе расчета любого кавитационного аппарата лежит задача об определении его геометрических параметров и гидродинамических характеристик, т. е. о нахождении распределения давлений и скоростей, размеров каверн при обтекании элементов рабочих органов в режимах развитой кавитации. В основу расчета лопастных СК-механизмов положены задачи суперка-витационного обтекания элемента лопасти или плоской решетки профилей, которая эквивалентна решетке лопастного механизма [69, 99].