Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Получение графеновых структур и нанополимеров с использованием ультразвуковых колебаний

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-74-83

Полный текст:

Аннотация

Нанокомпозиты на основе полимера и графена являются одним из классов перспективных материалов. При этом свойства полимерного композиционного материала определяются не только степенью наполнения и природой наполнителя и связующего, но и формой, размером и взаимным расположением частиц наполнителя. Наиболее эффективно разрушение агрегатов наночастиц происходит в жидких средах под действием ультразвуковых колебаний. Предложен способ и разработано лабораторное оборудование для ультразвуковой обработки суспензии мелкодисперсного графита, проведена ультразвуковая обработка (УЗО) мелкодисперсного порошка графита. Получены суспензии на основе графита с растворителем, проведены эксперименты по получению графена методом жидкофазного расслоения графита при ультразвуковом воздействии с разным временем ультразвуковой обработки, проанализированы экспериментальные данные и выбрано оптимальное время УЗО. Представлены результаты исследования влияния основы графитовой суспензии на степень жидкофазного расслоения графита при ультразвуковом воздействии. Синтез графеновых структур с помощью УЗО наиболее эффективен из графитовых суспензий на основе дихлорэтана, бензола и дихлорбензола. Доля выхода графеновых структур составляет до 66 %. Разработана технология получения полимеров, модифицированных графеновыми структурами с помощью ультразвукового диспергирования. На основе графена, синтезированного методом жидкофазного расслоения графита, получены нанополимеры с использованием ультразвуковых колебаний, проведены ДСК-измерения и исследованы прочностные свойства этих нанополимеров. Предел прочности каучуковых полимеров – от 1,9 до 3,6 МПа при различной концентрации графеновых включений. Остаточное удлинение образцов в пределах погрешности не изменилось и составило 200 %.

Об авторах

Василий Васильевич Рубаник
Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск (Республика Беларусь)
Беларусь

доктор технических наук, член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, заведующий лабораторией физики металлов



Владислав Олегович Савицкий
Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск (Республика Беларусь)
Беларусь

аспирант, младший научный сотрудник



Василий Васильевич Рубаник мл.
Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск (Республика Беларусь)
Беларусь

доктор технических наук, доцент, директор



Валерий Федорович Луцко
Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск (Республика Беларусь)
Беларусь

старший научный сотрудник 



Ирина Владимировна Никифорова
Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск (Республика Беларусь)
Беларусь

заведующий отделом



Хунг Тханг Буй
Институт материаловедения Вьетнамской академии наук и технологий, Ханой (Вьетнам)
Вьетнам

доктор технических наук, научный сотрудник



Динь Фуонг Доан
Институт материаловедения Вьетнамской академии наук и технологий, Ханой (Вьетнам)
Вьетнам

доктор наук, директор



Список литературы

1. Novoselov K.S., Fal’ko V.I., Colombo L., Gellert P.R., Schwab M.G., Kim K. A roadmap for graphene // Nature. 2012. Vol. 490. № 7419. P. 192–200.

2. Soldano C., Mahmood A., Dujardin E. Production, properties and potential of graphene // Carbon. 2010. Vol. 48. № 8. P. 2127–2150.

3. Yang S.K., Zhuo K.L., Sun D., Wang X.H., Wang J.J. Preparation of graphene by exfoliating graphite in aqueous fulvic acid solution and its application in corrosion protection of aluminum // Journal of Colloid and Interface Science. 2019. Vol. 543. P. 263–272.

4. Novoselov K.S., Jiang D., Schedin F., Booth T.J., Khotkevich V.V., Morozov S.V. Two-dimensional atomic crystals // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2005. Vol. 102. № 30. P. 10451–10453.

5. Lotya M., Hernandez Y., King P.J., Smith R.J., Nicolosi V., Karlsson L.S., Blighe F.M., De S., Wang Z.M., McGovern I.T., Duesberg G.S., Coleman J.N. Liquid phase production of graphene by exfoliation of graphite in surfactant/water solutions // Journal of the American Chemical Society. 2009. Vol. 131. № 10. P. 3611–3620.

6. Khan U., O’Neill A., Lotya M., De S., Coleman J.N. High-concentration solvent exfoliation of graphene // Small. 2010. Vol. 6. № 7. P. 864–871.

7. Los S., Duclaux L., Alvarez L., Hawelek L., Duber S., Kempinski W. Cleavage and size reduction of graphite crystal using ultrasound radiation // Carbon. 2013. Vol. 55. P. 53–61.

8. Vadukumpully S., Paul J., Valiyaveettil S. Cationic surfactant mediated exfoliation of graphite into graphene flakes // Carbon. 2009. Vol. 47. № 14. P. 3288–3294.

9. Goodwin D.G., Adeleye A.S., Sung L., Ho K.T., Burgess R.M., Petersen E.J. Detection and quantification of graphene-family nanomaterials in the environment // Environmental Science and Technology. 2018. Vol. 52. № 8. P. 4491–4513.

10. Yang S.K., Wang C., Zhang S., Zhuo K. Research progress in preparation of graphene and its composites based on ionic liquids // Scientia Sinica Chimica. 2016. Vol. 46. № 12. P. 1277–1291.

11. Dong L., Chen Z.X., Zhao X.X., Ma J.H., Lin S., Li M.X., Bao Y., Chu L.Q., Leng K., Lu H.B., Loh K.P. A non-dispersion strategy for large-scale production of ultra-high concentration graphene slurries in water // Nature Communications. 2018. Vol. 9. Article number 76.

12. Wang X.Q., Fulvio P.F., Baker G.A., Veith G.M., Unocic R.R., Mahurin S.M., Chi M.F., Dai S. Direct exfoliation of natural graphite into micrometre size few layers grapheme sheets using ionic liquids // Chemical Communications. 2010. Vol. 46. № 25. P. 4487–4489.

13. Li X.L., Zhang G.Y., Bai X.D., Sun X.M., Wang X.R., Wang E., Dai H.J. Highly conducting graphene sheets and Langmuir-Blodgett films // Nature Nanotechnology. 2008. Vol. 3. № 9. P. 538–542.

14. Zhang B., Chen T.J. Study of ultrasonic dispersion of graphene nanoplatelets // Materials. 2019. Vol. 12. № 11. Article number 1757.

15. Tung T.T., Yock J., Alotaibi F.K., Nine M.J., Karunagaran R., Krebsz M., Nguyen G.T., Tran D.N.H., Feller J.F., Losic D. Graphene oxide-assisted liquid phase exfoliation of graphite into graphene forhighly conductive film and electromechanical sensors // ACS Applied Materials and Interfaces. 2016. Vol. 8. № 25. P. 16521–16532.

16. Zhang L., Peng D., Liang R.P., Qiu J.D. Graphene-based optical nanosensors for detection of heavy metal ions // TRAC-Trends in Analytical Chemistry. 2018. Vol. 102. P. 280–289.

17. Song Y., Luo Y.N., Zhu C.Z., Li H., Du D., Lin Y.H. Recent advances in electrochemical biosensors based on graphene two-dimensional nanomaterials // Biosensors and Bioelectronics. 2016. Vol. 76. № SI. P. 195–212.

18. Muthoosamy K., Manickam S. State of the art and recent advances in the ultrasound-assisted synthesis, exfoliation and functionalization of graphene derivatives // Ultrasonics Sonochemistry. 2017. Vol. 39. P. 478–493.

19. Байтимбетова Б.А., Верменичев Б.М., Рябикин Ю.А., Мансуров З.А. Получение графеновых структур в графите с бензолом при воздействии ультразвука // Горение и плазмохимия. 2013. Т. 11. № 1. С. 76–82.

20. Долинская Р.М., Прокопчук Н.Р., Коровина Ю.В. Модификация синтетических каучуков с целью улучшения упруго-прочностных свойств эластомерных композиций // Труды БГТУ. Серия 2: Химические технологии, биотехнология, геоэкология. 2015. № 4. С. 29–36.

21. Волкова Т.С., Исаев А.Ю., Петрова А.П., Журавлева П.Л. Особенности влияния наносиликатов на изменение свойств различных полимерных и клеящих систем // Клеи. Герметики. Технологии. 2013. № 1. С. 16–20.


Рецензия

Для цитирования:


Рубаник В.В., Савицкий В.О., Рубаник мл. В.В., Луцко В.Ф., Никифорова И.В., Буй Х., Доан Д. Получение графеновых структур и нанополимеров с использованием ультразвуковых колебаний. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2021;(3):74-83. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-74-83

For citation:


Rubanik V.V., Savitsky V.O., Rubanik jr. V.V., Lutsko V.F., Nikiforova I.V., Bui H., Doan D. Obtaining graphene structures and nanopolymers using ultrasonic vibrations. Science Vector of Togliatti State University . 2021;(3):74-83. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-74-83

Просмотров: 256


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)