CC BY
21Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 6. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-2948/52
УДК 54.053 https://doi.org/10.33619/2414-2948/52/05
AGRIS P07
ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ ПОРОШКОВ И ИХ КОМПОЗИТЫ
©Жогаштиев Н. Т., Киргизский государственный технический университет, г. Бишкек, Кыргызстан, [email protected]
ELECTRON MICROSCOPIC STUDY OF CARBON POWDERS AND THEIR COMPOSITES
©Zhogashtiev N., Kyrgyz State Technical University, Bishkek, Kyrgyzstan, [email protected]
Аннотация. Первичные ультрадисперсные углеродные порошки получали с использованием золь-гель метода и сушки в сверхкритической жидкости с использованием различных углеродных сырьевых ресурсов. Путем термообработки при 1000-1100 °C были получены ультрадисперсные углеродные порошки. Свойства первичных ультрадисперсных углеродных порошков и продуктов их отжига были исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа Tescan Vega 3 SEM (СЭМ). Результаты показывают, что исходные материалы влияют на структуру получаемых ультрадисперсных углеродных порошков.
Abstract. Primary ultrafine carbon powders were obtained using the sol-gel method and drying in a supercritical fluid using various carbon raw materials. By heat treatment at 1000-1100 °C, ultrafine carbon powders were obtained. The properties of primary ultrafine carbon powders and their annealing products were studied using a Tescan Vega 3 SEM scanning electron microscope (SEM). The results show that the starting materials affect the structure of the resulting ultrafine carbon powders.
Ключевые слова: композит углеродного порошка,! сканирующая электронная микроскопия, размер частицы, термическая обработка, микроструктура, химический анализ.
Keywords: carbon powder composite, scanning electron microscopy, particle size, heat treatment, microstructure, chemical analysis.
В последние годы направление современных научных исследований, связанные с синтезом и анализом структуры новых углеродных нанопоршков полученной, на основе доступных минерально-сырьевых ресурсов, интенсивно развивается, поскольку они могут обладать новыми перспективными функциональными свойствами в силу их высокой дисперсности [1-5].
Известно, что при повышении температуры термообработки очищенных порошков углерода от 1000 до 1200 °C в вакуумной среде, начинает формироваться кристаллическая структура и в результате углеродная масса активно графитизируется [2].
Экспериментально исследовались формы частиц углеродного порошка, полученные таким способом, а также кристаллические структуры изготовленных цилиндрических образцов с помощью сканирующего электронного микроскопа Tescan Vega 3 SEM [4].
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 6. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-2948/52
Исследования химического состава углеродного порошка и изготовленных образцов на их основе проводились с помощью энергодисперсионной приставки сканирующего электронного микроскопа Tescan Vega 3 SEM.
В работе представлены результаты исследования полученного порошка на основе термической обработки с нанесенной на него графитовой оболочкой. В качестве твердой основы использовали композит, полученной на основе порошка углерода. На Рисунке 1а представлено изображение композита из порошков углерода до термообработки, а на Рисунке 1б — после термической обработки при температурах от 1000 до 1200 °C.
Из Рисунка 1а видно, что полученный продукт — из высокодисперсных порошков углерода, а после термической обработки происходит агломерации порошков.
а) б)
Рисунок 1. Изображение композита из порошка углерода до (а) и после (б) термической обработки.
На основе полученных электронно-микроскопических изображений (Рисунок 1), установлено, что форма частиц углеродного порошка, в основном зависит от метода их получения и могут иметь гексагональной, тетраэдрической, сферической, губчатой, осколочной, или чешуйчатой формы.
Полученные частицы разной формы, преимущественно обладают размерами порядка 459-1078 нм, состоящие, по-видимому, еще из более тонкодисперсных образований. Результаты исследований порошков в виде микрофотографий и размеры нанопорошков представлены на Рисунке 2.
Химический состав углеродного порошка представлен в Таблице и на Рисунке 3.
Таблица.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ УГЛЕРОДНОГО ПОРОШКА ДО И ПОСЛЕ ТЕРМООБРАБОТКИ
Название спектра Спектр + до термообработки Название спектра Спектр + после термообработки
C 89,99 C 94,97
Mg 0,42 Mg 0,21
Al 0,19 Al 0,30
Si 0,14 Si 0,12
S 1,73 S 1,95
Ca 7,53 Cl 0,09
Сумма 100,00 Ca 2,34
Fe 0,07
Сумма 100,00
I© ©J
^ei™ Тип лицензии СС: Attribution 4.0 International (СС BY 4.0) 45
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-2948/52
о
d=°i28aoenm
nm»', : f
CüHpJ
C9
d ■ 511 07 nm >8» A = 205141 21 nrrr
d =» 1078 29 nm A ■ 913192 37 nm*
ce
d = 609 21 nm A-291488 91 nm'
- 459.59 ЦВ^Я^^НШ A - 165892 25 nm' I
T
SEM HV: 20.0 kV Dot: SE | | i ;
View field: 26.4 \im Date(m/d/y): 06/10/19 5 iim SEM MAG: 9.00 kx Станислав Паров
Рисунок 2. Сканирующий электронно-микроскопический снимок внешнего вида углеродного порошка после термообработки, температура 1000-1200 °С.
а)
б)
Рисунок 3. Химический состав композита до (а) и после (б) термообработки.
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-2948/52
Исследования показали, что углеродный порошок в основном, имеет кристаллическую форму алмаза, с незначительным количеством сателлитов. Поверхность частичек порошка углерода имеет выраженную различную геометрическую форму.
Полученный, таким способом, композит углеродного порошка характеризуется высокой дисперсностью и низкой степени кристаллизованности, что предопределяет его высокую химическую активность. С этой точки зрения такие высокодисперсные порошки углерода имеет большую перспективу для получения на их основе различных композитных материалов.
Из полученных данных можно сделать следующие выводы:
Исследуемый порошок композита при термической обработке имеет кристаллическую форму алмаза.
Химический анализ показывает, что углерод в композите из углеродного порошка имеет 89,99% а после его термической обработки (до 1200 °С) содержание углерода увеличивается до 94,97%, в то же время кремний до термообработки — 1,73% а после — 1,95%, кальций — 7,53% а после — 2,34%.
Наряду с этим полученный порошок обладает высокой дисперсностью с размерами от 459 нм до 10780 нм и имеет высокую химическую активность.
Список литературы:
1. Асанов Р. Э., Абдалиев У К., Ташполотов Ы. Исследование зависимостей удельной электрической проводимости низко-концентрированной водоугольной суспензии (ВУС) от концентрации реагента гумата натрия и от концентрации твердой фазы суспензий // Бюллетень науки и практики. 2017. №12 (25). С. 257-262.
2. Жогаштиев Н. Т., Турдубаева Ж., Садыков Э., Дуйшеева С. Разработка технологии получения наноструктурных материалов на основе местных минерально-сырьевых ресурсов. http://www.econf.rae. ru/article/7502
3. Асанов Р. Э., Абдалиев У К., Ысманов Э. М., Ташполотов Ы. Получение стабильной водоугольной суспензии способом гидродинамической кавитации при разных концентрациях // Известия ВУЗов Кыргызстана. 2017. №7. С. 31-34.
4. Кузнецов В. Г., Курбанов Т. А., Прокофьев А. В. Плазмохимический синтез функциональных углеродных композитных материалов на основе вакуумно-дугового разряда // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. Т. 9. №2-1. https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.53-58
5. Алматаев Т. О., Алматаев Н. Т., Мойдинов Д. А. Исследование триботехнических свойств композиционных полимерных материалов в период приработки //Бюллетень науки и практики. 2019. Т. 5. №11. https://doi.org/10.33619/2414-2948/48/27
References:
1. Asanov, R., Abdaliev, U., & Tashpolotov, I. (2017). Investigation of the dependence of the specific electrical conductivity of low-concentrated water-coal suspension (WСS) from the concentration of the sodium humate reagent and from the concentration of the solid phase of suspensions. Bulletin of Science and Practice, (12), 257-262. (in Russian).
2. Zhogashtiev N. T., Turdubaeva Zh., Sadykov E., Duisheeva S. Razrabotka tekhnologii polucheniya nanostrukturnykh materialov na osnove mestnykh mineral'no-syr'evykh resursov. (in Russian). http://www.econf.rae.ru/article/7502
I© ©J
^ei™ Тип лицензии CC: Attribution 4.0International (CCBY 4.0) 47
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-2948/52
3. Asanov, R. E., Abdaliev, U. K., Ysmanov, E. M., & Tashpolotov, Y. (2017). Poluchenie stabil'noi vodougol'noi suspenzii sposobom gidrodinamicheskoi kavitatsii pri raznykh kontsentratsiyakh. Izvestiya VUZov Kyrgyzstana, (7), 31-34. (in Russian).
4. Kuznetsov, V. G., Kurbanov, T. A., & Prokofev, A. V. (2018). Plasma-chemical Synthesis of Functional Carbon-composite materials on the Basis of Vacuum-arc Discharge. Trudy Kol'skogo nauchnogo tsentra RAN, 9(2-1). https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.53-58 (in Russian).
5. Almataev, T., Almataev, N., & Moidinov, D. (2019). Research of the Tribological Properties of Composite Polymer Materials During the Breaking-in Period. Bulletin of Science and Practice, 5(11), 242-248. https://doi.org/10.33619/2414-2948/48/27 (in Russian).
Работа поступила Принята к публикации
в редакцию 19.02.2020 г. 24.02.2020 г.
Ссылка для цитирования:
Жогаштиев Н. Т. Электронно-микроскопическое исследование углеродных порошков и их композиты // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №3. С. 44-48. https://doi.org/10.33619/2414-2948/52/05
Cite as (APA):
Zhogashtiev, N. (2020). Electron Microscopic Study of Carbon Powders and Their
Composites. Bulletin of Science and Practice, 6(3), 44-48. https://doi.org/10.33619/2414-2948/52/05 (in Russian).
