RU2196731C2 - Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа - Google Patents
Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2196731C2 RU2196731C2 RU2000124887/12A RU2000124887A RU2196731C2 RU 2196731 C2 RU2196731 C2 RU 2196731C2 RU 2000124887/12 A RU2000124887/12 A RU 2000124887/12A RU 2000124887 A RU2000124887 A RU 2000124887A RU 2196731 C2 RU2196731 C2 RU 2196731C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode deposit
- graphitization
- separated
- electroflotation
- nanostructures
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/152—Fullerenes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/152—Fullerenes
- C01B32/154—Preparation
Abstract
Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении фрикционных материалов и пластиков. Полиэдральные многослойные наноструктуры фуллероидного типа с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм, средним размером частиц 60-200 нм, насыпной плотностью 0,6-0,8 г/см3, пикнометрической плотностью 2,2±0,1 г/см3, показателем термобароустойчивости к графитизации при 3000oС не менее 50 Кбар, рентгенографическим показателем графитизации 0,01-0,02 и удельным электрическим сопротивлением при давлении 120 МПа не более 2,5•10-4 Ом•м получают распылением графитового анода в плазме дугового разряда в атмосфере инертного газа. Катодный осадок имеет плотную корку и рыхлую сердцевину. Корку катодного осадка измельчают и подвергают окислению в газовой фазе. Продукт окисления разделяют электрофлотацией. Отбирают всплывшую фракцию 100-300 нм, высушивают, смешивают с сухим гидроксидом, галогенидом, нитратом щелочного металла или их смесью. Жидкофазное окисление ведут в расплаве. Окисленный продукт снова разделяют электрофлотацией, нейтрализуют, промывают. Изобретение позволяет использовать ту часть катодного осадка, которая раньше не использовалась. 2 ил.
Description
Изобретение относится к химии неметаллических соединений, а именно к химии углерода, и, в частности, к получению многослойных углеродных наноструктур фуллероидного типа. Указанные структуры обладают высокой химической стабильностью при существенной пористости, а также высокой термобароустойчивостью и могут найти применение в различных отраслях химической технологии.
Многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа образуются как побочный продукт при получении фуллеренов и нанотрубок термическим распылением графитового анода в плазме дугового разряда, горящей в атмосфере инертного газа, например, аргона или гелия. Продукты распыления осаждаются на охлаждаемых стенках камеры и, в основном, на поверхности катода. При этом выход целевого продукта - фуллеренов или нанотрубок - зависит от нескольких факторов, в частности, от поддержания межэлектродного расстояния на фиксированном уровне и от поддержания минимального возможного тока дуги, необходимого для ее стабильного горения. Случайное изменение этих параметров на несколько минут превращает катодный осадок в "бесполезный твердый кусок запекшегося графита" [Ebbesen T.W. Ann. Rev. Mater. Sci., 1994, V 24, p.235; Ebbesen T. W. Phys. Today, 26.06.1996]. Реальный катодный осадок (катодный депозит) может представлять собой сложный агломерат, в центральной рыхлой части которого содержится до 10% масс нанотрубок, а в более плотной коре содержатся преимущественно многообразные наноструктуры, считающиеся примесями, затрудняющими исследование и использование нанотрубок. Некоторое количество указанных наноструктур есть и в центральной части катодного депозита. Эти частицы никто специально не выделял и не идентифицировал.
Наиболее близкими к заявленным являются многослойные наноструктуры фуллероидного типа - углеродные нанотрубки (з-ка JP 07-165406, кл. С 01 В 31/00, 31/02, 1995, реферат), полученные выделением из катодного осадка и имеющие широкий диапазон размеров.
Недостатком известных полиэдральных многослойных наноструктур является большое количество примесей и значительный разброс их параметров, а также то, что корка катодного осадка, содержащая некоторое количество таких наноструктур, не используется и считается отходом.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в выделении полиэдральных многослойных наноструктур фуллероидного типа как целевого продукта.
Выделенные полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа имеют межслоевое расстояние 0,34-0,35 нм, средний размер частиц 60-200 нм, насыпную плотность 0,6-0,8 г/см3, пикнометрическую плотность 2,2±0,1 г/см3, показатель термобароустойчивости к графитизации при 3000oС не менее 50 КБар, рентгенографический показатель графитизации 0,01-0,02, удельное электрическое сопротивление при давлении 120 МПа не более 2,5•10-4 Ом•м.
Заявляемое изобретение далее поясняется примерами, но не ограничено ими.
Пример 1.
Электродуговой эррозией анодного графитового стержня сечением 100 мм2 с графитовым катодом того же сечения при плотности тока 200 А/см2 и падении напряжения на дуге 24 B в гелиевой атмосфере (давление Не 70 торр) получают катодный осадок. Осадок представляет собой трубчатую бахромчатую структуру длиной около 120 мм и диаметром около 35 мм неоднородной плотности с рыхлой сердцевиной и плотной оболочкой (коркой) с внутренним диаметром 9-10 мм и толщиной около 2 мм.
Корку отделяют и измельчают до порошка со средней дисперсностью 200-800 нм. Порошок смешивают с 5 мас.% диспергированного нитрата калия и помещают во вращающуюся трубчатую печь, в которой проводят газофазное окисление при температуре 550-600oС.
После газофазного окисления порошок разделяют электрофлотацией, отбирая всплывающую фракцию дисперсностью 100-300 нм. Отобранную фракцию высушивают, смешивают с 5 мас. % сухого мелкодисперсного нитрата калия и помещают в расплав гидроксида калия, где подвергают жидкофазному окислению при температуре около 500oС.
Расплав охлаждают, растворяют в воде, мелкодисперсный продукт отделяют электрофлотацией, нейтрализуют кислотой, тщательно промывают на фильтре дистиллированной водой и переводят в дисперсию в органическом растворителе, например, диметилформамиде.
Пример 2.
Продукт получают, как в примере 1, но жидкофазное окисление проводят в расплаве смеси нитратов лития и натрия в эквимольном соотношении.
Пример 3.
Продукт получают, как в примере 1, но жидкофазное окисление проводят в расплаве хлоридов лития и калия эвтектического состава.
Пример 4.
Продукт получают, как в примере 1, но жидкофазное окисление проводят в расплаве хлорида калия и гидроксида натрия в соотношении 1:4.
Для определения физико-химических параметров продукт отделяют от растворителя и исследуют по следующим параметрам.
Определяют плотность полученного материала: насыпная плотность равна 0,6-0,8 г/см3, пикнометрическая плотность равна 2,2±0,1 г/см3.
Рентгенографически определяют межслоевое расстояние в многослойных частицах, которое равно 0,34-0,36 нм, что характерно для соединений углерода фуллероидного типа.
Рентгенографически определяют количество аморфизированного графита, оставшегося в продукте (показатель графитизации), которое составляет 0,01-0,02.
Определяют сорбционные свойства продукта по отношению к четыреххлористому углероду, указанный показатель, равный 50 мг/г, свидетельствует о практическом отсутствии аморфного графита в продукте.
Под давлением из продукта формируют таблетку, на которой под давлением 120 МПа измеряют удельное сопротивление, которое не превышает 2,5•10-4 Ом•м. Для сравнения удельное сопротивление графита составляет 0,5•10-2 Ом•м.
Показатель термобароустойчивости определяют на установке для синтеза технических алмазов; при 3000oС материал выдерживает давление 50 Кбар (50000 ата) без изменения структурных характеристик.
С помощью просвечивающего электронного микроскопа JЕМ - 100 S определяют форму полученных частиц и их размер. Типичные наноструктуры представлены на фиг.1 и 2.
На фиг. 1 поз. а) представлена наиболее характерная полиэдральная многослойная частица длиной 150 нм с внутренним щелевидным капилляром. В поз. б) представлены похожие частицы, расположившиеся в плоскости прохождения электронного пучка; ясно видна их конфигурация и конфигурация их щелевидного капилляра.
На фиг.2 в более крупном (в 2,5 раз) масштабе представлена полиэдральная разветвленная частица без внутреннего капилляра. В правом нижнем углу фиг.2 видна нанотрубка, присутствие которой в материале в малых количествах возможно.
Полученный продукт в силу своей высокой дисперсности и термобароустойчивости находит применение как противоизносная добавка к антифрикционным материалам, в частности, эпоксидоуглепластикам, а также в качестве добавки в пластики для повышения электропроводности и снятия статического электричества.
Изобретение позволяет использовать как полезный продукт ту часть катодного осадка, которая ранее шла в отход производства фуллеренов и нанотрубок.
Claims (1)
- Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм, средним размером частиц 60-200 нм, насыпной плотностью 0,6-0,8 г/см3, пикнометрической плотностью 2,2±0,1 г/см3, показателем термобароустойчивости к графитизации при 3000oС не менее 50 Кбар, рентгенографическим показателем графитизации 0,01-0,02 и удельным электрическим сопротивлением при давлении 120 МПа не более 2,5•10-4 Ом•м.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000124887/12A RU2196731C2 (ru) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа |
PCT/RU2002/000224 WO2003093175A1 (fr) | 2000-09-21 | 2002-04-27 | Nanostructures de carbone polyedres a couches multiples de type de fullerenes |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000124887/12A RU2196731C2 (ru) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа |
PCT/RU2002/000224 WO2003093175A1 (fr) | 2000-09-21 | 2002-04-27 | Nanostructures de carbone polyedres a couches multiples de type de fullerenes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000124887A RU2000124887A (ru) | 2002-10-20 |
RU2196731C2 true RU2196731C2 (ru) | 2003-01-20 |
Family
ID=31497755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000124887/12A RU2196731C2 (ru) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2196731C2 (ru) |
WO (1) | WO2003093175A1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BG65887B1 (bg) * | 2005-07-20 | 2010-04-30 | Димо ГЪРЛАНОВ | Плазмен метод и устройство за получаване на наноматериали |
MD166Z (ru) * | 2009-11-02 | 2010-10-31 | Николай СЕРАФИМЧУК | Композитный материал и способ его получения |
WO2011010947A1 (ru) | 2009-07-21 | 2011-01-27 | Ponomarev Andrey Nikolaevich | Нанокомпозитный материал на основе минеральных вяжущих |
RU2483022C2 (ru) * | 2005-11-16 | 2013-05-27 | Канату Ой | Способ изготовления функционализированной фуллеренами углеродной нанотрубки, композиционный материал, толстая или тонкая пленка, провод и устройство, выполненные с использованием получаемых нанотрубок |
RU2617812C1 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Способ приготовления дисперсно-армированного строительного раствора для монолитных полов |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU600086A1 (ru) * | 1975-04-28 | 1978-03-30 | Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт природных алмазов и инструмента | Способ химической обработки алмазов |
US5641466A (en) * | 1993-06-03 | 1997-06-24 | Nec Corporation | Method of purifying carbon nanotubes |
US5753088A (en) * | 1997-02-18 | 1998-05-19 | General Motors Corporation | Method for making carbon nanotubes |
RU2135409C1 (ru) * | 1998-03-18 | 1999-08-27 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Способ получения графитовых нанотрубок |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5458784A (en) * | 1990-10-23 | 1995-10-17 | Catalytic Materials Limited | Removal of contaminants from aqueous and gaseous streams using graphic filaments |
-
2000
- 2000-09-21 RU RU2000124887/12A patent/RU2196731C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-04-27 WO PCT/RU2002/000224 patent/WO2003093175A1/ru not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU600086A1 (ru) * | 1975-04-28 | 1978-03-30 | Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт природных алмазов и инструмента | Способ химической обработки алмазов |
US5641466A (en) * | 1993-06-03 | 1997-06-24 | Nec Corporation | Method of purifying carbon nanotubes |
US5753088A (en) * | 1997-02-18 | 1998-05-19 | General Motors Corporation | Method for making carbon nanotubes |
RU2135409C1 (ru) * | 1998-03-18 | 1999-08-27 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Способ получения графитовых нанотрубок |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПУТЯТИН А.А. Химические методы извлечения алмазов из продуктов синтеза. - Сверхтвердые материалы, 1982, с.21-25. * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BG65887B1 (bg) * | 2005-07-20 | 2010-04-30 | Димо ГЪРЛАНОВ | Плазмен метод и устройство за получаване на наноматериали |
RU2483022C2 (ru) * | 2005-11-16 | 2013-05-27 | Канату Ой | Способ изготовления функционализированной фуллеренами углеродной нанотрубки, композиционный материал, толстая или тонкая пленка, провод и устройство, выполненные с использованием получаемых нанотрубок |
WO2011010947A1 (ru) | 2009-07-21 | 2011-01-27 | Ponomarev Andrey Nikolaevich | Нанокомпозитный материал на основе минеральных вяжущих |
WO2011010946A1 (ru) | 2009-07-21 | 2011-01-27 | Ponomarev Andrei Nikolaevich | Многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа |
WO2011010948A1 (ru) | 2009-07-21 | 2011-01-27 | Псг Тулс Аб | Нанокомпозитный материал на основе полимерных связующих |
CN102471064A (zh) * | 2009-07-21 | 2012-05-23 | Pcg工具有限公司 | 含有聚合物粘合剂的纳米复合材料 |
EP2460764A4 (en) * | 2009-07-21 | 2013-11-13 | Andrey Ponomarev | MULTILAYER FULLEROID CARBON NANOPARTICLES |
US8742001B2 (en) | 2009-07-21 | 2014-06-03 | Virtum I Sverige Ab | Nanocomposite material containing polymer binders |
CN102471064B (zh) * | 2009-07-21 | 2014-11-05 | 维尔图瑞典有限公司 | 含有聚合物粘合剂的纳米复合材料 |
US9090752B2 (en) | 2009-07-21 | 2015-07-28 | Andrey Ponomarev | Multi-layered carbon nanoparticles of the fulleroid type |
MD166Z (ru) * | 2009-11-02 | 2010-10-31 | Николай СЕРАФИМЧУК | Композитный материал и способ его получения |
RU2617812C1 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Способ приготовления дисперсно-армированного строительного раствора для монолитных полов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2003093175A1 (fr) | 2003-11-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5424054A (en) | Carbon fibers and method for their production | |
Hutchison et al. | Double-walled carbon nanotubes fabricated by a hydrogen arc discharge method | |
Kim et al. | Large-scale production of single-walled carbon nanotubes by induction thermal plasma | |
Lee et al. | Surface properties of fluorinated single-walled carbon nanotubes | |
Rakov | Methods for preparation of carbon nanotubes | |
Sepulveda-Guzman et al. | In situ formation of bismuth nanoparticles through electron-beam irradiation in a transmission electron microscope | |
JP2001348215A (ja) | カーボンナノチューブおよび/またはフラーレンの製造方法、並びにその製造装置 | |
Zhang et al. | High permittivity from defective carbon-coated Cu nanocapsules | |
JP2000095509A (ja) | カ―ボンナノチュ―ブの製造方法および製造用触媒 | |
Couëdel et al. | Growth of tungsten nanoparticles in direct-current argon glow discharges | |
RU2196731C2 (ru) | Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа | |
Alessandro et al. | Selective synthesis of turbostratic polyhedral carbon nano-onions by arc discharge in water | |
US20050121309A1 (en) | Method of producing nanoparticles | |
Osikoya et al. | Synthesis, characterization and adsorption studies of chlorine–doped carbon nanotubes | |
WO2011010946A1 (ru) | Многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа | |
Hu et al. | Copper induced hollow carbon nanospheres by arc discharge method: controlled synthesis and formation mechanism | |
Liu et al. | Carbon nanorods | |
Zaikovskii et al. | Tin–carbon nanomaterial formation in a helium atmosphere during arc-discharge | |
Hu et al. | Inorganic fullerene-like nanoparticles produced by arc discharge in water with potential lubricating ability | |
Dallas et al. | Classification of carbon nanostructure families occurring in a chemically activated arc discharge reaction | |
WO2001016023A1 (en) | Method for producing a nanotubular carbon material, and the material produced thereby | |
Zhu et al. | A systematic study of ceramic nanostructures generated by arc discharge | |
Jagdeo | Physical Methods for Synthesis of Nanoparticles | |
Arora et al. | Sustained arc temperature: better marker for phase transformation of carbon black to multiwalled carbon nanotubes in arc discharge method | |
Karmakar et al. | A new approach towards improving the quality and yield of arc-generated carbon nanotubes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070405 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120621 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120922 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130910 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130910 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140922 |