RU2417891C1 - Способ изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок - Google Patents
Способ изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2417891C1 RU2417891C1 RU2009131991/05A RU2009131991A RU2417891C1 RU 2417891 C1 RU2417891 C1 RU 2417891C1 RU 2009131991/05 A RU2009131991/05 A RU 2009131991/05A RU 2009131991 A RU2009131991 A RU 2009131991A RU 2417891 C1 RU2417891 C1 RU 2417891C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer
- carbon nanotubes
- substrate
- polymer matrix
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области полимерных нанокомпозитов. Способ изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок, состоящего из полимерной матрицы, армированной ориентированным массивом углеродных нанотрубок, включает растворение полимера в растворителе, формирование на подложке слоя нанокомпозита центрифугированием из раствора полимера и его термообработку термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы. В качестве наполнителя используют вертикально ориентированный массив углеродных нанотрубок, выращенный на подложке. При формировании на подложке слоя нанокомпозита центрифугированием подложку располагают перпендикулярно плоскости вращения центрифуги. Изобретение позволяет получить полимерный композит с ориентированным массивом углеродных нанотрубок с улучшенными характеристиками и упростить технологический процесс его изготовления.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области полимерных нанокомпозитов, микросистемной техники, авиационных и космических технологий, строительных материалов и может быть использовано для создания солнечных элементов, устройств на эффекте памяти формы, защитных и теплоотводящих пленочных покрытий и т.д.
Известен Способ изготовления газового сенсора (патент РФ №2336548 С2, МПК G03F 7/16 от 20.10.08), включающий формирование чувствительного элемента на основе композиционного материала, состоящего из полимерной матрицы, армированной частицами наполнителя, где в качестве материала полимерной матрицы используют фоточувствительные композиции. При этом формирование слоя материала нанокомпозита осуществляют на подложке методом центрифугирования из смеси раствора полимера в растворителе с частицами наполнителя, в качестве которого используют моно- или полидисперсные порошки углеродных нанотрубок (УНТ), фуллеренов, сажи, графита, наночастицы окиси олова. Термообработка слоя нанокомпозита осуществляется термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы.
Общие операции с заявленным способом:
а) в качестве наполнителя используют УНТ;
б) растворение полимера в растворителе;
в) формирование слоя нанокомпозита осуществляют методом центрифугирования;
г) нанокомпозит формируют на подложке;
д) термообработку нанокомпозита осуществляют термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы;
е) изготовление полимерной матрицы, состоящей из полимера и растворителя.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является то, что введение отдельных УНТ в полимерную матрицу методом центрифугирования не дает достаточной дисперсии частиц наполнителя по объему полимерной матрицы, из-за чего частицы наполнителя слипаются. А также описанный способ не позволяет получить ориентированные УНТ в объеме полимерной матрицы, из-за чего характеристики нанокомпозита ухудшаются.
Известен также Способ изготовления нанокомпозита одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ)/полимер (патент US 2008/0290020 A1, МПК G03F 7/16 от 27.11.08), включающий операции перемешивания углеродных нанотрубок (УНТ) в растворителе, ориентацию УНТ на фильтре методом фильтрации, изготовление полимерной матрицы, состоящей из полимера и растворителя, введение ориентированных углеродных нанотрубок в полимерную матрицу, удаление растворителя из композита и температурный нагрев композита в вакууме до температуры, большей температуры стеклования полимера. В данном способе возможно использование предварительно модифицированных УНТ химическими веществами, содержащими такие функциональные группы, как: амины, алканы, алкены, эфиры, серная, фосфорная, борная, карбоксильная кислота. Материалом полимерной матрицы может быть полиимид, полисульфон, целлюлозный ацетат, поликарбонат, полиметакрилат, другие термопластичные полимеры и другие стеклянные полимеры.
Общие операции с заявленным способом:
а) изготовление полимерной матрицы, состоящей из полимера и растворителя;
б) в качестве наполнителя используют УНТ;
в) растворение полимера в растворителе;
г) введение ориентированных УНТ в полимерную матрицу;
д) термообработку нанокомпозита осуществляют термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы.
Недостатком этого способа является то, что метод фильтрации не дает достаточной ориентированности УНТ в объеме полимерной матрицы, из-за чего характеристики нанокомпозита ухудшаются.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является Способ формирования композитов полимер/углеродные нанотрубки (патент US 2008/0306184 А1, МПК G21F 1/02 от 11.12.08), состоящих из полимерной матрицы, армированной ориентированным массивом УНТ. Согласно предложенному способу растворение полимера осуществляется в растворителе, после чего производится обработка ультразвуком находящихся в растворителе УНТ и введение ориентированных УНТ в полимерную матрицу. Из полученной смеси предлагается сформировать на подложке слой нанокомпозита методом центрифугирования и обработать его ультразвуком в течение времени, достаточного для распределения УНТ по всей матрице полимера, после чего производится термообработка нанокомпозита термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы.
Общие операции с заявленным способом:
а) изготовление полимерной матрицы, состоящей из полимера и растворителя;
б) в качестве наполнителя используют УНТ;
в) растворение полимера в растворителе;
г) введение ориентированных УНТ в полимерную матрицу;
д) формирование нанокомпозита центрифугированием;
е) нанокомпозит формируют на подложке;
ж) термообработку нанокомпозита осуществляют термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является то, что метод обработки ультразвуком не позволяет получить достаточной ориентированности УНТ в объеме полимерной матрицы, из-за чего характеристики нанокомпозита ухудшаются.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок с достаточной дисперсией УНТ по объему полимерной матрицы, чтобы углеродные нанотрубки не слипались, и большой степенью ориентированности УНТ в объеме полимерной матрицы для улучшения характеристик нанокомпозита, таких как повышенная устойчивость к радиационному облучению, механическая прочность и электропроводимость для приложений микросистемной техники, а также авиационных и космических приложений.
Для достижения технического результата при изготовлении полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок, состоящего из полимерной матрицы, армированной ориентированным массивом углеродных нанотрубок, производятся последовательные операции, включающие растворение полимера в растворителе, формирование на подложке слоя нанокомпозита центрифугированием из раствора полимера и его термообработку термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы, причем в качестве наполнителя используют вертикально ориентированный массив углеродных нанотрубок, выращенный на подложке, и при формировании на подложке слоя нанокомпозита центрифугированием подложку располагают перпендикулярно плоскости вращения центрифуги.
Указанный способ реализуется следующим образом. На первом этапе изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок предлагается растворить полимер, используемый в качестве матрицы, в растворителе с целью регулирования его вязкости, т.е. способности полимера затекать между нанотрубками. На втором этапе предлагается сформировать слой нанокомпозита центрифугированием из раствора полимера на подложке с предварительно выращенным вертикально ориентированным массивом УНТ (например, по методу, предложенному П.В.Фурсиковым в статье Каталитический синтез и свойства углеродных нановолокон // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. - 2005. №1. С.24-40). При этом предлагается расположить подложку с выращенным массивом УНТ перпендикулярно плоскости вращения центрифуги для того, чтобы улучшить затекание растворенного на этапе 1 полимера между нанотрубками под действием центробежных сил. При этом улучшается адгезия полимера и нанотрубок и, следовательно, качество и характеристики получаемого нанокомпозита. На третьем этапе предлагается произвести термообработку термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы, для затвердевания слоя полученного нанокомпозита.
При использовании в качестве наполнителя ориентированного массива УНТ нанотрубки находятся на определенном расстоянии друг от друга, что обеспечивает хорошую дисперсию УНТ по объему полимерной матрицы и отсутствие слипания отдельных УНТ в пучки. При этом исключается операция обработки ультразвуком на различных этапах изготовления нанокомпозита.
Технический результат может быть достигнут при использовании широкого класса полимеров в качестве полимерной матрицы. Материалом полимерной матрицы может быть полиимид, полисульфон, целлюлозный ацетат, поликарбонат, полиметакрилат, другие термопластичные полимеры и другие стеклянные полимеры.
Технико-экономические преимущества заявленного способа перед известными выражены в повышенных устойчивости к радиационному облучению, механической прочности, электропроводимости за счет создания нанокомпозита с лучшей ориентированностью УНТ и лучшей адгезией полимера и нанотрубок, а также упрощении технологического процесса изготовления нанокомпозита за счет исключения операции обработки ультразвуком.
Claims (1)
- Способ изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок, состоящего из полимерной матрицы, армированной ориентированным массивом углеродных нанотрубок, включающий растворение полимера в растворителе, формирование на подложке слоя нанокомпозита центрифугированием из раствора полимера и его термообработку термическим методом при температуре не выше температуры деструкции полимерной матрицы, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют вертикально ориентированный массив углеродных нанотрубок, выращенный на подложке, и при формировании на подложке слоя нанокомпозита центрифугированием подложку располагают перпендикулярно плоскости вращения центрифуги.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009131991/05A RU2417891C1 (ru) | 2009-08-24 | 2009-08-24 | Способ изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009131991/05A RU2417891C1 (ru) | 2009-08-24 | 2009-08-24 | Способ изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009131991A RU2009131991A (ru) | 2011-02-27 |
| RU2417891C1 true RU2417891C1 (ru) | 2011-05-10 |
Family
ID=44732582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009131991/05A RU2417891C1 (ru) | 2009-08-24 | 2009-08-24 | Способ изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2417891C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2468918C1 (ru) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) | Композиционный армированный материал и способ его получения |
| RU2495887C1 (ru) * | 2012-02-27 | 2013-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ивановский научно-исследовательский институт плёночных материалов и искусственной кожи технического назначения" Федеральной службы безопасности Российской Федерации (ФГУП "ИвНИИПИК" ФСБ России) | Способ получения композита полимер/углеродные нанотрубки |
| RU2560382C2 (ru) * | 2013-11-21 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиностроения Российской академии наук | Способ изготовления полимерного композита на основе ориентированных углеродных нанотрубок |
| RU2746096C1 (ru) * | 2020-07-10 | 2021-04-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Установка для ориентирования нанотрубок |
| RU2812548C1 (ru) * | 2023-05-24 | 2024-01-30 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ получения градиентного полимерного композита методом 3D-печати (варианты) и градиентный полимерный композит, полученный указанным способом |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478563C2 (ru) * | 2011-05-10 | 2013-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Способ изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок регулируемой плотности |
-
2009
- 2009-08-24 RU RU2009131991/05A patent/RU2417891C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2468918C1 (ru) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) | Композиционный армированный материал и способ его получения |
| RU2495887C1 (ru) * | 2012-02-27 | 2013-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ивановский научно-исследовательский институт плёночных материалов и искусственной кожи технического назначения" Федеральной службы безопасности Российской Федерации (ФГУП "ИвНИИПИК" ФСБ России) | Способ получения композита полимер/углеродные нанотрубки |
| RU2560382C2 (ru) * | 2013-11-21 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиностроения Российской академии наук | Способ изготовления полимерного композита на основе ориентированных углеродных нанотрубок |
| RU2746096C1 (ru) * | 2020-07-10 | 2021-04-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Установка для ориентирования нанотрубок |
| RU2812548C1 (ru) * | 2023-05-24 | 2024-01-30 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ получения градиентного полимерного композита методом 3D-печати (варианты) и градиентный полимерный композит, полученный указанным способом |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009131991A (ru) | 2011-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Goh et al. | Directed and on‐demand alignment of carbon nanotube: a review toward 3D printing of electronics | |
| Su et al. | Fabrication of thermal conductivity enhanced polymer composites by constructing an oriented three-dimensional staggered interconnected network of boron nitride platelets and carbon nanotubes | |
| Shim et al. | Multiparameter structural optimization of single-walled carbon nanotube composites: toward record strength, stiffness, and toughness | |
| RU2400462C1 (ru) | Способ изготовления композита полимер/углеродные нанотрубки на подложке | |
| Yang et al. | Highly thermally conductive polyvinyl alcohol/boron nitride nanocomposites with interconnection oriented boron nitride nanoplatelets | |
| Xu et al. | Graphene in macroscopic order: liquid crystals and wet-spun fibers | |
| Hwang et al. | Poly (vinyl alcohol) reinforced and toughened with poly (dopamine)-treated graphene oxide, and its use for humidity sensing | |
| Weng et al. | Mass production of carbon nanotube reinforced poly (methyl methacrylate) nonwoven nanofiber mats | |
| RU2417891C1 (ru) | Способ изготовления полимерного композита с ориентированным массивом углеродных нанотрубок | |
| Tian et al. | Graphene oxides dispersing and hosting graphene sheets for unique nanocomposite materials | |
| JP6178875B2 (ja) | 産業用途のための大規模な酸化グラフェンの製造 | |
| CN104271499B (zh) | 用碳前体强化的碳纳米管纤维的制备方法 | |
| Wang et al. | Advanced functional carbon nanotube fibers from preparation to application | |
| Meng et al. | 2d crystal–based fibers: Status and challenges | |
| Xu et al. | In situ alignment of graphene nanoplatelets in poly (vinyl alcohol) nanocomposite fibers with controlled stepwise interfacial exfoliation | |
| Zhang et al. | Microcombing enables high-performance carbon nanotube composites | |
| Bowland et al. | Roll-to-roll processing of silicon carbide nanoparticle-deposited carbon fiber for multifunctional composites | |
| Othman et al. | Carbon nanotube hybrids and their polymer nanocomposites | |
| Lee et al. | Improvement of thermal conductivity and latent heat of cellulose film using surfactant and surface-treated CNT with stearic acid | |
| Song et al. | Electrospun 1D and 2D carbon and polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric nanocomposites | |
| Park et al. | Flexural properties, interlaminar shear strength and morphology of phenolic matrix composites reinforced with xGnP-coated carbon fibers | |
| Lim et al. | Lyotropic boron nitride nanotube liquid crystals: Preparation, characterization, and wet-spinning for fabrication of composite fiber | |
| Wang et al. | Embedded 3D printing of RGO frameworks with mechanical strength, and electrical and electromagnetic interference shielding properties | |
| Behera et al. | Characterization of carbon based nanofibers in nanocomposites and their applications | |
| Estevez et al. | Beyond percolation threshold loading of polyacrylonitrile electrospun nanofibers with boron nitride nanotubes for use in high-temperature composites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110825 |