Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Упрочнение полимеров однослойными углеродными нанотрубками

Ключевые слова:  периодика, углеродные нанотрубки

Опубликовал(а):  Зайцев Дмитрий Дмитриевич

10 сентября 2007

Углеродные нанотрубки (УНТ), обладающие, как известно, рекордными механическими характеристиками, рассматриваются многими авторами как эффективное средство повышения прочностных свойств композитных полимерных материалов. Однако для реализации этой возможности необходимо добиться хорошего сопряжения между поверхностью УНТ и полимерной матрицей. Это обеспечивает эффективную передачу нагрузки от полимерного материала нанотрубке и, в конечном счете, приводит к повышению прочностных характеристик композита. В противном случае нанотрубка, помещенная внутрь полимерного материала, ведет себя там подобно «волосу в пироге» и не только не улучшает, но может даже ухудшить прочностные свойства полимера. Указанное сопряжение может быть реализовано в результате присоединения к поверхности УНТ радикалов, образующих химическую связь с молекулами полимера.

Усилия, развиваемые во многих научных лабораториях мира и направленные на обеспечение сопряжения полимера с УНТ, начинают давать первые результаты. Так, недавно в одной из лабораторий Шанхая (Китай) [1] благодаря хорошему химическому сопряжению при содержании УНТ менее одной десятой процента было получено почти двукратное увеличение прочности ряда полимерных материалов. Коммерческие однослойные нанотрубки в течение 24 часов очищали обработкой концентрированной соляной кислотой. В качестве матрицы использовали такие полимеры, как полиаминофенилалкин (АРА), пленка полистирола (PS), а также сополимер стирола и полихлорметилстирола (PS-co-PCMS).

Образцы композита на основе АРА были приготовлены путем ультразвуковой обработки раствора олигомера в дихлорбензоле с добавлением некоторого количества нанотрубок с последующим введением изоамилнитрида и перемешиванием в течение 15 часов при температуре 60оС. Полученную суспензию растворяли в диметилфталате и после ультразвуковой обработки тщательно просушивали. Образцы на основе пленки полистирола готовили аналогичным образом с использованием раствора в тетрагидрофуране. При приготовлении образцов на основе сополимера (PS-co-PCMS) в качестве растворителя использовали толуол.

Исследования, выполненные с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, а также Фурье-спектроскопии, показывают, что описанный способ получения композитов приводит к образованию прочной химической связи между полимерной матрицей и поверхностью УНТ. Это обусловлено присоединением химически активных радикалов к поверхности УНТ. Например, в случае матрицы полистирола таким радикалом является хлорбензол. Наличие такой связи приводит к заметному повышению прочностных характеристик композитов. Так, результаты проведенных испытаний указывают на увеличение прочности на разрыв пленки полистирола толщиной 70 мкм с 10,8 МПа до 19,7 МПа в результате добавления 0,06% однослойных УНТ. Аналогичным образом изменяются такие характеристики, как модуль упругости и предельное растяжение. Тем самым показано, что благодаря обеспечению хорошей передачи нагрузки от полимера к УНТ заметное упрочение полимерных композитов наблюдается уже при относительно небольших добавках нанотрубок.


А.В.Елецкий

Long Xie et al. Macromolecules 40, 3296 (2007)


Источник: ПерсТ



Комментарии
Shvarev Alexey Y, 10 сентября 2007 21:07 
Класс! Чтоб мы усе так жили и нам за это ничего не было! Как известно процесс упрочнения полимерной матрицы порошком зубов дракона достигается при значительно меньшей концентрации 0.0001%. Ведьмин мох и кровь летучей мыши несколько хуже, но все равно превосходят бананотрубки. Добавка 10% указанных магических материалов бессмысленна, так как полученный композит не поддается обработке никаким известным инструментом, включая инструмент сделанный из означенного композита. Если серьезно, то это называется "феномен японского патента". Хорошо знакомый тем кто их видел. Когда надо обьехать американский или европейский патенты то японцы добавляют чегой нибудь в следовой концентрации и защищают новый материал (процесс). Раньше такого было куда меньше. Чего дальше то будем делать, господа ученые? Если так дальше пойдет, то все утонем в смрадной жиже псевдорезультатов. Сейчас "research misconduct" пока на втором месте после "sexual harrasment". А скоро будет на первом. С прошлого года Petroleum Research Fund заставляет подписывать бумагу, что имярек дает зуб, что будет делать честную науку. Остальные на подходе с подобными документами.
Гудилин Евгений Алексеевич, 10 сентября 2007 22:41 
К сожалению, ведьмин мох еще не синтезирован.
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 10:08 
Трехмерную неорганическую структуру оксида ниобия известную под названием "ведьмин мох" давно синтезируют гидротермальным методом.
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 10:12 
Чудесное улучшение механических свойств касалось именно полистирола. Хрупкий он, зараза. Единственное объяснение полученных результатов - они втащили какую-то примесь в полимер. Именно на обработанных нанотрубках.
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 10:20 
"Движение за полное покрытие поверхности планеты нанотрубками" таким образом получило новою мощную поддержку.
Соколов Петр Сергеевич, 11 сентября 2007 11:20 
а ещё из классиков нам известна такая субстанция как "ведьмин студень"
Трусов Л. А., 11 сентября 2007 11:55 
скорее, движение "придумаем нанотрубкам хоть какое-то применение"
Куркин Тихон Сергеевич, 11 сентября 2007 16:56 
Первый комментарий - очень пафосно, едко и, главное, аргументированно. Особенно весок аргумент "полученный композит не поддается обработке никаким известным инструментом, включая инструмент сделанный из означенного композита".

Вообще, конечно, поржать можно всегда и над чем угодно, например можно поржать и над вот этим:

Dalton A.B., Collins S., Munoz E., Razal J.M., Ebron V.H., Ferraris J.P., Coleman J.N., Kim B.G., Baughman R.H. // Nature. 2003. V. 423. № 6941. P. 703.

Dalton A.B., Collins S., Razal J., Munoz E., Ebron V.H., Kim B.G., Coleman J.N., Ferraris J.P., Baughman R.H. // J. Mater. Chem. 2004. V. 14. № 1. P. 1.

Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 17:36 
Вот это оттуда. These fibers (comprising 60% by weight
anotubes and 40% polyvinyl alcohol) are
over 76 stronger, 3006 tougher, and
over 10,0006 longer than any prior-art
nanotube fibers containingmostly carbon
nanotubes. Our drawn nanotube fibers
match the energy absorption capability of
the highest performance spider silk" конец цитаты. Разницу видите или надо подробно объяснять чем отличается 600 грамм на килограмм от 0.6 грамм на килограмм? Протяженное волокно там НЕСЕТ нагрузку а не "делает пленку сероватой" как у китайских товарищей. Есть такие стеклонаполненные композиты, есть углепластики. Я тут давеча смотрел на хоккейные клюшки в спортивном магазине. Так они все из углепластика. Все. Возьмите в руки кусок именно наполнителя (не композита)- графитированной углеткани и попробуйте порвать руками. Ни.... у вас не выйдет. Сам пробовал не раз, поскольку с волокнистыми углеродными материалами в самой разной форме работал четыре года. Поржал на применением в суперконденсаторах "These 100 micron
supercapacitors provide high cycle life and
comparable energy storage capabilities to
large aqueous-electrolyte supercapacitors,
but slower discharge rates—so we need
to increase the achieved electrical
conductivity of our fibers." Совет один: добавьте сажи... Как человек делавший самолично суперкондесаторы из активированного угля (которых был частично графитирован после активации для повышения электропроводности) могу вам сказать, что работают они хорошо, и долго, очень долго. При цене материалов 500$ за тонну. Сказав "comparable" о характеристиках при цене 500$/грамм о применении можно спокойно забыть. Это примерно как если бы Теллер с Уламом изваяли водородну бонбу а у нее можность была бы "сравнима" с обычным ВВ.
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 17:49 
Та же веселая компания в "братской могиле" в Nature: "The resulting composite fibres are about 50 m in diameter and contain around 60% SWNTs by weight." И те же песни про конденсаторы. И "вышивку" конденсаторов (там видно текстильщики в команде). Зачем им сдалась механическая прочность в конденсаторе, где хилый активированный уголь работает просто классно? Наверно чтобы злой стройбатовец об колено не сломал поелику оружия ему не дали. И активированное углеродное волокно, и ТКАНь из него в Питере делают тоннами при цене $50 за килограмм. И конденсатор из него будет не хуже, и стоит оно в 10000 раз дешевле.
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 18:11 
А еще есть такое волокно кевлар (сваренное 40 лет назад). Так вот в статье в Nature есть прочность на разрыв "нанокомпозита" по поводу которой сыр бор. Она в два ХУЖЕ чем у кевлара, из которого в забытом 1973 сделали первый бронежилет. Поймите, можно сколько угодно вопить о чудесах нанотехнологии, но если хотите, чтобы это все пошло на рынок и сделало революцию надо выдавать улучшения характеристик на ПОРЯДКИ. А то что это за продукт: мы покрыли радиатор нановолосами и получили теплоотдачу на 11% лучше? Красить битумным лаком в черный цвет не пробовали сначала? Нет уж, фигушки, заявляте о революции и прорыве, подавайте 11000%. Чтоб под этим радиатором было так холодно, что воздух кондесировался. Сделали супер-мега-нано-лампочку, она должна светить так, что дома в солнечных или противоатомных очках ходит надо. И если хотите сделать космический лифт то извольте выдать композит который не обрабатывается после полимеризации.
Куркин Тихон Сергеевич, 11 сентября 2007 18:15 
Причем тут углепластики и прочие углеродные волокна? Не будем сравнивать ногу с пальцем. Сам топик называется "Упрочнение полимеров однослойными углеродными нанотрубками" и речь шла о принципиально возможном улучшении механических характеристик немодифицированных полимерных материалов (в особенности ориентированных) при переходе ко вполне конкретным композитам. Я привел пример работ, где этот эффект был выражен наиболее ярко. Мне известны работы, где содержание swnt составляло примерно 3% мас., эффект поскромнее, но, тем не менее, ощутим. Поэтому мне не совсем ясно, из каких соображений можно было бы априори говорить о том, что эффекта от введения того же 0.06% нанотрубок не будет.
Опять же, речь идет именно о принципально возможных эффектах. Всем ясно, что можно насыпать в ту же матрицу пяток процентов какого-нить аеросила, получить ту же механику что и с 0.01%(например)нанотрубок, посчитать себестоимость и сказать что нанотрубки - шлак и никому не нужны...Однако сам принцип того, что подобные объекты вообще совместимы, и более того, дают в композиции свойства, которые не являются аддитивностью свойств составляющих компонент - результат стоящий внимания. А цена... из тех же ваших любимых карбоновых композитов пару десятков лет назад клюшки делать даже не думали. Из деревянного поленка настрогать было дешевле.
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 18:59 
Ну раз за чистую науку говорим, а в будущее не прорываемся то давайте я вам расскажу про процесс известный в нашей группе как "проверка эффекта на вшивость" под девизом "эфффект должен быть толстым". Берете эффект, скажем упрочнения корпуса чугунной ступы порошком зубов дракона. Меряете при разном содержании от 0.0001% до скажем 10%. И строите зависимость. Можно на кусочке бумаги в клеточку. Если при 10% он толстый, при 3% эффект есть но "поскромнее", то откуда он при 0.01% да еще в два раза? Или тута у нас экспоненциальная зависимость?
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 19:11 
А вот что происходит на самом деле. Мы частности ваяем ион-селективные сенсоры с полимерной матрицей всяки разны, и электрохимически и оптически сенсоры. Ну вот, и основной компонент - ионообменник которого надо 1% по массе. Что будет если его убрать? Теоретически все перестанет работать. А на практике работает, только не очень хорошо. Почему? Полимер казалоь бы вне подозрений - например поливинилхлорид от Сигмы Алдрича самой высокой очистки по цене 1000$ за килограмм. Ответ - катионные примеси, их немного, где-то 0.1%. Но хватает, чтобы эффект существовал. И если вы мне скажете, что очистили мономер до степени 0.01% примесей, и в полимере у вас их не прибавилось то я вам пожму руку поскольку это - технологический подвиг. Модифицирован трубки хоть хлорбензолом,, для чистоты эксперимента не вредно добавить только модификатора и посмотреть что будет.
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 19:21 
Химически нанотрубки весьма и весьма похожи на графит. Чудесный факт совместимости графитированного углеволокна с эпоксидкой не поражает воображение?
Клюшки и теннисные ракетки из углепластика здесь делали и продавали двадцать лет назад вполне успешно. С тех пор цена упала примерно в три-четыре раза без учета инфляции. А из полешка строгали в Отечестве.
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 19:59 
я бы назвал это направление "наногомеопатией". Общего много. Тонкие эффекты обусловленные разбросом значений и примесями поскольку концентрация добавок исчезающе малы. Было так с полупроводниками пока их не научились чистить. Но кино кончилось, и похоже в наногомеопатии остался только Китай.
Shvarev Alexey Y, 11 сентября 2007 20:21 
В связи с углеродом вспомнился случай про увеличение электропроводности активированного углеродного волокна. Отдан был приказ и химики зачесали свои затылки. Надо было поднять электропроводность и не потерять в емкости (сиречь поверхности)Решение было принято весьма кондовое. Взят кусок стальной трубы заварен, набит АУВ и запечатан песчаным затвором. Помещен в печку. При повышении температуры начинается перестройка и упорядочивание углерода "графитизация". После пары часов в печке раскаленная до желтизны труба была вытащена. Как только в лаборатории вытряхнули песок, труба сделала "пуф-ф-ф" маленьким облачком легчайших волоконец. Через десять минут сгорели ВСЕ блоки питания компьютеров в лабе. Волоконца засасывало вентилятором, они вставали между корпусом и платой под входным диодным мостом и делали кабум с искрами и вонью. Поже я купил мешок мостов в Чипе и Дипе и научился их ловко менять. Но мы сохранили 90% емкости. Угадайте как прозвали бренд волокна? Правильно "югославским".
Tchoul Maxim, 13 сентября 2007 01:06 
Первый автор совершенно прав. Что за размах - 0.06%? Почему не сделать 6% и не получить увеличение прочности сразу в 200 раз? Подозреваю что авторы пробовали, но ничего хорошего не вышло. Проблема нанотрубных композитов в том что при небольших добавках прочность увеличивается замечательно, но потом начинаются отклонения. Для 3% и более они уже значительны а при добавке свыше 5% прочность перестает увеличиваться вообще, а то и снижается. Материал сделанный Далтоном и Бауманом - исключение (метод принципиально другой), хотя тоже - 50% нанотруб и прочность всего 4ГПа. А мы же знаем что сами нанотрубы - 50-100 ГПа. Это самый прочный на сегодняшний день нанотрубный композит, вдобавoк сделанный в количестве которое можно уже ухватить пальцами (а не пинцетом, kак все остальные супер-образцы). А метод пришивки в статье интересный, хотя и геморный.
Shvarev Alexey Y, 13 сентября 2007 02:13 
А зачем искать потерянные ключи под фонарем? Нанотрубки - тот же графит, только свернутый ковриком. У графита все связи практически в одной плоскости (ну почти) и сделать прочную трехмерную структуру из него не получится. Просто нет связи которая торчит вверх или вниз. И бут ваши нанотрубки замечательно скользить относительно друг друга как енто делают гррафитовые чешуйки в грифеле карандаша. Пытаясь создать "мостик" (как в статье) и пришив че нибудь сбоку вы уже создаете дефект в стенке вашей замечательной трубки. Много мостиков - много дефектов и прощай гигапаскаль. Есть замечательная аллотропная модификация углерода, любимая девушками, и вот она то как раз трехмерная. Вывод: хотите композит? не надо запихивать нанотрубки везде, пытайтесь создать алмазоподобную мезопористую струтуру и пропитывайте ее хоть эпоксидкой хоть лаком для волос.
Кириллов Олег Викторович, 29 ноября 2018 06:55 
Ну что, друг Шварев Алексей, привет вам из 2018. Вы промахнулись в каждом вашем предположении, запутав всем своим высером в интернете. Нанотрубки отлично работают и в полимерных матрицах, и в металлах, и в эластомерах и прочее. Я плюю на таких как вы, знатоки из интернета.
Привет вам из 2018. В 2007м даже не смог бы себе представить насколько окажусь прав в 2018 Особенно по поводу распила российского бюджета и организации нанобизнеса.
Что касается "знатоков из интернета" могу предложить загуглить "alexey shvarev chemistry" и, до кучи, справиться о моем индексе Хирша. После этого готов подъехать в СПб или Москву и услышать те же самые слова, сказанные в лицо.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Кристалл
Кристалл

Периодическую таблицу Менделеева опять улучшили: наночастицы пятивалентного плутония
Соединения шестивалентного плутония в щелочной среде могут привести к кристаллизации фазы (NH4)PuO2CO3, которая стабильна в течение нескольких месяцев и содержит пятивалентный плутоний. Получение новой фазы пятивалентного плутония фундаментально интересно и открывает новые возможности в разработке более эффективных технологий переработки радиоактивных отходов.

MAPPIC 2019. Второй день
15 октября 2019 года прошел второй день I Московской осенней международной конференции по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019). В сообщении приведены темы докладов и небольшой фоторепортаж.

MAPPIC 2019. Первый день
14 октября 2019 года успешно открылась I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019). В сообщении приведены темы докладов и небольшой фоторепортаж.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.