Получение наноструктурированных композиционных материалов на основе оксида алюминия : золь-гель способ

• Автор: Кривошапкина, Елена Федоровна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Волокна оксида алюминия.

1.2 Способы получения волокон.

1.3 Зольгель технологии получения волокон

1.3.1 Синтез и устойчивость золя оксида алюминия

1.3.2 Синтез золей с использованием неорганических солей алюминия.

1.3.3 Поверхностные силы в лиофобных золях

1.3.4 Способы формования волокон из золей оксида алюминия.

1.4 Самопроизвольное формирование волокон.

1.5 Применение частиц и волокон оксида алюминия.

1.5.1 Полимерные композиционные материалы.
1.5.2 Керамические асимметричные мембраны.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Исходные вещества и методики синтеза объектов изучения
2.1.1 Исходные реактивы.
2.1.2 Методика синтеза золей оксида алюминия
2.1.3 Методика синтеза пленок из наночастиц оксида алюминия.
2.1.4 Методика синтеза нановолокон оксида алюминия из органонеорганического композита.
2.1.5 Получение нановолокон оксида алюминия без использования органонеорганического композита.
2.1.6 Методика получения органонеорганического нанокомпозита состава КФС нановолокнананочастицы оксида алюминия.
2.1.7 Методика получения органонеорганических нанокомпозитов на основе эпоксидного полимера
2.1.8 Методика получения образцов бокситовой керамики.
2.1.9 Методика получения образцов керамики кордиеритового состава.
2.1. Методика синтеза керамических мембран с активным слоем из наночастиц оксида алюминия.
2.1. Методика синтеза керамических мембран с активным слоем из нановолокон оксида алюминия.
2.2 Методы исследования дисперсных систем
2.2.1 Определение размеров частиц дисперсной фазы золей.
2.2.2 Определение циклометрической плотности дисперсных систем золей
2.2.3 Определение реологических характеристик
2.2.4 Определение массовой доли дисперсной фазы в золе
2.3 Методики исследования волокон и органонеорганических материалов
2.3.1 Элементный химический анализ волокон органонеорганического и неорганического состава.
2.3.2 Методика проведения анализа материалов из КФС на растворимость в воде и содержание свободного формальдегида.
2.3.3 Исследование физикомеханических свойств органонеорганических и неорганических материалов.
2.4 Методики исследования микропористой керамики и керамических мембран.
2.4.1 Химический анализ минерального сырья
2.4.2 Методика определения пикнометрической плотности минералов .
2.4.3 Методика проведения седимснтационного анализа.
2.4.4 Методика определения массовой и объемной усадки пористой керамики
2.4.5 Методика определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения
2.4.6 Методика измерения удельной производительности пористой керамики
2.4.7 Исследование бокситовой керамики методом ртутной порометрии.
2.4.8 Исследование керамических мембран методом малоуглового синхротронного рассеяния.
2.4.9 Исследование керамических мембран методом физической сорбции азота
2.5 Физикохимические методы исследования изучаемых объектов.
2.5.1 Методы оптической и электронной микроскопии.
2.5.2 Метод твердотельной ЯМР спектроскопии на ядрах А7.
2.5.3 Дифференциальная сканирующая калориметрия.
2.5.4 Рентгенофазовый анализ минерального сырья и продуктов термической обработки.
ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ РОСТА НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И
ОЦЕНКА ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ ГИДРАТИРОВАННОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
3.1 Получение микроразмерных волокон, изучение их состава и структуры
3.2 Модель роста неорганических волокон из гелей
3.3 Изучение процессов формирования нановолокон оксида алюминия.
3.4 Оценка поверхностных свойств в золях гидратированного оксида алюминия
ГЛАВА 4. ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, СОДЕРЖАЩИЕ НАНОЧАСТИЦЫ И НАНОВОЛОКНА ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
4.1 Композиционные материалы на основе карбамидоформальдегидных смол
4.2 Композиционные материалы на основе эпоксидных полимеров.
ГЛАВА 5. АСИММЕТРИЧНЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ С АЛЮМООКСИДНЫМ СЕЛЕКТИВНЫМ СЛОЕМ.
5.1 Получение и исследование свойств микропористой керамики кордиеритового состава
5.2 Получение микропористой керамики методом выгорающей добавки и
исследование ее свойств.
5.3 Получение и исследование свойств алюмооксидных керамических мембран .
5.4 Получение и исследование свойств мембраннокаталитических систем
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж
ПРИЛОЖЕНИЕ И
ПРИЛОЖЕНИЕ К
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
В работе использованы следующие сокращения, принятые в научной литературе
СЭМ сканирующая электронная микроскопия
ПЭМ просвечивающая электронная микроскопия
РФА рентгенофазовый анализ
ДСК дифференциальная сканирующая калориметрия
БЭТ метод, положенный в основу измерения удельной поверхности,
названный по инициалам его авторов Брунауэр, Эммет, Теллер
ЯМР ядерный магнитный резонанс
Ттемпература, С
Буя удельная поверхность, м2г
ПВС поливиниловый спирт
КФС карбамидоформальдегидная смола
МКЦ микрокристаллическая целлюлоза
ПАВ поверхностноактивные вещества
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


На сегодняшний день известно множество синтетических подходов к получению функциональных материалов с заданной морфологией наночастиц. Ряд материалов таких, как тетрагексаэдры, нанотрубки, сверхрешетки, пористые сферы, нанопалочки и другие функциональные материалы были синтезированы с использованием различных химических и физических методик. Понимание причин изменения формы в ходе синтеза необходимо для осуществления более тонкого контроля размера и свойств наночастиц, что является крайне важным для рационального дизайна функциональных материалов. Как правило, эволюция морфологии обусловлена стремлением частиц к минимизации поверхностной энергии либо кинетическими условиями роста. Исследования самоорганизующихся химических систем продолжаются и приносят интересные результаты. Зольгель способ, основанный на фундаментальных закономерностях формирования коллоидных систем, является одним из способов получения наноразмерных частиц различной формы. Данный подход позволяет получать частицы в пределах от единиц до десятков нм, регулировать их размеры и морфологию. В химической технологии имеют большое значение волокна и волокнистые материалы. Волокном принято называть элемент, у которого отношение длины к поперечному размеру составляет не мснсс 1 1. Современный уровень развития техники позволяет получать волокна из различных веществ и материалов и, таким образом, обеспечивать необходимый комплекс физикохимических характеристик для каждого конкретного применения. Первоначально, в начале х гг. С, однако не рассчитанных на какуюлибо серьезную механическую нагрузку. Новый виток развития керамические волокна малого не более мкм диаметра получили с тех пор, как появилась необходимость получения армирующих волокон для керамических, металлических композитов с температурой применения выше 0 С 2 и полимерных композитов с улучшенными физикомеханическими свойствами. Первым из них является достаточная гибкость для того, чтобы возможным было изготовление заготовок различной формы и размеров для дальнейшего формования композита. Достаточную гибкость, даже для материалов с высоким модулем упругости, обеспечивает малый диаметр волокон, т. Также для большей технологичности процесса получения композитов регламентируется значение минимального значения относительного удлинения волокна до разрушения. Для облегчения создаваемых материалов и конструкций также предъявляются требования к плотности волокна не должна превышать 5 гсм3. Необходимыми являются долговременная химическая и термическая стабильность и сопротивление ползучести при температуре свыше С. Среди тугоплавких оксидов не для всех налажено промышленное производство волокон. Оксид алюминия в этом плане является одним из перспективных оксидов. Его производные получают из природных минералов бокситов, нефелинов, каолинов, что дает ряд преимуществ перед оксидами циркония, гафния, тория и т. Промышленные методы формования таких высокотемпературных волокон, как правило, включают получение золей оксидов, к чему не склонны оксиды элементов II группы. Высокие химическая и термическая стабильность оксида алюминия обусловлены его структурой. Оксид алюминия кристаллизуется в нескольких модификациях, однако наиболее устойчивой из них является аАЬОз корунд. Реализация высокой химической и термической стабильности оксида алюминия в волокнах, т. Классифицировать подобные волокна можно по нескольким позициям. По степени кристалличности монокристаллы, поликристаллическис. Аморфные керамические волокна встречаются крайне редко . Вискеры нитевидные кристаллы или кристаллы игольчатой формы с большим отношением длинадиаметр 1с . Обычно длина вискеров не превышает мм. Большой интерес к висксрам вызван, в первую очередь, их высокими упругопрочностными свойствами и жаропрочностью. Наиболее совершенные вискеры получают с применением сублимации веществ, однако для такого тугоплавкого вещества как оксид алюминия такой метод мало применим. С позиций технологичности предпочтительней метод, включающий проведение реакции в газовой фазе с последующим осаждением продуктов в виде вискеров.