Аношкин Илья Викторович. Химическое модифицирование и фракционирование тонких многослойных углеродных нанотрубок

brief description

Аношкин Илья Викторович. Химическое модифицирование и фракционирование тонких многослойных углеродных нанотрубок : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Аношкин Илья Викторович; [Место защиты: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева]. - Москва, 2008. - 137 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-2/68

Российский химико-технологический университет
им. Д. И. Менделеева
На правах рукописи УДК 541.1; 544.773;
Аношкин Илья Викторович
ХИМИЧЕСКОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ И ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ
ТОНКИХ МНОГОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
02.00.04 - Физическая химия
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Раков Эдуард Григорьевич
Москва - 2008
Введение 4
Цель работы 5
Научная новизна диссертационной работы 5
Практическая значимость работы 6
Личный вклад автора 6
Апробация работы 7
Публикации , 7
1. Литературный обзор 8
1.1 Общие свойства НТ 8
1Л Л. Строение НТ 8
1Л .2. Физические свойства НТ 10
1Л .3. Основные методы получения НТ 14
1.3. Методы очистки НТ 15
1.3.1. Первичная очистка 15
1.3.2. Окислительная очистка 16
1.3.3. Вакуумный отжиг 17
1.4. Методы функциализации НТ 18
1.4.1. Нековалентная функциализация 19
1.4.2. Ковалентная функциализация 25
1.4.3. Реакции карбоксильных функциональных групп,
связанных с НТ 31
1.5. Потенциальные области применение НТ 32
1.5.1. Электро- и теплопроводные композиции полимер-НТ 36
1.5.2. Методы получения и свойства композиционного
материала ПММА-НТ 37
1.6. Заключение 43
2. Экспериментальная часть 45
2.1. Реактивы и вещества, использованные в работе 45
2.2. Методы анализа, используемые в ходе работы 46
2.2.1. Определение удельной поверхности 46
2.2.2. Рентгенофазовый анализ 46
t
2.2.3. Электронная микроскопия 46
2.2.4. Спектроскопия комбинационного рассеяния 47
2.2.5. ИК- и РФЭ-спектроскопия 48
2.2.6. Термический анализ 49
2.3. Описание нанотрубок, использованных в работе 49
3. Функциализация НТ 56
3.1. Солюбилизация НТ водными растворами ТХ-100, ДДСН
и иных ПАВ 56
3.2. Взаимодействие НТ с ПВС 61
3.3. Формование макроволокна из композита ПВС-НТ 63
3.4. Фракционирование т-МНТ в водном растворе ТХ-100 65
3.5. Ковалентная функциализация т-МНТ 70
3.5.1. ПЭМ-исследование ф-НТ 75
3.5.2. Изотопный обмен водорода ф-НТ 82
3.5.3. Определение степени функциализации НТ 82
3.5.4. Термическая дефункциализация ф-НТ 87
3.6. Получение НТ с ковалентно пришитыми метакриловыми
группами 89
4.1. ПЭМ-исследование композита НТ-ПММА 93
4.2. Пленки НТ и ф-НТ 98
Заключение 103
Выводы 109
Литература 110
Приложения 128

bibliography

Выводы
1. С помощью электронно-микроскопических, ИК- и РФЭ-
спектроскопических анализов впервые проведено систематическое исследование поведения тонких многослойных, преимущественно
двухслойных, углеродных нанотрубок при их нагревании в смеси концентрированных серной и азотной кислот. Показано, что подобно однослойным нанотрубкам, изученные материалы подвергаются
функциализации, однако практически не укорачиваются.
2. Из сопоставления спектральных характеристик функциализованных кислотами т-МНТ и продуктов их взаимодействия с малеиновым ангидридом сделано предположение о преимущественном образовании при окислении гидроксильных, а не карбоксильных функциональных групп.
3. Изучена солюбилизация т-МНТ в воде в присутствии ПАВ ТХ-100 и ДДСН. Определены условия образования устойчивых дисперсий НТ и зависимости содержания НТ в дисперсиях от концентрации ПАВ. Впервые* установлена функциональная связь седиментационной устойчивости НТ в растворах ПАВ с длиной и диаметром трубок. Для ТХ-100 установлены границы устойчивости дисперсий в зависимости от этих параметров. Эта функциональная связь может быть использована для препаративного фракционирования т-МНТ.
4. Изучено взаимодействие т-МНТ с раствором поливинилового спирта (ПВС, молекулярная масса 200* тыс. а. е. м.) в воде и ДМСО. Показано образование устойчивого соединения, содержащего 20 мас.% ПВС и 80 мас.% нанотрубок. Электронно-микроскопическим методом установлено, что композит представляет собой нанотрубки с обволакивающими их молекулами ПВС.
5. К углеродным нанотрубкам через этиленгликолевый мостик впервые проведена прививка метакриловой кислоты, что позволило связать- функциализованные нанотрубки с полиметилметакриловой матрицей и получить композит ПММА-НТ.
6. Электронно-микроскопическим методом доказано структурирование ПММА в присутствии функциализованных НТ с образованием микрокристаллитов полимерной фазы. Показано, что введение сверхмалых (0.04 - 0.06 мас.%) количеств НТ в мономер приводит к повышению ударной вязкости и модуля упругости композита на 50-70% по сравнению с ПММА, не содержащим НТ.
7. Показана возможность создания прозрачных электропроводных покрытий из ориентированных т-МНТ с хорошей адгезией на силикатном стекле и лавсане.