Синтез и исследование свойств углерода луковичной структуры и его композитов

• Автор: Мосеенков, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 183 с. : ил.

1 ШТПЗРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Семейство углеродных матери длов. Место УЛС в этом семействе.

1.2. Открытие углерода луковичной структуры.

1.3. Способы синтеза углерода луковичной структуры

1.3.1. Образование углерода луколичной структуры при конденсации паров углерода

1.3.2. Образование углерода луковичной структуры из конденсированной углеродной фазы

1 Образование углерода луковичной структуры путем внедрения ионов углерода

высокой энергии в металлическую положку.

1.3.4. Синтез углерода луковичной структуры путем карбонизации фенольных смол

1.3.5. Синтез углерода луковичной структуры путем высокотемпературного отжига

наноалмаза в высоком вакууме

1.4. Термическая стабильность наночастиц углерода и наноалмаза
1.5 Структура агрегатов НА.
1.6. Механизм превращения наноалмаза в углерод луковичной структуры и кинетика
графитизации наноалмаза.
1.7. Свойства углерода луковичной структуры.
1.7.1. Структурные свойства УЛС
1.7.2. Электрические свойства углерода луковичной структуры
1.7.3. Оптические свойства УЛС.
1.7.4. Трибологические свойства УЛС
1.8. Заключение к литературному обзору
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Объекты исследования.
2.1.1. Наноалмазы
2.1.2. Образцы углерода луковичной структуры.
2.2. Реактивы, использованные в работе
2.3. Дополнительная очистка образцов НА промышленной очистки
2.4. Синтез образцов углерода луковичной структуры с заданными содержанием
алмазной фазы и дефектностью
2.5. Синтез образцов углерода луковичной структуры с развитой системой пор
2.6. Получение полимерных композитов полиуретанУ Л С.
2.7. IЮЛУЧЕНИЕ полимерных композитов полимбтилмегакрилатУЛС
2.8. Физикохимические методы исследования
2.8.1. ИКФуръе спектроскопия
2.8.2. Динамическое лазерное рассеяние ДЛР.
2.8.3. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения ПЭМВР
2.8.4. Сканирующая электронная микроскопия СЭМ.
2.8.5. Оптическая микроскопия
2.8.6. Измерение температурной зависимости электрической проводимости образцов УЛС и композитов УЛСтолимерная матрица.
2.8.7. Измерение удельной поверхности образцов. Порометрия. Метод БЭТ
2.8.8. Измерение коэффициентов отражения и ослабления в с антиметро вам диапазоне длин волн коаксиальным методом
2.8.9. Измерение коэффициентов отражения и ослабления в сантиметровом диапазоне длин волн рупорным методом
2.8 Измерение коэффициентов отражения и пропускания в субмиллиметровом диапазоне длин волн 0 ТГц.
2.8 Измерение отражения в видимом и УФ диапазонах методом электронной спектроскопии диффузного отражения.
2.8 Исследование оптического ограничения методом гсканирования
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ГРУПП НАНО АЛМАЗОВ И ИХ ВЛИЯНИЯ НА ПРОЦЕСС ГРАФИТИЗАЦИИ НА
3.1. Охарактеризование порошков исходных НА .
3.2. Исследование структуры исходных НА.
3.3. Исследование размеров исходных агрегатов НА
3.4. Исследование состава поверхности исходных НА.
3.5. Исследование содержания примесей не алмазного углерода в исходных НА
3.6. Исследование стабильности водных суспензий НА
3.7. Заключение к главе 3
4 СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДА ЛУКОВИЧНОЙ СТРУКТУРЫ
4.1. Оптимизация метода синтеза УЛС.
4.2. Использование метода ЭПР для контроля степени графитизапии НА
4.3. Исследование структуры образцов УЛС
4.4. Исследование изменения разм ера агрегатов в процессе синтеза образцов УЛС
4.4. 1. Сравнительное исследование распределения агрегатов УЛС по размерам
4.4.2. Влияние температуры синтеза на средний разглер агрегатов УЛС.
4.5. Получение материала на основе УЛС с развитой поверхностью.
4.6. Заключение к главе
5 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УЛС.
5.1 Зависимость электропроводности порошков УЛС от соотношения яр.чр форм углерода
5.2 Исследование эдектрофизических свойств УЛС в различных диапазонах длин волн
5.2.1 Исследование электромагнитного отклика образцов УЛС в диапазоне 2 ГГц
5.2.2 Исследование электромагнитного отклика образцов УЛС в диапазоне ГГц
5.2.3 Исследование электромагнитного отклика образцов УЛС в диапазоне 0 ТГц
5.2.4 Исследование поглощения УЛС в видимом и УФ диапазоне
5.3 Исследование нелинейных оптических свойств органических суспензий УЛС
5.4 Заключение к главе 5.
6 ФОРМИРОВАНИЕ КОМПОЗИТОВ УЛСПОЛИМЕРНАЯ МАТРИЦА И ИЗУЧЕНИЕ ИХ
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
6.1 Влияние концентрации проводящего наполнителя на свойства получаемого
композитного материала
6.2. Исследование влияния взаимодействия полимерная матрицаУЛС на структуру
композитных материалов
6 2.1 Композитные материалы на основе ПММА и УЛС
6.2.2 Композитные материалы на основе полиуретана и УЛС.
6.3. Исследование влияния взаимодействия УЛСполимерная матрица на величину
порога перколяции полимерных комопзитов.
6.4 Заключение к главк 6.
ВЫВОДЫ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Принятые сокращения и определения
БЭТ
ВДВ
дмсо
ДТА
КВУ
КР
ПММА
ПУ
ПЭМВР
РФА РФЭС РЭС СЭМ
тпд
УЛС ЭМ свойства ЭМИ ЭМО ЭПР ЭСДО
бснзотрифуроксап
метод Брунауэра, Эммета, Теллера определения удельной поверхности
взрывчатое вещество
силы взаимодействия ВандсрВаалъса
динамическое лазерное рассеяние
дим етилсульф оксид
диметил формамид
дифференциальный термический анализ дифференциальный гравиметрический анализ каталитический волокнистый углерод функция КебулкаМупка спектроскопия комбинационного рассеяния наноалмаз
полиметилметакрилат
полистирол
полиуретан
метод просвечивающей электронной микроскопии
метод просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения
метод рентгенофазового анализа метод рсптгсновской фотоэлектронной спектроскопии метод рентгеновской эмиссионной спектроскопии метод сканирующей электронной микроскопии тринитротолуол
метод тсмпсратурпопрограммирусмой десорбции
углерод луковичной структуры
электромагнитные свойства
электромагнитное излучение
электромагнитный отклик
метод электронного парамагнитного резонанса
метод электронной спектроскопии диффузного отражения
Введение


Было установлено, что под воздействием высокой температуры процесс графитизадии начинается па поверхности первичных частиц НА и распространяется вглубь частиц наноалмаза. В определенных условиях УЛС образуется при конденсации углеродного пара. Было предположено, что интермедиатами образования УЛС могут являться не только квазисферические спиралевидные углеродные частицы 8, но центрами их роста также могут служить и молекулы фуллеренов. В этом случае на первой стадии при конденсации углеродного пара образуется углеродная чашечка, состоящая из нескольких шести и одного пятиугольника. Эта углеродная чашечка в дальнейшем может служить центром роста напотрубок углерода или фуллеренов. При этом образование в системе замкнутых структур более предпочтительно в связи с отсутствием в них нспасыще1шых оборвашгых связей. При образовании фуллсрспов в такой системе последние могут служить центромроста частиц УЛС и играть роль структурообразующего центра. В работе . ЦаЦе был подробно исследован механизм образования УЛС из сажи под воздействием пучка электронов в камере электронного микроскопа. Была использована сажа, полученная в процессе электродугового синтеза и содержащая многослойные углеродные трубки и полиэдрические многослойные частицы с внутренними полостями. Под воздействием электронного пучка происходила перестройка полиэдрических частиц углерода в частицы УЛС. Процесс перестройки проходил в несколько стадий. На первой стадии проходила аморфизация полиэдрических частиц, которая сопровождалась уменьшением внутренней полости полиэдрических частиц. На второй стадии происходила перестройка высокодефекгиых графитовых слоев с образованием упорядоченных фуллереноподобных оболочек, вложенных друг в друга. Получаемые таким способом частицы УЛС имели сферические оболочки и практические не содержали дефектов. Стоит отметить, что размер внутренней полости в частицах УЛС примерно соответствовал радиусу фуллерена Сбо На оснопашш этого факта КгоЮ предположил, что образование частиц
УЛС в данном процессе идет от центра к периферии и образующаяся внутренняя оболочка играет роль структурообразующего фактора. УЛС. УЛС в одну под воздействием электронного пучка, но предположил, что облучение одиночной частицы УЛС может привести к ее делению с образованием двух частиц УЛС. Были зарегистрированы интермедиаты процесса деления, представляющие собой две частицы УЛС, имеющие отдельные внутренние оболочки и несколько общих внешних оболочек, огибающих обе частицы. Одним из примечательных фактов, которые отметил иаг1е в своих работах, является образование высокоупорядоченной структуры УЛС, происходящее иод воздействием электронного пучка, который обычно обладает разрушающим действием для углеродных объектов. Так же следует отметить работы ВапЬаЛ и Аауап 6, с соавторами, посвященные необычному поведению конденсированной углеродной фазы, в частности УЛС, под воздействием электронного пучка высокой энергии. Авторы наблюдали сжатие частиц УЛС, подвергаемых воздействию электронного пучка, и предложили использовать их, как нанокамерьт со сверхвысоким давлением для исследования поведения различных инкапсулировашп. Ими было отмечено, что частицы УЛС, образующиеся при облучении электронным или ионным пучком при температурах 0 0 С, обладают наиболее совершенной структурой. ВапЬаИ и Аауап 6 также наблюдали формирование алмазного ядра внутри частицы УЛС под действием электронного пучка на частицу УЛС в камере электронного микроскопа при температурах выше 0 С. Это объясняли тем, что под воздействием пучка электронов высокой энергии происходит отрыв атомов углерода из внешних оболочек частицы УЛС, что приводит к их стягиванию и образованию высокого давлепия во внутренней части частицы. Возникающие давление столь велико, что приводит к уменьшению расстояний между оболочками частицы УЛС. Под воздействием этого давления происходит образование алмаза, который при этих условиях является термодинамически более устойчивым, чем графит. Синтез алмазов внутри частиц УЛС был воспроизведен позже в следующих работах ,.