Разработка основ технологии получения углеродного нанокристаллического материала и металлоуглеродных нанокомпозитов на основе полиакрилонитрила и солей металлов: Cu, Fe, Co
Диссертация
Впервые изучены зависимости структуры и основных физико-химических свойств новых материалов (углеродных нанокристаллических и металлоуглеродных нанокомпозитов) от условий проведения процесса (температуры, продолжительности, атмосферы реакционной камеры), что позволило предложить оптимальные условия процесса получения материалов: а) установлено, что в процессе ИК-нагрева полиакрилонитрила… Читать ещё >
Список литературы
- Xu L, Zhang W, Yang Q, Ding Y, Yu W, Qian Y. A Novel route to hollow and solid carbon spheres // Carbon 2005- V.43. № 5. P.1090.
- Rajesh B, Ravindranathan Thampi K, Bonard J-M, Vismanathan B. Preparation of Pt-Ru bimetallic system supported on carbon nanotubes. // J.Mater.Chem. 2000. V.10. P. 1757.
- Popov Y.N. Carbon nanotubes: properties and application. // Materials Science and Engineering: R: Reports, 2004. V.43. № 3. P.61−102
- Urones-Garrote E, Avila-Brande D, Ayape-Katcho N, Gomez-Herrero A, Landa-Canovas AR, Otero-Diaz LC. Amorphous carbon nanostructures from chlorination of ferrocene. // Carbon. 2005. V.43. № 5. P.978−985
- Senderova OA, Zhirnov W, Brenner DW. Carbon nanostructures. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2002. V.27. № 3−4. P.227−356
- Inagaki M, Kaneko K, Nishizawa T. Nanocarbons // Recent research in Japan.-Carbon 2004- V.42(8−9), P.1401−1407.
- Iijima S. Carbon nanotubes: past, present and future. // Physica B. 2002. V.23. № 1−4. P.1−5.
- E.A. Беленков, B.B. Мавринский Трехмерная структура углеродных фаз, состоящих из sp-sp2 гибридизованных атомов // Общая и техническая физика, Известия Челябинского научного центра. Вып. 2 (32). 2006. С. 15.
- Liming Dai Conjugated and Fullerene-Containing Polymers for Electronic and Photonic Applications: Advanced Syntheses and Microlithographic Fabrications // Polymer reviews. J.M.S.—Rev. Macromol. Chem. Phys., 1999, V.39(2), P.273−387.
- M.L. Billas, F. last, W. Branz, N. Malinowski, M. Heinebrodt, T.P. Martin, M. Boeroa, C. Massobriob, and M. Parrinello Experimental and computational studies of Si-doped fullerenes // J. Eur. Phys. 1999. D 9. P.337−340.
- V.M.K. Bagci, O. Giilseren, T. Yildirim, Z. Gedik and S. Ciraci. Metal nanoring and tube formation on carbon nanotubes.// Physical review, 2002, V 66, P.405 409.
- S. Deki, H. Nabika, K. Akamatsu, M. Mizuhata, A. Kajinami. Preparation and characterization of metal nanoparticles dispersed in polyacrylonitrile thin film.//Scripta mater. V.44. 2001. P. 1879−1882.
- Ota M., Otani S., Kobayashi K. ea. // Ferromagnetic and high spin molecular based materials: ACS Meeting. Dallas. 1989. P. 33.16. http://scientificpage.net/
- V.Glebov, O. Popova, A. Glebov Fullerenes in magnetic materials // 8th Biennial International Workshop Fullerenes and Atomic Clusters IWFAC'2007. P.268
- Masashi Shiraishi, Taishi Takenobu, Atsuo Yamada, Masafumi Ata, Hiromichi Kataura Hydrogen storage in single-walled carbon nanotube bundles and peapods // Chemical Physics Letters. 2002. V 358. P.213−218.
- Cant N.E., Critchley К., Zhang H.-L., Evans S.D. Surface functionalisation for the self-assembly of nanoparticle/polymer multilayer films // Thin Solid films. 2003. V. 426. P. 31.
- Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е. Наночастицы металлов в полимерах. М. 2000. 534 с.
- Солодовник В. Д. Микрокапсулирование. М.: Химия, 1980.
- Hasagawa М., Arai К., Saito S. // J. Polym. Sci.: P. A: Polym. Chem. 1987. V. 25. P. 3231.
- Nagai K., Ohishi Y., Ishiyama K. et al. // J. Appl. Polym. Sci. 1989. V. 38. P. 2183.
- Warshawsky A., Upson D. A. // J. Polym. Sci.: Pt A: Polym. Chem. 1989. V. 27. P. 2963.
- Lin X. M., Wang G. Y., Sorensen С. V., et al. // J. Phys. Chem. B. 1999. V. 103. P. 5488.
- Dance I. G., Choy A., Scudder I. //J. Amer. Chem. Soc. 1984. V. 106. P. 6285.
- Ozin G. A., Andrews M. P., Francis C. G. et al. // Inorg. Chem. 1990. V. 29. P. 1068.
- Mendoza D., Lopez S., Granandos S. et al. // Synthetic Metals. 1997. V. 89. P. 17
- Почтеный A. E., Сагайдак Д. И., Федорук Г. Г. // Высокомолекул. Соедин. А. 1997. Т. 39. С. 1199.
- Morosoff N. С., Вагг N. Е., James W. J. et al. // 12 Internat. Symp. On plasma chem. / Eds. By J.V.Hebberlleing, D.W.Ernie, J.T.Roberts. Minnesota (USA), 1995. V. l.P. 147.
- S. Deki, H. Nabika, K. Akamatsu, M. Mizuhata, A. Kajinami. Preparation and characterization of metal nanoparticles dispersed in polyacrylonitrile thin film.//Scripta mater. 2001. V.44. P. 1879−1882.
- Smith T. W., Wochnick D. // J. Phys. Chem. 1980. V. 84. P. 1621.
- Дыкман JI. А., Ляхов А. А., Богатырёв В. А. и др. // Коллоидный журн. 1998. Т. 60. С. 757
- Натансон Э. М., Ульберг 3. Р. Коллоидные металлы и металлополимеры. Киев: Наук, думка, 1971.
- Семчиков Ю. Д., Хватова Н. Л., Эльсон В. Г. И др. // Высокомолекул. Соедин. А. 1987. Т. 29. С. 503.
- Sergeev В. М., Sergeev G. В., Prusov А. N. // Mendeleev Commun. 1998. N 5. P. 1.
- The Fractal Approach to Heterogeneous Chemistry Surfaces, Colloids, Polymers / Ed. D. Anvir. -N. Y. — Brisbane — Toronto — Singapore, 1997.
- Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М., 1979. С. 545.
- Химическое осаждение металлов из водных растворов / В. В. Свиридов, Т. Н. Воробьева, Т. В. Гаевская и др.- М.: Изд. Университетское, 1987.
- М. Bystrezejewski, Н. Lange, A. Huczko. Carbon encapsulation of. magnetic nanoparticles.// Fullerens, nanotubes and carbon nanostructures. 2007. V.15. P.167−180
- E.P. Sajitha, V. Prasad, S.V. Subramanyam, S. Eto, Kazuyuki Takai and T. Enoki. Synthesis and characteristics of iron nanoparticles in a carbon matrix along with the catalytic graphitization of amorphous carbon.//Carbon. 2004. V.42. P.2815−2820.
- Weize Wu, Zhenping Zhu and Zhenyu Liu, Yaning Xie, Jing Zhang, Tiandou Hu. Preparation of carbon- encapsulated iron carbide nanoparticles by an explosion method.//Carbon. 2003. V.41. P.317−321.
- Давыдов Б.Э. «Некоторые химические особенности и полупроводниковые свойства полисопряженных систем». Диссерт. докт. хим. наук. Москва. 1 965 487 с.
- A.M. Сладков, Полисопряженные полимеры. Сборник статей. М: Наука, 1989. 256 с.
- Liming Dai «Conjugated and Fullerene-Containing Polymers for Electronic and Photonic Applications: Advanced Syntheses and Microlithographic Fabrications» // Polymer reviews. J.M.S.—REV. Macromol. Chem. Phys. 1999. V.39. № 2. 273−387.
- Берлин A.A., Гейдерих M.A., Давыдов Б. Э., Каргин В. А., Карпачева Г. П., Кренцель Б. А., Хутарева Г. В. Химия полисопряженных систем. М.: Химия, 1972.272 с.
- A.G. MacDiarmid, AJ. Heeger. Organic metals and semiconductors: the chemistry of polyacetylene, (CH)X, and its derivatives. // Synthetic metals. 1979/1980. V.l. P.101−118.
- G.G. Wallace, P.C. Innis. Inherently conducting polymer nanostructures.//J. of nanoscience and nanotechnology. 2002. V.2. № 5. P.441- 451.
- M. Murakami, S. Yoshimura. Highly conductive pyropolymer and high-quality graphite frompolyoxadiazole. // Synthetic metals. 1987. V. l8. P.509−514.
- M. G. Kanatzidls. Conductive polymers // C&EN. 1990. V.3. P.36−54.
- W. Zhao, Y. Yamamoto, S. Tagawa Regulation of thermal reactions of polyacrylonitrile by y-irradiation// Chem. Mater. 1999. V.ll. P.1030−1034.
- Карпачева Г. П. Фотохимические процессы образования и превращения полимеров с системой сопряжения. Диссертация докт. хим. наук, Москва, 1990, 337 с.
- В.В. Козлов, Г. П. Карпачева, B.C. Петров, Е. В. Лазовская // Особенности образования системы полисопряженных связей полиакрилонитрила в условиях вакуума при термической обработке // ВМС. А. 2001. Т.43. С. 20.
- М. А. Гейдерих, Динь Суан Динь, Б. Э. Давыдов, Г. П. Карпачева // Влияние стереорегулярности макромолекул на процесс термической деструкции полиакрилонитрила и парамагнитные свойства продуктов термопревращения/ ВМС. А. 1973. Т.15. С. 1239.
- Гейдерих М.А. Изучение термического превращения полиакрилонитрила. Диссертация канд. хим. наук, Москва. 1965. С. 127.
- C.L. Renschler, А.Р. Sylwester, and L.V. Salgado // Carbon films from polyacrylonitrileW J. Mater. Res. 1989. V. 4. № 2. P.35−39.
- W.J. Burlant, J.L. Parsons. Pyrolysis of polyaciylonitrile// J. of polymer science. 1956. V.22. P.249−256.
- N. Grassie, J.N. Hay, I.C. McNeill, Coloration in acrylonitrile and methacrylonitrile polymers// J. of polymer science. 1958. V.31. P.205−206.
- J. J. Ritsko, G. Crecelius, J. Fink. Thermal transformation of local to extended electronic states in polymers//Phys. Rev. B. 1983. V.27. P.2612 2614.
- A.K. Gupta, D.K. Paliwal, P. Bajaj. Effect of an acidic comonomer on thermooxidative stabilization of polyacrylonitrile//J. of applied polymer science. 1995. V.58.P.1161−1174.
- M. Surianarayanan, R. Vijayaraghavan, K.V. Raghavan. Spectroscopic investigations of polyacrylonitrile thermal degradation// J. of polymer science. 1998. V.36. P.2503−2512.
- N. Grassie, I.C. McNeill. Thermal degradation of polyacrylonitrile. Part 5. The mechanism of the initiation step in coloration reactions// J. of polymer science. 1959. V.39.P.211−222.
- T. Takata, I. Hiroi. Coloration in acrylonitrile polymers.// J. of polymer science: part A. 1964. V.2. P. l567−1585.
- В. А. Каргин, И. А. Литвинов. Структурные превращения при термической обработке полиакрилонитрила.//ВМС. 1965. Т. 7. № 2. С.226−231.
- Hideto Kakida, Kohji Tashiro, Masamichi Kobayashi. Mechanism and kinetics of stabilization reaction of polyacrylonitrile and related copolymers // Polymer J. 1996. V.28. P.30−34.
- P. Rajalingam, G. Radhakrishnan. Polyacrylonitrile precursor for carbon fibers // Polymer reviews, J.M.S.—Rev. Macromol. Chem. Phys. 1991. V.31. № 283. P. 301 310.
- P.R. Giunta, L.J. van de Burgt, A.E. Stiegman. Production and characterization of carbon-silica nanocomposites from the pyrolysis of polyacrylonitrile in a porous silica matrix.//Chem. Mater. 2005. V.17. P.1234 1240.
- N. Chatterjee, S. Basu, S.K. Palit, M.M. Maiti. An XRD characterization of the thermal degradation of polyacrylonitrile.// J. of polymer science: Part B: Polymer physics. 1995. V.33. P.1705−1712.
- P. Bajaj, A. K. Roopanwal. Thennal Stabilization of Acrylic Precursors for the Production of Carbon Fibers: An Overview.//J.M.S.-Rev. Macromol. Chem. Phys. 1997. V. 37. № l.P. 97−147.
- Л.М. Земцов. Г. П. Карпачева, /Химические превращения полиакрилонитрила под действием некогерентного инфракрасного излучения// ВМС. А. 1994. № 36. С. 919.
- В.В. Козлов, Ю. М. Королёв, Г. П. Карпачева /Структурные превращения композита на основе полиакрилонитрила и фуллерена С60 под воздействием ИК-излучения//ВМС. А. 1999. Т.41. С. 836.
- Т.С. Журавлёва, Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева, С. А. Коваленко, В. В. Козлов, Ю. Е. Лозовик, Ю. А. Матвеец, П. Ю. Сизов, В. М. Фарзтдинов /Фемтосекундная спектроскопия углеродных пленок//Химическая физика. 1998. Т. 17. С. 150.
- Н. Liu, X. Ge, Y. Ni, Q. Ye, Z. Zhang. Synthesis and characterization of polyacrylonitrile-silver nanocomposites by y-irradiation // Radiation Physics and chemistry. 2001. V.61. P.89−91.
- Rafil A. Basheer, Shehdeh Jodeh Electrically conducting thin films obtained by ion implantation in pyrolyzed polyaciylonitrile // Mat Res Innovat. 2001. V.4. P.131−134.
- Christophe Pirlot, Zineb Mekhalif, Antonio Fonseca, Janos B. Nagy, Guy Demortier, Joseph Delhalle Surface modi. cations of carbon nanotube/polyacrylonitrile composite .1ms by proton beams // Chemical Physics Letters. 2003. V.372. P.595−602.
- J1.M. Земцов, Г. П. Карпачева, М. Н. Ефимов, Д. Г. Муратов, К. А. Багдасарова «Углеродные наноструктуры на основе ИК-пиролизованного полиакрилонитрила», ВМС. А. 2006. Т.48. № 6. С.977 982.
- Горелик С.С., Расторгуев JI.H., Скаков Ю. А. Рентгенографический и электрооптический анализ: практическое руководство.-М.: Металлургия, 1970.
- Surianarayanan М., Vijayaraghavan R., Raghavan K.V. // J. Polym. Sci., Polym. Chem. 1998. V.36. № 17. P.2503.
- Mailhot В., Gardette J. //Polym. Degrad. Stab. 1994. V.44. № 2. P. 223.
- Королев Ю.М. Рентгенографическое исследование аморфных углеродных систем. //ХТТ. 1995. № 5. С.99−111.
- Hwang S.M., Higashihara Т., Shin K.S. and Gardiner W.C. // J.Phys.Chem. 1990. V.94. P. 2883.
- Браун M., Доллимор Д., Галвей А. Реакции твердых тел. М.: Мир. 1983. Brown М.Е., Dollimore D., and Galwey A.K. Reactions in the solid state. In Comprehesive chemical kinetics. Amsterdam-Oxford-New York: Elsevier scientific publishing company. 1980.
- Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. M.: Физматгиз. С. 1959.
- Шульга Ю.М., Рубцов В. И., Ефимов О. Н., Карпачева Г. П., Земцов Л. М., Козлов В. В. // Высокомолек. соед. А. 1996. Т. 38. № 6. С. 989.
- Tolles W.M. //Nanotechnology. 1996. № 7. P. 59.
- Nandini С., Sudhapada В., Palit S., Mrinal M. // J. Polym. Sci., Polym. Phys. 1995. V. 33. № 12. P. 1705.
- Карпачева Г. П, Земцов Л. М., Бондаренко Г. Н., Литманович А. Д., Платэ Н. А. //Высокомолек.соед. А. 2000. Т. 42. № 6. С. 954.
- Bashir Z. // J. Polym. Sci., Part В: Polym. Phys. 1994. V. 32. P. 1115−1128.
- L.M. Zemtsov, G.P. Karpacheva, O.N. Efimov, V.V. Kozlov, D.G. Muratov, K.A. Bagdasarova Structure and Properties of Infra-Red-Irradiated Polyacrylonitrile and Its
- Composites // Baltic Polymer Symposium 2004″, P. 18, Kaunas, November 24−26, 2004.
- А.О.Литинский, Н. Г. Лебедев, И. В. Запороцкова // Журнал физической химии. 1995. Т.69. № 1. С. 189.
- MJ.S. Dewar, W. Thiel. //J. Amer. Chem. Soc. 1977. V. 99. P. 4899.
- MJ.S. Dewar, W. Thiel. // Theoret. Chim. Acta. 1977. V. 46. P. 89.
- Д. Бригса и М. П. Сиха. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. М.: Мир. 1987.
- Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций. М.: Мир. 1972.
- Г. В.Белов, Б. Г. Трусов ASTD электронный справочник по термодинамическим, термохимическим и теплофизическим свойствам индивидуальных веществ. 1990−1993.
- Л.В.Кожитов, В. В. Крапухин, В. А. Улыбин. Технология эпитаксиальных слоев и гетерокомпозиций. И: Учеба. МИСиС. Москва. 2001. 158 с.
- L.M. Zemtsov, G.P. Karpacheva, O.N. Eflmov, V.V. Kozlov, Bagdasarova K.A., D.G. Muratov Structure and Properties of Infra-Red-Irradiated Polyacrylonitrile and Its Composites // Chemine Tecnologija. 2005. №. 1(35), P.25−28.
- Муратов Д.Г., Багдасарова К А. Нанокомпозиты на основе полиакрилонирила и железа: получение, структура // Тез. Докл. Международной школы-семинара для молодых ученых «Наноматериалы в химии и биологии», 18−21 май, 2004 г., г. Киев, Украина.
- Kristina Laszlo, Etelka Tombacz, Katalin Josepovits. Effect of activation on the surface chemistry of carbons from polymer precursors // Carbon. 2001. V. 39. N 8. P. 1217.
- J.F. Moulder, W.F. Stickle, P.E. Sobol, K.D. Bomben, in: J. Chastain (Eds). Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy, Physical Electronics. Eden Prairie MN. 1992.
- G. Beamson and D. Briggs, High Resolution XPS of Organic Polymers. John Wiley & Sons Ltd. Chichester. 1992.
- Habel J., Machej Т., Ungier L., Ziolkovski J. J. ESCA studies of copper oxides and copper molybdates // Solid State Chem. 1978. V. 25. P. 207.
- Otamiri J.C., Andresson S.L.T., Andersson A. Active Carbon in Catalysis // Appl. Catalysis. 1990. V. 65. P. 159.
- Pels JR., Kapteijn F., Zhu Q. Evolution of nitrogen functionalities in carbonaceous materials during pyrolysis // Carbon. 1995. V. 33. P. 1641.
- C. Ronning, H. Feldermann. Near-Field Electron Energy Loss Spectroscopy of Nanoparticles // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. N 4. P. 782.162
- Hill P. Femtosecond pulses generate microstructures // Opto and Laser Europe magazine. 2002. December. P. 45.
- Jiles D.C. Recent advances and future directions in magnetic materials // Acta Materials. 2003. V.51. P.5907.
- A.Baiker, M. Kilo, M. Maciejewski, S. Menzi, A.Wokaun. New Frontiers in Catalysis. Elsevier. Amsterdam. 1993.
- Zhiqiang Xu, Zhigang Qi and Arthur Kaufman. High performance carbon-supported catalysts for fuel cells via phosphonation // Chem.Commun. 2003. P.878.
- G.P. Karpacheva, L.M. Zemtsov, K.A. Bagdasarova, M.N. Efimov, M.M. Ermilova, N.V. Orekhova, D.G. Muratov Nanostructured carbon materials based on IR-pyrolyzed polyacrylonitrile // ICHMS'2005. 2007. P.577−586.
- А.А.Князева. Окисление спиртов C2 C4 на медных катализаторах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. 2004. Томск.
- В.И.Бухтияров, М. Г. Слинько. Металлические наносистемы в катализе. // Успехи химии. 2001. Т.70. № 2. С. 167.
- Муратов Д.Г., Ефимов М. Н. Исследование структуры металл-углеродных композитов с наночастицами металлов на примере ППАН/Fe // «Юбилейные 60-е дни науки студентов МИСиС», Сб. тезисов докладов, Москва, 19−22 апреля 2005. С. 21.
- A.W.Morawski, M. Ueda, M.Inagaki. Preparation of transition metal-carbon material from polyacrylonitrile incorporated with inorganic salts // Journal of Materials Science. 1997. V.32. P.789.
- Л.В.Кожитов, В. В. Крапухин, В. В. Козлов, С. И. Кричмар, А. В. Дегтяренко. Сборник трудов научно-практической конференции «Нанотехнологии -производству». 2004. С. 215.
- Дрессельхаус М., Дрессельхаус Дж. Рассеяние света в твердых телах / под.ред. Кардоны М., Гюнтеродта Г. М.: Мир, 1985. Вып.З. С. 10.
- Wasserman В., Braunstein G., Dresselhaus MS., Wnek GE // Mat. Res.Soc.Simp., V.27, 1984. P.423.
- Sheistel S., Ensigner W., Wolf GK. //Nukl. Instr. & Meth.1994. P.473
- Сокращения, использованные в диссертации:
- В АХ вольт-амперная характеристика
- ГПП газообразные продукты реакции
- Гф графитоподобная фаза термообработанного полиакрилонитрила4. ДМФА — диметилформамид
- МУНК металлоуглеродные нанокомпозиты6. НЧ — наночастица
- Нф полинафтеновая фаза углеродного материала8. ПАН полиакрилонитрил9. ПВС поливиниловый спирт10. ПМ полимер-матрица
- Пф промежуточная фаза углеродного материала
- ПЭМ просвечивающая электронная микроскопия
- РФЭС рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
- РЭЯ расширенная элементарная ячейка15. Сг — степень графитизации
- СПС система полисопряженных связей
- СЭМ сканирующая электронная микроскопия
- ТГА термогравиметрический анализ19. УМ углеродный материал
- УНМ углеродный нанокристаллический материал
- УНМ 650 углеродный нанокристаллический материал, полученный при 650°С
- УНМ 700 углеродный нанокристаллический материал, полученный при 700°С
- УНМ 800 углеродный нанокристаллический материал, полученный при 800°С
- УНМ 850 углеродный нанокристаллический материал, полученный при 850°С25