Влияние углеродных нанотрубок на физико-химические свойства геликоидальных жидкокристаллических фаз

• Автор: Смирнова, Марина Викторовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Жидкокристаллическое состояние вещества

1.2. Строение и свойства геликоидальных жидкокристаллических фаз

1.2.1. Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы

1.2.2. Холестерические жидкие кристаллы

1.3. Углеродные нанотрубки: строение, методы получения

и свойства

1.4. Дисперсии углеродных нанотрубок в различных конденсированных средах

1.5. Метод молекулярно-динамического моделирования жидкокристаллических систем
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И
МОДЕЛИРОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.2. Методы исследования и оборудование
ГЛАВА 3. ТЕРМОТРОПНЫЙ МЕЗОМОРФИЗМ ГЕЛИКОИДАЛЬНЫХ
ФАЗ В СИСТЕМАХ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ
3.1. Идентификация углеродного наносенсибилизатора «Таунит-М» и создание на его основе стабильных дисперсий
3.2. Термотропный мезоморфизм композиций СЭЖК - МУНТ
3.3. Термотропный мезоморфизм композиций ХЖК - МУНТ
ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КОМПОЗИЦИЙ
СЭЖК - МУНТ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВНЕШНЕГО
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
4.1. Основные электрооптические параметры СЭЖК и композитов с МУНТ на его основе

4.2. Феноменологическая теория Ландау фазового перехода
БтА* - БтС*
4.3. Диэлектрические свойства композиций СЭЖК -МУНТ..
ГЛАВА 5. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ
КОМПОЗИТЫ ХЖК - МУНТ
5.1. Оптические свойства холестерических мезогенов и композитов с МУНТ на их основе
5.2. Вязкоупругие свойства композитов ХЖК - МУНТ
5.3. Молекулярно-динамическое моделирование системы
ХЖК-УНТ
ГЛАВА 6. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
КОМПОЗИТА ПОЛИМЕР - МНОГОСТЕННЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ
НАНОТРУБКИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы и степень ее разработанности. В области создания новых органических композиционных материалов особое место, по мнению ряда ведущих исследователей, занимает сочетание жидких кристаллов (ЖК) и углеродных нанотрубок (УНТ). На первый взгляд, ЖК и УНТ принадлежат к двум «различным мирам», но в последнее время все больше фактов подтверждает наличие у них большего сходства, чем можно было ожидать: оба объекта принадлежат к анизотропным материалам, могут формировать ЖК-фазы, и дополняют друг друга, обеспечивая взаимную ориентацию.
Физико-химические свойства компонентов дисперсий ЖК - УНТ, с одной стороны, способны обеспечивать оптимальные характеристики по чувствительности, быстродействию, электропроводности, а с другой, -выдерживать интенсивное световое облучение, высокие механические нагрузки и существенный перепад температур. Среди ЖК-матриц особенно перспективны и в то же время наименее изучены геликоидальные мезогены сегнетоэлектрического и холестерического типов (СЭЖК и ХЖК). Возросший интерес к спиралевидным фазам обусловлен двумя практическими аспектами. Во-первых, наличием самопроизвольного упорядочения электрических диполей в СЭЖК-фазе, открывающего возможность создания систем оптической обработки информации. Во-вторых, способностью ХЖК-фазы к селективному отражению циркулярно поляризованного света, что обуславливает возможность создания устройств для индикации температур и визуализации электромагнитных излучений. В свою очередь одностенные и многостенные углеродные нанотрубки привлекли всеобщее внимание благодаря значительному прикладному потенциалу, обусловленному крайне высокой анизотропией их электронных, механических, термических, магнитных и оптических свойств.
При этом опубликованные данные, посвященные дисперсиям ЖК - УНТ, носят противоречивый характер и остается открытым вопрос о концентрационной зависимости физико-химических свойств композитов. Именно поэтому изучение

инертного газа [62]. На выход и форму нанотрубок здесь влияет меньшее число параметров, чем при дуговой сублимации графита. В последнее время исследователи все большее предпочтение отдают пиролитическому синтезу УНТ из газообразных углеводородов, во многом приоритет отдается каталитическим процессам, позволяющим получать с относительно высоким выходом не только многостенные, но и одностенные УНТ [63].
Особый интерес ученых к исследованиям УНТ во многом обусловлен их значительным прикладным потенциалом. Вследствие экстремального аспектного отношения и большой удельной поверхности, трубки характеризуются крайне высокой анизотропией физических свойств. Электронные свойства УНТ, такие, как проводимость, концентрация и подвижность носителей, ширина запрещенной зоны, определяются ее геометрией (диаметром и хиральностью) [56]. Подобные миниатюрные объекты с варьируемыми электронными характеристиками можно рассматривать в качестве возможных элементов устройств для наноэлектроники: транзисторы, нанопровода и прозрачные проводящие поверхности [64]. Привлекательные эмиссионные характеристики УНТ, обусловленные ее хорошими проводящими свойствами, создают перспективы использования нанотрубок в качестве полевых эмиттеров [65].
Необыкновенные механические и термические свойства идеальных нанотрубок определяются необычно высокой прочностью лр2-связей С-С, большой плотностью упаковки атомов в графенах и отсутствием или малой плотностью дефектов в структуре. Рекордно высокие значения модуля Юнга (порядка терапаскаля) [66], предела прочности при растяжении (порядка гигапаскаля) [67] и коэффициента теплопроводности (превышающего показатели алмаза и составляющего 6600 Вт/м-К) [68] представляют интерес с точки зрения создания новых композиционных материалов и сверхпрочных волокон [69].
Интересной особенностью МУНТ является проявление электромеханических свойств. Установлено, что электрическое сопротивление нанотрубки, телескопически удлиняемой путем вытягивания ее внутренних частей, нелинейно возрастает с увеличением механической нагрузки [70].