CC BY
13УДК 678.7
Лишних М.А.
студент 2 курса магистратуры Тамбовский государственный технический университет
(г. Тамбов, Россия)
ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
Аннотация: в данной статье рассматриваются перспективы применения углеродных нанотрубок при создании новых материалов, описываются их свойства, приводится сравнение с уже существующими материалами.
Ключевые слова: наноматериалы, нанокомпозит, нанотрубки, углеродные нанотрубки.
Процесс получения и использования материалов, имеющих в составе наночастицы, является одним из наиболее перспективных направлений развития современной науки [1-2]. В этой связи интерес представляет разработка принципов получения полимерных нанокомпозитов, в которых наночастицы взаимодействуют с полимерной матрицей не на макро- а на наноуровне [3]. Вследствие такого взаимодействия образуется нанокомпозит, имеющий упорядоченную внутреннюю структуру. Маленькие, но чрезвычайно прочные углеродные нанотрубки (УНТ), расположенные между макромолекулами, увеличивают прочность материала, при этом заметно повышаются электро- и теплопроводность, износостойкость, а также термостойкость нанокомпозитов.
В качестве наномодифицирующей добавки возможно использовать различные марки углеродных нанотрубок, синтезируемых на промышленном производстве - ООО «Нанотехцентр», г. Тамбов.
в)
Рис.1. SEM-изображения углеродных нанотрубок «Таунит» (а), «Таунит-М» (б) и «Таунит-МД» (в)
«Таунит» - углеродные нанотрубки диаметром 20...70 нм с преимущественно конической формой графеновых слоев, переплетенные между собой и образующие клубки, в которых длина нанотрубок может достигать нескольких микрон (рис. 1, а). «Таунит-М» (рис. 1, б) состоит преимущественно из цилиндрических нанотрубок средним диаметром 8.15 нм длиной около 2 мкм, состоящих из 6 - 10 слоев углеродных атомов. «Таунит-МД» (рис. 1, в) характеризуется тем, что 40.60% от общего объема материала занимают прямые или волнистые цилиндрические нанотрубки диаметром 30.80 нм, расположенные параллельно друг другу и образующие пучки. Основные физические свойства этих материалов приведены в таблице 1 [4].
Таблица 1 - Общая характеристика УНТ серии «Таунит»
Параметры «Таунит» «Таунит-МД» «Тауннт-М»
Наружный диаметр, нм 20...70 30...80 8...15
Внутренний диаметр, нм 5...10 10...20 4...8
Длина, цм 2 и более 20 и более 2 и более
Общий объем примесей, % (после очистки) до 5 (До 1) до 5 (До 1) до 5 (До 1)
Насыпная плотность, г/см" 0.4...0,6 0,03... 0,05 0,03... 0,05
Удельная геометрическая поверхность, м"/г 120... 130 и более 180...200 300... 320 и более]
Наиболее перспективным считается использовать вышеперечисленные марки УНТ с привитыми на их поверхность функциональными карбоксильными группами, обладающими высоким сродством к полимерным матрицам. Для качественной идентификации поверхностных функциональных групп приведены ИК-спектры исходных и окисленных УНТ (рисунок 2).
а)
Волновое число
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
1
о*-
О
съ, И
00 90 30 70 60 50 40 30 20 10 0
ИийЛ ........х-. .С
\ ' 2855.9 V
2925,1 / ! 1627,8
1
3445,1
б)
Рис. 2. ИК-спектры исходных (а) и окисленных концентрированной азотной кислотой (б) УНТ «Таунит-М»
В наличие карбоксильной группы можно убедиться сравнив рисунок 2 а и 2 б, в отличии от 2 а на рисунке 2 б появляется пик поглощения при 1628 см-1, присутствие которого обычно связывают с наличием связи углерода с кислородом в группе >С=О.
Ниже приведены изображения, сделанные с помощью трансмиссионного электронного микроскопа функцианализированных карбоусильными группами углеродных нанотрубок рис.3.
Рис. 3. ТЕМ-изображения исходных (а) и окисленных концетрированной азотной кислотой в течение 2 (б) часов УНТ «Таунит»
С.Н. Чвалун. Полимерные нанокомпозиты / С.Н. Чвалун // Природа. - 2000. - №27.
Блохин, А.Н. Влияние нанодисперсных частиц на прочностные свойства полимерных матриц / А.Н. Блохин, В.П. Таров, М.С. Толстых // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2012. - Т. 18. - № 3. - С 737-741.
Ткачев, А.Г. Углеродные наноматериалы серии «Таунит»: производство и применение/ А.Г. Ткачев, А.В. Мележик, Т.П. Дьячкова, А.Н. Блохин, Е.А. Буракова, Т.В Пасько // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2013. - Т. 56. - № 4. - С 55-59.
Дьячкова, Т.П. Методы функционализации и модифицирования углеродных нанотрубок / Т.П. Дьячкова, А.Г. Ткачев.- Москва, Издательский дом «Спектр», 2013. — 152 с.
а) б)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
С. 1-12.
Lishnih M.A.
2nd grade master student Tambov State Technical University (Russia, Tambov)
PREREQUISITES FOR THE USE OF CARBON NANOTUBES
Abstract: This article examines the prospects for the use of carbon nanotubes in creation of the new materials, describes the properties of new materials, a comparison with existing materials.
Keywords: nanomaterials, nanocomposite, nanotubes, carbon nanotubes.
