Упрочнение алюминия и полимерных материалов углеродными нанотрубками

• Автор: Огнев, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 220 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. УПРОЧНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

НАНО ДИСПЕРСНЫ МИ ЧАСТИЦАМИ литературный обзор

1Л. Углеродные нанотрубки как перспективный материал для создания

композитов конструкционного назначения

1.1 Л. Строение и свойства углеродных нанотрубок.

1.1.2. Способы синтеза углеродных нанотрубок.

1.2. Композиционные материалы конструкционного назначения с применением углеродных нанотрубок.
1.2.1. Технология, структура и свойства нанокомпозиционных материалов на основе металлических матриц с добавками углеродных нанотрубок
1.2.2. Технология, структура и свойства нанокомпозиционных материалов на основе полимерных матриц с добавками углеродных нанотрубок
1.3. Выводы
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материалы исследования.
2.2. Методы оценки механических и триботехнических
свойств материалов
2.2.1. Прочностные испытания на статическое растяжение.
2.2.2. Прочностные испытания на статическое сжатие.
2.2.3. Испытания на ударный изгиб
2.2.4. Измерение микротвердости материалов.
2.2.5. Измерение твердости полимерных материалов по Шору.
2.2.6. Определение коэффициента трения по схеме дискколодка.
2.2.7. Определение износостойкости материалов методом врезающегося индентора
2.3. Методы исследования структуры материалов
2.3.1. Оптическая металлография.
2.3.2. Растровая электронная микроскопия
2.3.3. Просвечивающая электронная микроскопия.
2.3.4. Рентгеноструктурный анализ.
2.3.5. Химический анализ
2.3.6. Термогравиметрический анализ и дифференциальная сканирующая калориметрия.
2.3.7. Спектроскопия комбинационного рассеяния света
ГЛАВА 3. ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
3.1. Химическая и электрохимическая функционализация многослойных углеродных нанотрубок
3.2. Исследование углеродных нанотрубок методом рамановской спектроскопии
3.3. Исследования тонкого строения и свойств углеродных нанотрубок
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО АЛЮМИНИЯ, МОДИФИЦИРОВАННОГО УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМ
4.1. Введение углеродных нанотрубок в алюминиевую матрицу
4.2. Прочностные свойства алюминия, модифицированного углеродными нанотрубками.
4.3. Особенности строения компактов с добавками наночастиц.
4.4. Триботехнические свойства алюминия, модифицированного углеродными нанотрубками.
4.5. Выводы.
ГЛАВА 5. СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ДОБАВКАМИ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
5.1. Исследования материалов на основе эпоксидной смолы, содержащих многослойные углеродные нанотрубки.
5.1.1. Введение углеродных нанотрубок в эпоксидную смолу.
5.1.2. Механические и триботехнические испытания материалов на основе эпоксидной смолы.
5.1.3. Структурные исследования материалов на основе эпоксидной смолы
5.1.4. Выводы
5.2. Исследования материалов на основе полистирола, содержащих многослойные углеродные нанотрубки.
5.2.1. Введение углеродных нанотрубок в полистирол.
5.2.2. Механические и гриботсхнические испытания материалов на основе полистирола.
5.2.3. Структурные исследования материалов на основе полистирола.
5.2.4.Вывод ы
5.3. Исследования материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, содержащих многослойные углеродные нанотрубки.
5.3.1. Введение углеродных нанотрубок в сверхвысокомолекулярный полиэтилена с использованием методик порошковой металлургии
5.3.2. Механические и триботехнические испытания материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, полученных с использованием методик порошковой металлургии
5.3.3. Структурные исследования материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, полученных с использованием методик порошковой металлургии.
5.3.4. Введение углеродных нанотрубок в сверхвысокомолекулярный полиэтилен с использованием технологии его растворения.
5.3.5. Механические испытания материалов на основе сверхвыскомолекулярного полиэтилена, полученных с использованием технологии его растворения.
5.3.6. Структурные исследования материалов на основе сверхвыскомолекулярного полиэтилена, полученных с использованием технологии его растворения
5.3.7. Исследование материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилана методом термического анализа
5.3.8. Выводы
ГЛАВА 6. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
6.1. Обоснование эффективности введения многослойных углеродных нанотрубок в структуру конструкционных материалов.
6.2. Предпосылки использования результатов научноисследовательской работы в производстве.
6.3. Применение результатов проведенных исследований в учебном процессе
6.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Типичный состав смеси С2Н2 2 в соотношении 1 . В результате синтеза, длительность которого может составлять величину от нескольких минут до нескольких часов, на поверхности катализатора образуются протяженные углеродные нити и металлические частицы, заключенные в многослойные графитовые оболочки и однослойные углеродные нанотрубки диаметром 0,6. Геометрические параметры нанотрубок в значительной степени определяются условиями их синтеза температурой, давлением и типом буферного газа, а также степенью дисперсности и типом катализатора. Технологии получения углеродных нанотруб, основанные на использовании методов химического осаждения, интенсивно развиваются. Эти методы открывают перспективы для крупномасштабного коммерческого производства наночастиц. К несомненным достоинствам метода V можно отнести его относительно невысокую себестоимость и широкие возможности контроля за синтезом продуктов. Одна из модификаций метода СУй основана на разложении соединения СО при высоком давлении ШРсо. Данная технология позволяет получать углеродные нанотрубы в промышленных количествах. При реализации ШРсопроцесса однослойные углеродные нанотрубы растут в потоке газовой смеси, являющейся источником углерода. Схема предполагает введение в поток наноразмерных частиц катализатора, на которых зарождаются и растут индивидуальные нанотрубы. Частицы катализатора могут быть предварительно помещены в зону реакции, либо формироваться в процессе синтеза при введении в газовый поток металлсодержащих компонентов, продукты разложения которых конденсируются с образованием металлических кластеров. Последний способ более предпочтителен, так как металл может быть введен в форме легколетучих металлорганических молекул . В современной литературе описаны различные предложения по использованию углеродных нанотрубок для модифицирования материалов конструкционного назначения. Доминируют исследования, ориентированные на введение этих частиц в полимерные композиционные материалы. Объясняется это высокой технологичностью полимеров, низким уровнем температуры нагрева полимеров при формировании изделий из них. Получение металлических и керамических композиционных материалов требует применения более сложных технологических процессов. На рис. Можно отметить, что направление, связанное с упрочнением металломатричных композитов путем введения углеродных нанотрубок, является малоизученным, несмотря на очевидную актуальность. Согласно расчетам специалистов японского объединения производителей автомобилей, применение в автомобилях алюминиевых и магниевых композиционных материалов, содержащих углеродные нанотрубки, позволит уменьшить выбросы углекислого газа на в год . Алюминиевые композиционные материалы, упрочненные углеродными наночастицами, представляют особый интерес изза сочетания прогнозируемых высоких физикомеханических свойств с доступностью алюминия рис. Технология получения композиционного материала является важнейшим фактором, определяющим уровень его механических и физических свойств. Уникальные свойства углеродных нанотрубок в полной мере могут быть реализованы лишь при их равномерном распределении в матричном материале. Эффективная передача нагрузки от матрицы к нанотрубкам при наличии скоплений наночастиц является проблематичной. При реализации большинства процессов углеродные нанотрубки вводят в порошок матричного материала. Наряду с традиционными подходами порошковой металлургии для равномерного распределения углеродных нанотрубок в объеме металлической матрицы были разработаны и другие способы. К ним относятся смешивание на молекулярном уровне, химическое и физическое осаждение из газовой фазы, метод лазерного напыления и др. От традиционных методов их отличает более равномерное распределение углеродных нанотрубок в порошке матричного материала. К недостаткам такого рода технологий относится малый выход продукта, низкая производительность процесса. В связи с этим при анализе литературных данных основное внимание было сосредоточено на методах порошковой металлургии.