CC BY
32
УДК 544.171. 44
МЕХАНОХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛ/УГЛЕРОДНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ
1,2 КОДОЛОВ В. И., 1,3 ТРИНЕЕВА В. В., 1,2 КОПЫЛОВА А. А., 1,4 МУСТАКИМОВ Р. В., 1,2 ПИГАЛЕВ С. А., 1,5 ТЕРЕБОВА Н. С., 1,3 МАХНЕВА Т. М., 1,5 ШАБАНОВА И. Н.
1 Научно-образовательный центр химической физики и мезоскопии УдНЦ УрО РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34
Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7
Институт механики Уральского отделения РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34
4 Научно-инновационный центр ОАО «Ижевский электромеханический завод - КУПОЛ», 426000, г. Ижевск, ул. Песочная, 3
5 Физико-технический институт Уральского отделения РАН, 426000, г. Ижевск, Кирова, 132
АННОТАЦИЯ. Дано обоснование условий проведения механохимической модификации медь- и никель/углеродных нанокомпозитов такими веществами, как силикагель (кремнезем), полифосфат аммония (полифосфорная кислота), сульфит аммония (сера). Приведены результаты исследований структуры модифицированных металл/углеродных нанокомпозитов с помощью, рентгенографии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и ИК спектроскопии, а также просвечивающей электронной микроскопии. При этом определены изменения в атомном магнитном моменте металлов при введении кремния, фосфора и серы.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: механохимическая модификация, металл/углеродные нанокомпозиты, окислительно-восстановительный синтез, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, атомный магнитный момент, рентгенография, ИК спектроскопия.
ВВЕДЕНИЕ
Существует несколько возможных способов модификации наноструктур и наносистем. По прочности связи процессы взаимодействия с наноструктурами могут быть с образованием ковалентных связей и за счет образования координационных связей или дисперсионного взаимодействия. Эти процессы реализуются при воздействии на наноразмерные структуры веществ из газовой или жидкой фазы, а в нашем случае путем совместного перетирания веществ с нанокомпозитами в присутствии активной среды. При этом происходит механохимическое взаимодействие, включающее окислительно-восстановительный процесс.
В качестве исходных реагентов для исследования окислительно-восстановительных синтезов медь- и никель- углеродных нанокомпозитов, содержащих кремний, фосфор, серу применялись паспортизованные и охарактеризованные металл/углеродные нанокомпозиты, произведенные на предприятии ОАО «Ижевский электромеханический завод - КУПОЛ» [1], а также вещества - полифосфат аммония (полифосфорная кислота), сера, сульфит аммония, кремнезем (силикагель).
О МЕТОДЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ МЕТАЛЛ/УГЛЕРОДНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ
Металл/углеродные нанокомпозиты представляют собой, согласно [2], металлсодержащие кластеры с увеличенным атомным магнитным моментом металла, которые находятся в оболочке из углеродных волокон, ассоциированных с кластерами (рис. 1).
Рис. 1. Изображение структуры медь/углеродного композита, полученное ПЭМ высокого разрешения
В свою очередь, углеродные волокна содержат фрагменты полиена и карбина, содержащих неспаренные электроны. Такое представление о нанокомпозитах вытекает из анализа и сопоставления результатов их исследования с помощью рентгенографии, Рамановской спектроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), атомной силовой микроскопии (АСМ).
Наличие активных ненасыщенных связей и неспаренных электронов в углеродной оболочке металл/углеродных нанокомпозитов создают возможность их модификации за счет процессов присоединения и окислительно-восстановительных процессов. Поэтому взаимодействие веществ, в которых элементы (Si и P) имеют наивысшую степень окисления (+4 и +5) с таким электрононасыщенным веществом, как металл/углеродный нанокомпозит, вполне очевидно. Упрощенная схема восстановления может быть представлена в виде схемы:
НК (-8, или le) + P+5 ® НК -- P+3 (P+2, P0)
НК (-8, или le) + Si+4 ® НК --Si0 (Si+2)
Механизм предложен на основе представлений химической мезоскопики о транспорте электронов через наночастицу (кластер металла) от одного к другому берегу (стенок нанореактора) (рис. 2).
ц = ц + e91
—г—i-г—г—г—i— берег 1
Дц | |e Ф te Ф t e Ф ion M -1-1-1-1-1-1- берег 2
Ц2 = ц + e92 M(n+) + ne ^ M Рис. 2. Схема транспорта электронов и механизма окислительно-восстановительных
реакций в нанореакторах
Химическая активность полученных наногранул определяется при взаимодействии их с полярными веществами, содержащими p-элементы с положительными степенями окисления, например, окисленные Si, P, S.
Процесс получения модифицированных металл/углеродных нанокомпозитов заключается в совместном перетирании в механической ступке частиц медь- или никель/углеродных нанокомпозитов с соответствующими элемент (кремний-, фосфор-
или серу) содержащими веществами (ЭсВ). В качестве кремнийсодержащих веществ использовались кремнезем или силикагель. Фосфорсодержащие вещества были представлены полифосфатом аммония или полифосфорной кислотой. Из серосодержащих соединений применяли серу или сульфит аммония. При этом активной добавкой в реакционной смеси являлась дистиллированная вода в количестве 1 - 5 мл (в зависимости от массы твердых веществ, взятых в реакцию). Соотношение реагентов (нанокомпозитов и элементсодержащих веществ) варьировалось: 1(НК) к 0,5(ЭсВ); 1(НК) к 1(ЭсВ); 1(НК) к 1,5(ЭсВ).
Механохимический процесс проводится в течение двух-трех минут в механической ступке при проведении работы, достаточной для осуществления окислительно-восстановительной реакции с внедрением соответствующих элементов в оболочки нанокомпозитов. При этом расчетным путем (по формуле Колмогорова-Аврами) определена продолжительность процесса. Для расчета энергии измельчения частиц использованы формулы Ребиндера и Бонда. В результате механохимического процесса образуется ксерогель, который подсушивают в сухожаровом шкафу при температуре не более 75 оС до полного испарения влаги. Затем подсушенный порошок механохимическим методом активируют с целью подготовки образцов для всестороннего исследования методами рентгенографии, ИК спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И ХАРАКТЕРИСТИК МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ
Исследования методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС).
Для исследования механизма модификации поверхности медь/углеродных наноструктур применен ранее разработанный метод [3]. Для изучения механизма образования химической связи между атомами металла, углерода, кремния, фосфора, серы в рассматриваемых системах исследовались спектры внутренних уровней С1б, 01 б, Сц3б, Б12р, Р2р, Б2р. На рис. 3 представлены Си3Б-спектры наноструктур, модифицированных химическими группировками, содержащими р-элементы (Б1, Р, Б).
Си3Б
Рис. 3. Рентгеноэлектронные СиЗз-спектры наноструктур модифицированных р-элементами
В более ранних работах [3] показано, что в медь/углеродных нанокомпозитах появляется атомный магнитный момент меди. Как показано в табл. 1 при модификации изменяется ближнее окружение атомов Си и их химическая связь. Атомный магнитный момент Си увеличивается по сравнению с немодифицированными нанокомпозитами. Наибольшее значение атомного магнитного момента наблюдается при прививке к медь/углеродным наноструктурам атомов и меньшее увеличение магнитного момента достигается при модификации соответствующих наноструктур атомами Р и Б. Это связано с увеличением заполнения р-оболочки атомов р-элементов при переходе от к Б и уменьшением степени гибридизации ё-электронов атомов переходного металла с р-электронами атомов р-элементов [4, 5]. Подобные результаты по изменению магнитных характеристик получены для атомов металлов никеля и железа (табл. 1).
Таблица 1
Параметры Ме3з-спекгров и атомные магнитные моменты на атомах ^металла в изученных наноструктурах
Образец Wh D, эВ Иш Цв ЦСш ЦВ
Nl3ScryStal 0,15 4,3 0,5
N13s nano немод 0,32 3,0 1,8
Nl3s папо(81)мод 0,80 3,8 4,0
N13s папо(Р)мод 0,60 3,6 3,0
Nl3s тпо(8)мод 0,56 4,0 2,8
Cu3s nano немод 0,20 3,6 1,3
Cu3s nano(Si)мод 0,60 3,0 3,0
Cu3s nano(P)мод 0,42 3,6 2,0
Cu3s nano(S)мод 0,40 3,6 1,8
Fe3s crystal 0,42 3,9 2,2
Fe3s тго^мод 0,50 4,0 2,5
Fe3s nano(P 2)мод 0,60 4,0 3,2
Примечание. 12/11 — отношение интенсивностей максимумов линий мультиплетного расщепления, А — энергетическое расстояние между максимумами мультиплетного расщепления в 3s-спектрах чистых металлов и немодифицированных и модифицированных нанокомпозитов.
В соответствии с P2p спектром (рис. 4), фосфор в фосфорсодержащей медь/углеродной наноструктуре меняет свою степень окисления с +5 до 0. Энергия связи P2p изменилась от 135 эВ, соответствующей PO4 группе, до 129 эВ для P0. По соотношению пиков можно предположить, что процесс происходит на 90 %. Это может свидетельствовать о его сильном взаимодействии с медью.
1 , j-т-г
128 132 136 140 Энергия связи, эВ
Рис. 4. Рентгеноэлектронный P2p -спектр Cu/C нанокомпозита (НК), модифицированного полифосфатом аммония (ПФА) в соотношении 1:1
Спектр С1б этого нанокомпозита (рис. 5, б) отличается от немодифицированного НК по относительной интенсивности составляющей С-Н (она меньше) и соотношению
23
составляющих Бр и Бр гибридизации атомов углерода. Интенсивность составляющей С-Н в спектре модифицированного нанокомпозита на 15 % ниже соответствующего значения медь/углерод-ного нанокомпозита. Следовательно, можно сделать предположение о толщине
фосфорсодержащего слоя в модифицированном нанокомпозите. При этом соотношение
23
относительных интенсивностей составляющих Бр и Бр для модифицированного нанокомпозита не значительно (на 11 %) увеличивается, что можно связать с увеличением наногранулы и приобретением ею более округлой формы.
С 18
280 284 288 292
Энергия связи, эВ
Рис. 5. Рентгеноэлектронные С1з-спектры: а) С1з-спектр медь/углеродного НК: б) С1з-спектр модифицированного медь/углеродного нанокомпозита
Подобные исследования проведены [4, 5] с медь- и никель/углеродными нанокомпозитами, модифицированными кремнийсодержащими веществами. Спектры Б12р и С1б для Си/С нанокомпозита, модифицированного кремнеземом при соотношении 1:1, приведены на рис. 6.
а) б)
Рис. 4. Рентгеноэлектронные спектры: а) Si2p образца Си/QSi) НК; б) С1з образца Си/QSi) НК
Согласно Б12р-спектру соотношение интенсивностей составляющих спектра свидетельствует о протекании окислительно-восстановительного процесса на 51,4 %. Интенсивность составляющей С-Н в спектре модифицированного кремнийсодержащего нанокомпозита на 65 % ниже соответствующего значения медь/углеродного нанокомпозита. В сравнении с модифицированным фосфорсодержащим нанокомпозитом толщина оболочки, содержащей БЮ слой, в четыре раза больше. Из сравнения металл/углеродных нанокомпозитов, модифицированных Р, Б-элементами и немодифицированных, можно сказать, что спектры С1б похожи и состоят из двух составляющих С-С с Бр2 и С-С с Бр гибридизацией атомов углерода в соотношении ориентировочно 1:0,5. Они содержат С-Н-составляющую в С1Б-спектре, что указывает на наличие небольшого количества полиена из углеродной оболочки исходных нанокомпозитов. Присоединение элементов к оболочке нанокомпозитов обусловлено наличием в ней ненасыщенных связей и неспаренных электронов, а также координацией атомов металла с фрагментами оболочки. В данном исследовании атомы кремния, фосфора, серы достаточно эффективно взаимодействуют с атомами металла.
Для подтверждения и развития представлений о процессе модификации и модифицированных металл/углеродных нанокомпозитах проведены исследования с помощью методов рентгенографии, ИК спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Следует отметить, что во всех случаях модификации металл/углеродных нанокомпозитов веществами, содержащими Р, Б, на рентгенограммах появляются пики, соответствующие межплоскостным расстояниям металл - элемент, а в ИК спектрах полосы, отвечающие колебаниям образующихся связей нанокомпозитов с элементом. Более подробно исследовался процесс модификации медь/углеродного нанокомпозита полифосфатом аммония (ПФА). В этом исследовании в процессе модификации соотношение ПФА - Си/С НК изменялось как 0,5; 1; 1,5. Ниже в качестве примера приведены рентгенограммы модифицированных продуктов фосфорсодержащего медь/углеродного нанокомпозита (рис. 7).
Анализ рентгенограмм свидетельствует о появлении пиков, соответствующих межплоскостным расстояниям соединений, содержащих медь и фосфор (основные пики при 0 ~ 15° и 43°). Представляет интерес то, что с ростом соотношения ПФА к нанокомпозиту наблюдается уменьшение пика при 0, равном 43°, который можно приписать межплоскостному расстоянию Си-(С)-Р. В зависимости от соотношения ПФА: НК уменьшение интенсивности этого пика происходит от 1 через 0,47 (при 1:1) до 0,17 (при 1,5:1). Этот факт может свидетельствовать об увеличении толщины слоя полифосфатных групп и «маскировании» взаимодействия фосфорных групп с кластером меди. Следует отметить рост «гало» в области малых углов (менее 12 °С) на рентгенограмме фосфорсодержащего медь/углеродного нанокомпозита, полученного из реагентов, взятых при соотношении ПФА: НК, равном 0,5. Возможно, это соответствует образованию на поверхности наногранулы аморфной фосфорсодержащей оболочки.
Изучение механизма модификации поверхности металл/углеродных наноструктур атомами р-элементов и их влияние на изменение атомного магнитного момента металл/углеродных наноструктур показало, что происходит сильное взаимодействие атомов металла с атомами р-элементов (Б1, Р, Б). Активность нанокомпозитов при модификации р-элементами увеличивается при переходе от Б к Р и Бг Атомный магнитный момент также увеличивается на атомах меди в том же порядке. Фосфорсодержащие нанокомпозиты, полученные при различных соотношениях ПФА к нанокомпозиту, исследованы с помощью ИК спектроскопии (рис. 8).
Наибольшая интенсивность, судя по спектру и табл. 2, в которой приведена расшифровка полос, соответствует колебаниям Р-0-С группы, образовавшейся при взаимодействии полифосфата аммония с медь/углеродным нанокомпозитом.
- R
5000(Ь
40000-;
и30000-IL и я
- CL
I J
50000-
10000- I I
0 IL Л"_4 Q_ 3 и
I 10 I ' ' ' ' | ' 1.......I....... 20 30 SThete.WL=1,54060 ' ■ I...... 40 ■ ■ ' I...... 50
б)
Рис. 7. Рентгенограмма Cu/C^P. Соотношения: а) 1:0,5; б) 1:1; в) 1:1,5
Рис. 8. ИК спектры (1:0,5), Cu/C^P (1:1), Cu/C^P (1:1,5)
Таблица 2
Характеристики полос ИК спектров образцов Cu/C^P (1:1), Cu/C^P (1:0,5), Cu/C^P (1:1,5)
Спектр образца Характеристики полос спектра Соответствие полос спектра
№ полосы Вершина пика, см-1 Интенсивность Полуширина Б
Си/С~Р (1:0,5) 911 0,010519 42,324 2,49-10-4 Р-0-Р
1 Си/С~Р (1:1) 904 0,011797 51,674 2,28-10-4 Р-0-Р
Си/С~Р (1:1,5) 895 0,024485 57,447 4,26-10-4 Р-0-Р
Си/С~Р (1:0,5) 1073 0,054722 149,260 3,67-10-4 Р-0-С
2 Си/С~Р (1:1) 1072 0,039904 135,310 2,95-10-4 Р-0-С
Си/С^Р (1:1,5) 1073 0,019365 71,075 2,72-10-4 Р-0-С
Си/С~Р (1:0,5) 1254 0,005739 50,479 1,14-10-4 Р=0
3 Си/С^Р (1:1) 1254 0,0090368 48,373 1,87-10-4 Р=0
Си/С~Р (1:1,5) 1253 0,022251 53,025 4,20-10-4 Р=0
Исследование медь/углеродного нанокомпозита, модифицированного кремнием на ИК-Фурье спектрометре (рис. 9) показали повышение показателя самоорганизации среды Б, рассчитанного по формуле:
Б = //(а/2), где I - интенсивность полосы; а/2 - полуширина полосы.
В соответствии с данными табл. 3, величина самоорганизации Б повышается [4] в случае спектра (8Ю2)п + Си/С нанокомпозит (Си/С НК). Максимальный прирост величины Б заметен на полосе в области 980 - 1300 см-1 (2) в размере 52,11 %.
Рис. 9. ИК-спектры образцов: а) - кремнезем (8Ю2)п; Ь) - (8Ю2)п + Си/С нанокомпозит (в режиме поглощения)
Таблица 3
Характеристики полос ИК спектров образцов (8Ю2)п и (8Ю2)п +Си/Снанокомпозит
№ полосы Спектр образца Характеристики полос спектра Соответствие полос спектра
Начало, см-1 Конец, см-1 Интенсивность Полуширина Б
1 (Б1О2)п 759,98 848,7 0,016287 53,711 3,032-10-4 БьО-Н
(^п + Си/С НК 763,83 854,49 0,022069 47,481 4,648-10-4 БьО-Н БьС
2 (Б1О2)п 983,73 1303,9 0,10186 102,66 9,922-10-4 БьО Б1-О-Б1
(^п + Си/С НК 983,73 1292,3 0,19596 102,2 19,17410-4 БьО Б1-О-Б1 БьС
Область волновых чисел полосы в области 760 - 850 см-1 (1) в спектрах обоих образцов соответствует валентным колебаниям групп БьО-Н, наличие которых в образцах может быть следствием процессов получения кремнезема (рис. 9). Эта полоса (1) находится в области валентных колебаний возможной связи БьС в образце (БЮ2)п + Си/С НК. Интенсивность полосы (2) в спектре (БЮ2)п + Си/С НК возросла по сравнению с аналогичной полосой спектра чистого кремнезема (БЮ2)п в 1,92 раза (табл. 3). Полоса (2) соответствует связям БьО-Б^ валентным колебаниям связи БьО, возможной связи БьС в образце (БЮ2)п + Си/С НК [13 - 14], что не исключает возможное внедрение кремния в углеродную оболочку нанокомпозита [18].
По данным ИК спектров медь/углеродных нанокомпозитов (Си/С НК), в том числе модифицированного полифосфатом аммония (Си/С НК(Р)), обнаружено появление полос, соответствующих фосфорсодержащим группам в области от 850 до 1250 см-1. Присутствие фосфора в модифицированном нанокомпозите вызывает колебания в спектре, т.е. фосфорильная группа способствует увеличению интенсивности поглощения, а, следовательно, и активности нанокомпозита в процессах самоорганизации. При сравнении ИК-спектров образцов следует отметить, что интенсивность поглощения на спектре фосфорилированного (1) образца гораздо больше (почти в 2 раза) по сравнению со спектром образца, не содержащего фосфор, что может свидетельствовать о росте активности нанокомпозита [5].
Модификация НК способствовала росту количества связей и взаимодействий, характерных для НС, таких, как С^С, С^Ме. ИК-спектр показал наличие связей Р-0. Изменилась интенсивность поглощения колебаний по сравнению с немодифицированными, что говорит о появлении дополнительных связей. По результатам ИК-спектров модифицированных никель/углеродных нанокомпозитов определено наличие полос, соответствующих фосфорильным группам: валентные колебания Р=0 (1251 см-1). На спектре М/С НК(Р) появляются также дополнительные пики, характерные для -С-О-С-связей (1070 см-1 и 1095 см-1). Увеличивается площадь пиков в области 1400 - 1500 см-1, что говорит об увеличении количества -С=С-связей.
В ходе анализа суммарного ИК спектра фосфорсодержащих нанокомпозитов следует отметить, что наибольшее количество фосфорильных групп имеет место в медь/углеродном нанокомпозите (площадь пиков на Си/С НК больше, чем у М/С НК и Бе/С НК).
Таким образом, модификация поверхности НК приводет к улучшению структуры нано-композитов, появлению дополнительных функциональных групп, что будет способствовать увеличению влияния на модифицируемый материал. ИК спектры модифицированных нанокомпозитов в сравнении с немодифицированными показывают наличие фосфора в образцах, что открывает наноструктурам дополнительные возможности применения, например, в качестве добавок в огнезащитные покрытия [6].
Исследование медь/углеродного нанокомпозита, модифицированного
серусодержащими веществами на ИК-Фурье спектрометре показало наличие фазы Б-(С)-Си, имеются пики в интервале 1070 - 1110 см-1 и 710 - 685 см-1. К колебаниям связи -О-Б- относятся пики в интервале 1035 - 935 см -1. К колебаниям связи =С(Б-)2 относятся пики в интервале 1050 - 800 см -1. Указанные результаты исследования говорят об активном взаимодействии серусодержащих веществ с нанокомпозитами [7].
С помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) проведено исследование фосфорсодержащего Си/С нанокомпозита, которое показало, что оболочка из углеродных волокон на поверхности наногранулы сохранилась. Однако на волокнах появились утолщения, связанные, вероятно, с внедрением фосфорных группировок в оболочку (рис. 10).
Рис. 10. ПЭМ изображение фосфорсодержащего медь/углеродного нанокомпозита
На основании спектра характеристического рентгеновского излучения в поверхностном слое наногранулы определены возможные фазы: углеродная (~ 70 %), Си-С-О, Си-С-Р-О, С-Си-Р-О, в которых содержание меди соответствует 15 %, кислорода - 9 % и фосфора - 7 %.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Впервые с помощью механохимической модификации получены нанокомпозиты, содержащие фосфор, серу, кремний, в нанореакторах активных слоистых сред, включающих указанные элементы. В случае введения в нанокомпозиты кремния, фосфора и серы отмечено изменение их степени окисления и увеличение атомных магнитных моментов металлов (меди, никеля и железа). Кроме того, в углеродной оболочке нанокомпозита появляются р элементы и содержащие их функциональные группы, которые перспективны для проведения дальнейших исследований и для расширения областей применения, в том числе как наномодификаторов композиционных материалов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кодолов В. И., Васильченко Ю. М., Ахметшина Л. Ф., Шкляева Д. А., Тринеева В. В., Шарипова А. Г., Волкова Е. Г., Ульянов А. Л., Ковязина О. А. Способ получения углеродных металлсодержащих наноструктур // Патент РФ № 2393110, 2010.
2. Кодолов В. И., Тринеева В. В. Новое научное направление - химическая мезоскопика // Химическая физика и мезоскопия. 2017. Т. 19, № 3. С. 454-465.
3. Шабанова И. Н., Кодолов В. И., Теребова Н. С., Тринеева В. В. Рентгеноэлектронная спектроскопия в исследовании металл/углеродных наносистем и наноструктурированных материалов. М.-Ижевск: Изд-во Удмуртский университет, 2012. 252 с.
4. Копылова А. А., Кодолов В. И. Исследование взаимодействия медь/углеродного нанокомпозита с атомами кремния в составе кремнийсодержащих соединений // Химическая физика и мезоскопия. 2014. Т. 16, № 4. С. 556-560.
5. Копылова А. А., Зайцева Е. А., Кодолов В. И. Функционализация медь/углеродного нанокомпозита атомами кремния // Тезисы докладов V Международной конференции «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии». Ижевск: ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2015. С. 93-95.
6. Мустакимов Р. В. Разработка вспучивающегося огнезащитного покрытия, модифицированного фосфорсодержащим медь/углеродным нанокомпозитом : дисс. магистр. Ижевск, ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2015.
7. Пигалев С. А., Кодолов В. И. Квантово-химическое моделирование процесса функционализации медь/углеродного нанокомпозита серосодержащими соединениями // Тезисы докладов V Международной конференции «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии». Ижевск: ИжГТУ имени М.Т.Калашникова, 2015. С. 153.
MECHANOCHEMICAL MODIFICATION OF METAL/CARBON NANOCOMPOSITES
1.2 Kodolov V. I., 1,3 Trineeva V. V., 1,2 Kopylova A. A., 1,4 Mustakimov R. V., 1,2 Pigalev S. A., 1,5 Terebova N. S.,
1.3 Makhneva T. M., 1,5 Shabanova I. N.
1 High Educational Center of Chemical Physics and Mesoskopy, Udmurt Scientific Center, UB RAS, Izhevsk, Russia
2 Kalashnikov Izhevsk State Technical University, Izhevsk, Russia
3 Institute of Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Science, Izhevsk, Russia
4 Scientific and Innovation Center of JSC «Izhevsk Electromechanical Plant «KUPOL», Izhevsk, Russia
5 Physical-Technical Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Science, Izhevsk, Russia
SUMMARY. The conditions of Copper (Nickel)/Carbon nanocomposites modification by such substances as silica (or silica gel), ammonium polyphosphate (or polyphosphoric acid), ammonium sulphite (or sulphur) are substantiated. The mechanic chemical modification mechanism of correspondent nanocomposites is proposed. The results of modified nanocomposites producing with the mechanism confirmation are discussed. The structures and properties of modified nanocomposites are investigated by the following methods: x ray photoelectron spectroscopy, radiography,
IR spectroscopy, transition electron microscopy (TEM). The investigation results are given and the structure changes of modified nanocomposites as well as the metal atomic magnetic moments increasing are presented. In the phosphorus containing Cu/C nanocomposites the Copper atomic magnetic moment is increased from 1.3 to 3 Borh Magneton, and the oxidation state of Phosphorus atom is decreased from 5 to zero, according to x-ray photoelectron spectroscopy.
KEYWORDS: mechanic chemical modification, metal/carbon nanocomposites, RedOx synthesis, x-ray photoelectron spectroscopy, radiography, IR spectroscopy, atomic magnetic moment.
REFERENCES
1. Kodolov V. I., Vasil'chenko Yu. M., Akhmetshina L. F., Shklyaeva D. A., Trineeva V. V., Sharipova A. G., Volkova E. G., Ul'yanov A. L., Kovyazina O. A. Sposob polucheniya uglerodnykh metallsoderzhashchikh nanostruktur [Method for preparation of carbon metal-containing nanostructures]. PatentRU2393110, 2010.
2. Kodolov V. I., Trineeva V. V. Novoe nauchnoe napravlenie - khimicheskaya mezoskopika [New scientific trend - Chemical Mesoscopics]. Khimicheskaya fizika i mezoskopiya [Chemical Physics and Mesoscopy], 2017, vol. 19, no. 3, pp. 454-465.
3. Shabanova I. N., Kodolov V. I., Terebova N. S., Trineeva V. V. Rentgenoelektronnaya spektroskopiya v issledovanii metall/uglerodnykh nanosistem i nanostrukturirovannykh materialov [X ray photoelectron spectroscopy for investigation of metal/carbon nanosystems and nanostructured materials]. Moscow-Izhevsk: Udmurtskiy universitet Publ., 2012. 252 p.
4. Kopylova A. A., Kodolov V. I. Issledovanie vzaimodeystviya med'/uglerodnogo nanokompozita s atomami kremniya v sostave kremniysoderzhashchikh soedineniy [Investigation of the Copper/Carbon nanocomposite action with Silicon atoms from Silica compounds]. Khimicheskaya fizika i mezoskopiya [Chemical Physics and Mesoscopy], 2014, vol. 16, no. 4, pp. 556-560.
5. Kopylova A. A., Zaytseva E. A., Kodolov V. I. Funktsionalizatsiya med'/uglerodnogo nanokompozita atomami kremniya [The functionalization of Copper/Carbon nanocomposite by Silicon atoms]. Tezisy dokladov V Mezhdunarodnoy konferentsii Ot nanostruktur, nanomaterialov i nanotekhnologiy k nanoindustrii. Izhevsk: IzhGTU Publ., 2015, pp. 93-95.
6. Mustakimov R. V. Razrabotka vspuchivayushchegosya ognezashchitnogo pokrytiya, modifitsirovannogo fosforsoderzhashchim med/uglerodnym nanokompozitom [The elaboration of intumescent fireproof coating modified by phosphorus containing Copper/Carbon nanocomposite]. Izhevsk, IzhGTU, 2015.
7. Pigalev S. A., Kodolov V. I. Kvantovo-khimicheskoe modelirovanie protsessa funktsionalizatsii med'/uglerodnogo nanokompozita serosoderzhashchimi soedineniyami [Quantum Chemical Modeling of Copper/Carbon nanocomposite functionalization by Sulphur containing compounds]. Tezisy dokladov V Mezhdunarodnoy konferentsii Ot nanostruktur, nanomaterialov i nanotekhnologiy k nanoindustrii. Izhevsk: IzhGTU Publ., 2015, pp. 153.
Кодолов Владимир Иванович, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии и химической технологии ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, e-mail: [email protected]
Тринеева Вера Владимировна, доктор технических наук, старший научный сотрудник ИМ УрО РАН, e-mail: vera_kodolova@mail. ru
Копылова Анна Андреевна, аспирант ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, e-mail: [email protected]
Мустакимов Ростислав Валерьевич, аспирант ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, e-mail: [email protected]
Пигалев Сергей Александрович, аспирант ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, e-mail: [email protected]
Теребова Надежда Семеновна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ФТИ УрО РАН, e-mail: [email protected]
Махнева Татьяна Михайловна, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ИМ УрО РАН, e-mail: mah@udman. ru
Шабанова Ирина Николаевна, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ФТИ УрО РАН, e-mail: [email protected]
