Разработка способа получения и исследование свойств металл/углеродных нанокомпозитов из вторичного полимерного и металлургического сырья

• Автор: Васильченко, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ В ОБЛАСТИ СИНТЕЗА, СВОЙСТВ

И ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР.

1.1. Общие положения.

1.2. Виды углеродных наноструктур

1.3. Энергетика наносистем и размерные эффекты.

1.4. Примеры размерных эффектов в наноструктурах.

1.5. Процессы самоорганизации в наносистемач.

1.6. Методы получения наноструктур.

1.6.1. Методы получения наноструктур сверхувниз.

1.6.2. Методы получения наноструктур снизувверх.

1.6.3. Синтез наноструктур в нанореакторах полимерных матриц.
1.7. Иаиокомпознты.
1.7.1. Общие понятия и определения.
1.7.2. Гипотеза влияния наноструктур на свойства модифицируемого материала.
1.7.3. Технологические основы модификации материалов с помощью наноструктур
1.7.4. Примеры модификации полимерных композиций наноструктурами.
1.8. Потенциальные угрозы и основы безопасности при производстве и использовании нанос груктур
Заключение по главе
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕКТА, ПРЕДМЕТА И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Выбор исходных компонентов. Объект и предмет исследования.
2.1.1. Выбор компонентов из числа чистых веществ.
2.1.2. Выбор компонентов из числа вторичных ресурсов.
2.2. Теоретическое обоснование подхода к получению наноструктур в ианореа1Сгорах полимерных матриц ПВХ и ПВА с использованием оксидов РегОз. СоО, .
2.2.1. Механохимическое взаимодействие компонентов синтеза.
2.2.2. Координационное взаимодействие в системе полимерметалл.
, 2.2.3. Термохимическая стадия получения наноструктур.
2.2.4. Структурирование углеродного материала
2.2.5. Квантовохимическое моделирование процессов синтеза наноструктур и адсорбции ацетона на их поверхности
2.2.6. Гипотеза синтеза углеродных металлсодержащих наноструктур в нанореакторах ПВХ, ПВА.
2.4. Вещества и компоненты, использованные при проведении работы.
2.5. Приборы и методы исследования.
2.6. Методики экспериментов
Заключение по главе
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУР И МОДИФИКАЦИИ С ИХ ПОМОЩЬЮ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
3.1. Исследование процессов, протекающих при мсханохимическои обработке компонентов.
3.1.1. Качественные изменения в системе полимероксид металла после механохимического взаимодействия.
3.1.2. Расчет энергии взаимодействия компонентов исходной композиции в результате их совместной механохнмической обработки по данным спсктрофотометрии.
3.1.3. Исследование влияния природы активной среды и времени обработки на интенсивность механохимического взаимодействия компонентов
3.1.4. Исследование распределения компонентов синтеза и степени их взаимодействия в исходной композиции с помощью атомносиловой микроскопии
3.1.5. Результаты исследования процессов, протекающих при мсханохимическои обработке компонентов.
3.2. Исследование процессов, протекающих при нагреве продуктов механохимической обработки полимеров и оксидов металлов
3.2.1. Исследование особенностей термодеструкции ксерогелей.
3.2.2. Исследование изменения локального состава продуктов температурной обработки ксерогелей.
3.2.3. Исследование особенностей структурирования продуктов температурной обработки ксерогелей
3.2.4. Механизм синтеза наноструктур
3.3. Исследования сорбционных свойств полученных наноструктур и возможности их применения для модификации полимерных композиций
3.3.1. Определение сорбционной способности наноструктур но отношению к ацетону
3.3.2. Расчет удельной поверхности нанопродукта.
3.4. Исследование суспензий на основе наноструктур
3.4.1. Результаты исследования суспензий на основе ацетона
3.4.2. Результаты исследования суспензий на основе пластификатора и стабилизаторов.
3.5. Модификация пленок ПВХ с использованием углеродных металлсодержащих наноструктур
3.5.1.Исследование способности ПВХ к набуханию и растворению в ацетоне
3.5.2. Исследование надмолекулярной структуры ПВХ, модифицированного наноструктурами.
3.5.3. Исследование механизма влияния наномодифицирующей добавки на свойства
3.5.4. Исследование влияния наноструктур на термостойкость ПВХ
3.5.5. Практическое применение полученного продукта для модификации пленок Г1ВХ в производственных условиях.
Заключение по главе 3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Особое место среди наноструктур НС занимают углеродные наноструктуры УНС, к которым относятся фуллсрены, углеродные нанотрубки, графеновые нанопленкн, многослойные углеродные ианочастицы и их различные комбинации. Углерод с давних пор привлекал внимание ученых многообразием своих форм 8 рис 1. Рис. Теоретические выводы об относительной устойчивости замкнутых кластеров углерода Сго Сад и С, сделанные отечественными учеными Бочваром Д. А. и Гальперн Е. Г. в х годах прошлого века , , предшествовали экспериментальному обнаружению группой ученых Крото, Керлом и Смолли фуллсренов в парах графита, в году . Позже, в году, японский ученый Йиджима обнаружил в продуктах электродугового распыления графита цилиндрические углеродные образования с диаметром несколько нанометров углеродные нанотрубки УНТ , что положило начало целому шквалу исследований новой аллотропной модификации углерода. Долгое время считалось, что слой атомов углерода, связанных Бр2 связями, в составе графита, не может существовать изолировано, пока в году группа английских ученых во главе с А. Геймом не получила отдельный слой графена путем механического отслаивания частиц с поверхности выскоориентированного пиролитического графита . Таким образом, графен можно считать родителем остальных графитоподобных материалов, поскольку его можно свернуть в фуллерен, скрутить в нанотрубку или уложить слоями в графит рис. Рис. Используемые при получении УНС металлы могут входить во внутреннюю полость нанообъектов, оставаться на их поверхности или становиться центрами нуклеации. Во всех перечисленных случаях мы имеем дело с углеродными металлсодержащими наноструктурами УМНС, свойства которых определяются не только свойствами углеродного материала, но и природой металла . В зависимости от числа углеродных слоев, составляющих НС, выделяют однослойные и многослойные наночастицы. Возможные разновидности поперечной структуры многослойных нанотрубок НТ представлены на рис. Структура русской матрешки рис. НТ. Другая разновидность многослойной НТ, показанная на рис. Последняя из приведенных модификаций рис. Рис. В большинстве случаев концы УНТ закрыты полусферическими или коническими крышечками, содержащими на ряду с шестиугольниками пятиугольники . В многослойных НТ внешние крышечки покрывают внутренние. Для УНТ характерно образование пучков диаметром нм , в которых структуры связаны между собой силами ВандерВаальса рис. Пучки, в свою очередь, объединяются в волокна диаметром порядка мкм, а волокна в еще более крупные по диаметру порядка 1 мм и видимые невооруженным глазом нити 1. Рис. Фуллерсны также способны образовывать твердотельные объемные структуры, которые называются фуллеритами. Определяющими параметрами этого процесса являются температура и давление . Результаты исследований свидетельствуют о том, что при давлении 1,5 ГПа уже при комнатной температуре образуются димеры СС рис. При возрастании температуры начинает формироваться кристаллическая решетка, структурными единицами которой являются димеры типа гантелей. Дальнейшее возрастание температуры приводит к распаду димеров и формированию орторомбической полимерной структуры С рис. К превращается в полимерную тетрагональную структуру рис. НТ и придает ей форму, например, гармошки . На месте таких дефектов возможна прививка посторонних функциональных групп. Рис. НТ . Дефекты ненасыщенных связей возникают в процессе синтеза НС или создаются искусственно, и проявляютсяв присоединении, дополнительных. НС. В зависимости от способа получения конечный продукт может содержать углеродные структуры второго и третьего порядков образованные, из первичных НС сростки,, жгуты, кольца1 из сростков,агломераты из отдельных УНС, ленточные, спиральные, древовидные и. НС. Главным признаком наночастиц является значительное превышение размеров поверхности нал объемом и, следовательно, относительный. Обычно, говоря о поверхностной энергии, имеют в виду свободную поверхностную энергию, т. Втаком , состоянии свойства материала изменяются относительно его массивных образцов, и хотя .