Исследование процессов химического взаимодействия гидросиликатных нанотрубок с водными растворами гидроксидов и солей щелочных металлов (Na, K, Cs) и водно-спиртовыми растворами (RCH2-OH)

• Автор: Масленникова, Татьяна Петровна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1 ВВЕДЕНИЕ

2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1 Углеродные нанотрубки. Открытие, исследование,

практическое использования

2.2 Поиск и синтез неорганических соединений, обладающих

тубулярным строением. Практический интерес

2.2.1 Нанотрубки халькогенидон

2.2.2 Оксидные нанотрубки

2.2.3 Хлоридные нанотрубки

2.2.4 Ианотрубки и других нитридов

2.2.5 Синтез и структура уранилсслеиатнмх нанотрубок
2.3 Гидросиликатные ианотрубки галлуазит, имоголит,
хризотил
2.4 Получение синтетического хризотила
2.5 Механизм образования и роста ианотрубок в
гидротермальных условиях
2.6 Специфические особенности нанотрубок. Заполнение
нанотрубок, поверхностное модифицирование
2.7 Выводы из литературного обзора
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Приготовление исходных образцов
3.2 Гидротермальный синтез гидросиликатных нанотрубок
3.3 Методика заполнения нанотрубок
3.3.1 Методика заполнения нанотрубок водными растворами
3.3.2 Заполнение нанотрубок гидросиликата магния обработкой
водносниртовыми растворами
3.4 Общее описание основных физикохимических методов
исследования синтезированных образцов
3.4.1 Рентгенофазовый анализ
3.4.2 Просвечивающая электронная микроскопия ПЭМ
3.4.3 Термический анализ
3.4.4 ИКспсктроскопия образцов
3.4.5 Определение удельной поверхности
3.4.6 Элементный анализ
3.4.7 Определение плотности растворов
3.4.8 Оптические методы
3.4.8.1 Рефрактометрический метод
3.4.8.2 Иммерсионный метод
3.4.9 рНметрия
4 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
4.1. Гидротермальный синтез и КЬгндросилнкатов со
структурой хризотила
4.2 Образование и рост нанотрубок и КЬхризотила в
гидротермальных условиях
4.3 Заполнение трубок водными растворами
4.3.1 Заполнение гидроенликатных нанотрубок водой
4.3.2 Заполнение цилиндрических нанотрубок 1Уз5ОН
гидроксидами К, Сэ, 8 в атмосферных условиях
4.3.3 Заполнение цилиндрических нанотрубок 51
гидроксидами К, С, Ка в атмосферных условиях
4.3.4 Обработка цилиндрических трубок М8хризотила
растворами хлоридов К, С, Ка
4.3.5 Обработка цилиндрических трубок КЬхризотила
растворами хлоридов К, Се, Ка
4.3.6 Обработка конусовидных трубок 1хризотила растворами
гидроксидов и хлоридов щелочных металлов 3, К, Сб
4.3.7 Обработка цилиндрических трубок Мхрнзотнла водно
спиртовыми растворами при различных температурновременных параметрах.
4.3.8 Заполнение цилиндрических трубок М и Шхризотила
растворами гидроксидов и солей щелочных металлов в гидротермальных условиях
4.4 Модифицирование цилиндрических трубок Мйхризотила
титаноксидными структурами
4.5 Возможности применения нанореакторов разного состава
и КЬхризотил в различных областях
5 материаловедения и современной техники ВЫВОДЫ
6 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1
Приложение 2
1. ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


В выполнении отдельных разделов данной работы принимала непосредственное участие инж. ИХС РАН К. С. Кряжева. Ряд результатов по исследованию состава и структуры нанотрубок и композитов выполнены с привлечением современных методов исследования на оборудовании и в соавторстве с сотрудниками Института химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН н. И.А. Дроздова, к. В.Л. Уголков, н. I.. Пивоварова, Физикотехнического института им. И.А. Иоффе РАН н. Л.Л. Ситникова, Институт геологии и геохронологии докембрия РАН с. Д. Толкачев, вед. М.Р. Павлов, СанктПетербургского Государственного Технологического института Технического университета к. Малков, студ. А.М. Штыхова, Института высокомолекулярных соединений РАН д. В.Е. Юдин, д. И.П. Добровольская, к. И.В. Гофман, СанктПетербургского государственного университета д. В.В. Войтылов. Углеродные нанотрубки. Фуллерены это замкнутые структуры, поверхность которых выполнена шестиугольниками и пятиугольниками с атомами углерода в вершинах . Открытие фуллсренов было отмечено Нобелевской премией за г. Хотя общеизвестным является факт наблюдения структуры многостенных нанотрубок Ииджимой в г. Рисунок 2. Идеальная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр графитовую плоскость поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которой располагаются атомы углерода. Результат такой операции зависит от угла ориентации графитовой плоскости относительно оси нанотрубки. Все углеродные нанотрубки можно разделить на одностенные и многостенные. Идеальная одностенная нанотрубка не образует швов при сворачивании и заканчивается полусферическими вершинами, содержащими, вместе с правильными шестиугольниками также по шесть правильных пятиугольников рис. Рисунок 2. Особое место среди одностенных нанотрубок занимают так называемые iнанотрубки или нанотрубки с хиральностью , . По расчетам 3, , нанотрубки с такой структурой должны обладать чисто металлической проводимостью. Термодинамические расчеты показывают , что такие трубки имеют повышенную стабильность и преобладают над трубками другой хиральности в условиях, когда преимущественно образуются одностенные нанотрубки. Многостенные i нанотрубки отличаются от одностенных значительно более широким разнообразием форм и конфигураций рис. Разнообразие структур проявляется как в продольном, так и в поперечном направлении. Рисунок 2. Структура типа русской матршки i представляет собой совокупность коаксиально вложенных друг в друга цилиндрических трубок. Другая разновидность этой структуры представляет собой совокупность вложенных друг в друга коаксиальных призм. Наконец, последняя из приведнных структур напоминает свиток рис. Реализация той или иной структуры многостенных нанотрубок в конкретной экспериментальной ситуации зависит от условий синтеза. Анализ имеющихся экспериментальных данных указывает, что наиболее типичной структурой многостенных нанотрубок является структура с попеременно расположенными по длине участками типа русской матршки. При этом трубки меньшего размера последовательно вложены в трубки большего размера 2. Углеродные нанотрубки обладают целым рядом ценных свойств, например, электронные свойства и электропроводность трубок исследованы в 3, , эмиссионные характеристики , , магнитные свойства , сверхпроводимость , оптические свойства . Механические применения сверхпрочные нити, композитные материалы, нановссы. Применения в микроэлектронике транзисторы, нанопровода, прозрачные проводящие поверхности, топливные элементы. Создание соединений между биологическими нейронами и электронными устройствами в новейших нейрокомньютерных разработках. Капиллярные применения капсулы для активных молекул, хранение металлов и газов, нанопнпетки. Оптические применения дисплеи, светодиоды. Медицина в стадии активной разработки. Одностенные нанотрубки являются миниатюрными датчиками для обнаружения молекул в газовой среде или в растворах с ультравысокой чувствительностью при адсорбции на поверхности нанотрубки молекул е электросопротивление, а также характеристики нанотранзистора могут изменяться.