RU2576637C1 - Method of producing composite material based on modified thermally expanded graphite - Google Patents
Method of producing composite material based on modified thermally expanded graphite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2576637C1 RU2576637C1 RU2014140478/05A RU2014140478A RU2576637C1 RU 2576637 C1 RU2576637 C1 RU 2576637C1 RU 2014140478/05 A RU2014140478/05 A RU 2014140478/05A RU 2014140478 A RU2014140478 A RU 2014140478A RU 2576637 C1 RU2576637 C1 RU 2576637C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- expanded graphite
- thermally expanded
- electrodes
- suspension
- sodium chloride
- Prior art date
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологиям получения композиционных материалов на основе оксидов металлов и неметаллических веществ - терморасширенного графита, и может быть использовано для изготовления токосъемных элементов электроподвижного состава, скользящих щеток в электродвигателях малой мощности, электродов для электрохимического производства и анодных заземлителей и др.The invention relates to technologies for producing composite materials based on metal oxides and nonmetallic substances - thermally expanded graphite, and can be used for the manufacture of current-collecting elements of electric rolling stock, sliding brushes in electric motors of low power, electrodes for electrochemical production and anode ground electrodes, etc.
Большинство способов получения пористых углеродных материалов с нанесенными наночастицами металлов или их оксидов основаны на использовании различных пористых углеродных основ, на которые тем или иным методом наносятся металлосодержащие реагенты, с последующей их обработкой, приводящей к превращению металлосодержащих реагентов в частицы металла или оксидов металлов. Основой для нанесения могут выступать различные углеродные материалы: активированные угли, активированные углеродные волокна, углеродные нанотрубки, сажа, графит, терморасширенный оксид графита, терморасширенный графит, оксид графита. В последнее время получают все большее распространение материалы на основе терморасширенного графита.Most methods for producing porous carbon materials coated with metal nanoparticles or their oxides are based on the use of various porous carbon bases on which metal-containing reagents are applied by one method or another, followed by their processing, which leads to the conversion of metal-containing reagents into particles of metal or metal oxides. The basis for the application can be various carbon materials: activated carbons, activated carbon fibers, carbon nanotubes, carbon black, graphite, thermally expanded graphite oxide, thermally expanded graphite, graphite oxide. Recently materials based on thermally expanded graphite are becoming more and more widespread.
Известен способ нанесения металла, в частности меди, на частицы высокодисперсных порошков (а.с. 1184293). Обработку основы по данному способу и осаждение на нее меди проводят в ванне путем начальной выдержки ее при перемешивании в водном растворе, содержащем медь сернокислую (пентагидрат), триэтаноламин (комплексообразователь), натрия гидрооксид и спирт одноатомный. В раствор вводят соль магния и растворяют ее, а затем через 5-10 минут добавляют раствор формалина.A known method of applying a metal, in particular copper, to particles of highly dispersed powders (as.with. 1184293). The processing of the base according to this method and the deposition of copper on it is carried out in the bath by initial exposure to it with stirring in an aqueous solution containing copper sulfate (pentahydrate), triethanolamine (complexing agent), sodium hydroxide and monohydric alcohol. A magnesium salt is introduced into the solution and dissolved, and then after 5-10 minutes a formalin solution is added.
К недостаткам данного способа следует отнести длительность процесса нанесения, большое число операций и использование большого количества ингредиентов для раствора.The disadvantages of this method include the duration of the application process, a large number of operations and the use of a large number of ingredients for the solution.
В качестве наиболее близкого по технической сути решения выбран способ - прототип, описанный в патенте RU 2426709. В соответствии с указанным способом композиционный материал на основе терморасширенного графита с включениями металлов или оксидов металлов получают путем смешения окисленного графита с солью металла при температуре ниже температуры вспенивания оксида графита с образованием суспензии, ультразвуковым перемешиванием и диспергированием с последующей термообработкой при температуре 250-1000°С. Полученный материал содержит частицы металла или оксида металла размером 30 нм и удельной поверхностью 500 м2/г. При этом содержание металла в конечном продукте не превышает 20%.As the method closest in technical essence, the method is chosen - the prototype described in patent RU 2426709. In accordance with the specified method, a composite material based on thermally expanded graphite with metal or metal oxide inclusions is obtained by mixing oxidized graphite with a metal salt at a temperature below the foaming temperature of the oxide graphite with the formation of a suspension, ultrasonic mixing and dispersion, followed by heat treatment at a temperature of 250-1000 ° C. The resulting material contains particles of metal or metal oxide with a size of 30 nm and a specific surface area of 500 m 2 / g. Moreover, the metal content in the final product does not exceed 20%.
Предложенный способ позволяет получить материал, обладающий требуемыми свойствами. Однако к недостаткам данного способа следует отнести высокую себестоимость готового продукта, сложность технологического процесса, проведение процесса в инертной среде и использование большого количества оборудования, а необходимость использования высоких температур при термообработке приводит к образованию карбидов и других побочных продуктов, что нежелательно может сказаться на качестве готового изделия.The proposed method allows to obtain a material with the desired properties. However, the disadvantages of this method include the high cost of the finished product, the complexity of the process, the process in an inert environment and the use of a large amount of equipment, and the need to use high temperatures during heat treatment leads to the formation of carbides and other by-products, which can undesirably affect the quality of the finished product products.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита с высокой удельной электрической проводимостью за счет электрохимического осаждения оксида меди и снижение себестоимости готового продукта за счет упрощения технологического процесса и возможности варьирования концентрацией.An object of the invention is to develop a method for producing a composite material based on modified thermally expanded graphite with high electrical conductivity due to electrochemical deposition of copper oxide and reducing the cost of the finished product by simplifying the process and the possibility of varying the concentration.
Поставленные задачи решаются за счет того, что способ получения композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита включает смешение частиц терморасширенного графита с водным раствором хлорида натрия и последующее электрохимическое осаждение оксидов меди. При приготовлении суспензии используется водный раствор хлорида натрия с концентрацией 2 моль/л при постоянном перемешивании, а на электроды подается переменный импульсный ток частотой 50 Гц. После синтеза суспензия композита в течение часа отстаивается в электролизере, осадок отфильтровывается и промывается бидистиллированной водой с последующей сушкой при температуре 75-85°С в течение 2-3 часов.The tasks are solved due to the fact that the method of producing a composite material based on modified thermally expanded graphite involves mixing particles of thermally expanded graphite with an aqueous solution of sodium chloride and subsequent electrochemical deposition of copper oxides. When preparing the suspension, an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of 2 mol / L with constant stirring is used, and an alternating pulse current of 50 Hz is supplied to the electrodes. After synthesis, the suspension of the composite settles in the electrolyzer for an hour, the precipitate is filtered and washed with bidistilled water, followed by drying at a temperature of 75-85 ° C for 2-3 hours.
Преимуществами предложенного способа является возможность непосредственного регулирования самого процесса модификации поверхности графита при помощи изменения электрических параметров. Это упрощает изменение концентрации модификатора, поскольку не используются растворы солей или их комплексов, которые имеют предельное значение растворимости. Модифицирование оксидом меди происходит целенаправленно и исключает образование побочных продуктов реакции. За счет развитой поверхности терморасширенного графита происходит более прочное и равномерное покрытие поверхности. Снижение себестоимости готового продукта достигается за счет упрощения технологического процесса, отсутствия высокотемпературной термообработки и использования доступных и дешевых компонентов.The advantages of the proposed method is the ability to directly control the process of modifying the surface of graphite by changing the electrical parameters. This simplifies the change in the modifier concentration, since solutions of salts or their complexes, which have a solubility limit value, are not used. Modification with copper oxide occurs purposefully and eliminates the formation of by-products of the reaction. Due to the developed surface of thermally expanded graphite, a more durable and uniform surface coating occurs. Reducing the cost of the finished product is achieved by simplifying the process, the absence of high-temperature heat treatment and the use of affordable and cheap components.
Способ осуществляется следующим образом. В начале производят подготовку терморасширенного графита, заключающуюся в приготовлении суспензии терморасширенного графита в растворе хлорида натрия концентрацией 2 моль/л при постоянном перемешивании. При этом наблюдается уменьшение объема графитовой составляющей за счет впитывания воды. Затем подготавливают две одинаковые медные пластинки с площадью поверхности S=10 см2. Процесс подготовки включает предварительное взвешивание электродов, травление в азотной кислоте, промывку электродов бидистиллированной водой. Далее в электролизер с суспензией погружают 2 предварительно подготовленных медных электрода, к которым подключается источник тока. На электроды подается переменный импульсный ток частотой 50 Гц. Образующиеся в результате окисления и разрушения медных электродов наночастицы оксида меди оседают на поверхность углеродного носителя. Процесс электрохимического осаждение CuOx (х=0,5÷1) на графит производится при постоянном перемешивании. Количество оксида меди в композите регулируется продолжительностью синтеза. После синтеза суспензия композита в течение часа отстаивается в электролизере, затем осадок отфильтровывается. Осадок, оставшийся на фильтре, многократно промывают бидистиллированной водой и сушат до постоянной массы при температуре 75-85°C в течение 2-3 часов, в зависимости от количества полученного порошка. Количество осажденного оксида меди колеблется в пределах 25-75% от массы терморасширенного графита.The method is as follows. At the beginning, thermally expanded graphite is prepared, which consists in preparing a suspension of thermally expanded graphite in a solution of sodium chloride with a concentration of 2 mol / L with constant stirring. In this case, a decrease in the volume of the graphite component due to water absorption is observed. Then prepare two identical copper plates with a surface area of S = 10 cm 2 . The preparation process includes preliminary weighing of the electrodes, etching in nitric acid, and washing the electrodes with double-distilled water. Next, 2 previously prepared copper electrodes, to which a current source is connected, are immersed in a suspension cell. An alternating pulse current of 50 Hz is supplied to the electrodes. Copper oxide nanoparticles formed as a result of oxidation and destruction of copper electrodes are deposited on the surface of the carbon carrier. The process of electrochemical deposition of CuO x (x = 0.5 ÷ 1) on graphite is carried out with constant stirring. The amount of copper oxide in the composite is controlled by the duration of the synthesis. After synthesis, the suspension of the composite settles in the electrolyzer for an hour, then the precipitate is filtered off. The precipitate remaining on the filter is repeatedly washed with double-distilled water and dried to constant weight at a temperature of 75-85 ° C for 2-3 hours, depending on the amount of powder obtained. The amount of precipitated copper oxide ranges from 25-75% by weight of thermally expanded graphite.
Из полученного модифицированного порошка формируют изделия с использованием связующего или без него.Products are formed from the obtained modified powder with or without a binder.
При отсутствии связующего прессование образцов производится на холодную с удельным давлением прессования 2000 кг/см2.In the absence of a binder, the pressing of samples is carried out on cold with a specific pressing pressure of 2000 kg / cm 2 .
При добавлении новолачного связующего, содержащего уротропин для отверждения, стеарин для пластификации и графит искусственный как наполнитель (содержание связующего находится в пределах 15-45% по массе композиции), прессование производится в замкнутую форму при температуре 180°C и выдержкой 10 минут на 1 см толщины изделия. Все образцы подвергают дополнительной термообработке в защитной засыпке при температуре 980°C и выдержке 3 часа.When adding a novolac binder containing urotropine for curing, stearin for plasticization and artificial graphite as a filler (the content of the binder is in the range of 15-45% by weight of the composition), pressing is carried out in a closed form at a temperature of 180 ° C and holding for 10 minutes per 1 cm product thickness. All samples are subjected to additional heat treatment in a protective backfill at a temperature of 980 ° C and holding for 3 hours.
Пример 1.Example 1
Образцы получены по описанной ранее методике с содержанием модифицирующей добавки 25% от массы терморасширенного графита. Удельная электрическая проводимость изделия составляет 180 См/м, кажущаяся плотность 1,55 г/см3.Samples were obtained according to the previously described method with a modifying additive content of 25% by weight of thermally expanded graphite. The specific electrical conductivity of the product is 180 S / m, the apparent density of 1.55 g / cm 3 .
Пример 2.Example 2
Образец отличается от Примера 1 содержанием модифицирующей добавки - 50% от массы терморасширенного графита. Удельная электрическая проводимость 235 См/м, кажущаяся плотность 1,62 г/см3.The sample differs from Example 1 in the content of the modifying additive - 50% by weight of thermally expanded graphite. The electrical conductivity is 235 S / m, the apparent density of 1.62 g / cm 3 .
Пример 3.Example 3
Образец отличается от Примера 1 содержанием модифицирующей добавки - 75% от массы терморасширенного графита. Удельная электрическая проводимость 210 См/м, кажущаяся плотность 1,7 г/см3.The sample differs from Example 1 in the content of the modifying additive - 75% by weight of thermally expanded graphite. Electrical conductivity 210 S / m, apparent density 1.7 g / cm 3 .
Пример 4.Example 4
Образец отличается от Примера 2 добавлением новолачного связующего в количестве 15% от массы изделия. Удельная электрическая проводимость 390 См/м, кажущаяся плотность 1,82 г/см3.The sample differs from Example 2 by the addition of novolac binder in an amount of 15% by weight of the product. Electrical conductivity 390 S / m, apparent density 1.82 g / cm 3 .
Пример 5.Example 5
Образец отличается от Примера 4 количеством новолачного связующего - 30% от массы изделия. Удельная электрическая проводимость 407 См/м, кажущаяся плотность 1,7 г/см3.The sample differs from Example 4 in the number of novolac binder - 30% by weight of the product. Electrical conductivity 407 S / m, apparent density 1.7 g / cm 3 .
Пример 6.Example 6
Образец отличается от Примера 4 количеством новолачного связующего - 45% от массы изделия. Удельная электрическая проводимость 490 См/м, кажущаяся плотность 1,53 г/см3.The sample differs from Example 4 in the number of novolac binder - 45% by weight of the product. Electrical conductivity 490 S / m, apparent density 1.53 g / cm 3 .
Представленные результаты экспериментов подтверждают, что использование данного способа позволяет получать изделия из композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита с высокой удельной электрической проводимостью, а также небольшим весом, высокой коррозионной стойкостью и низкой себестоимостью.The presented experimental results confirm that the use of this method allows to obtain products from a composite material based on modified thermally expanded graphite with high electrical conductivity, as well as low weight, high corrosion resistance and low cost.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014140478/05A RU2576637C1 (en) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | Method of producing composite material based on modified thermally expanded graphite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014140478/05A RU2576637C1 (en) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | Method of producing composite material based on modified thermally expanded graphite |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2576637C1 true RU2576637C1 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=55654035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014140478/05A RU2576637C1 (en) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | Method of producing composite material based on modified thermally expanded graphite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2576637C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4608192A (en) * | 1984-01-16 | 1986-08-26 | Gte Laboratories Incorporated | Graphite intercalates containing metal-charge transfer salts |
| US5876687A (en) * | 1997-04-04 | 1999-03-02 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Elemental metals or oxides distributed on a carbon substrate or self-supported and the manufacturing process using graphite oxide as template |
| US6790390B2 (en) * | 2000-01-27 | 2004-09-14 | Centre National De La Recherche Scientifique | Composite material comprising activated carbon and expanded graphite |
| RU2296708C1 (en) * | 2005-06-28 | 2007-04-10 | Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) | Method of manufacture of the composite material made on the basis of the expanded graphite |
| RU2426709C2 (en) * | 2009-10-30 | 2011-08-20 | Институт новых углеродных материалов и технологий (Закрытое акционерное общество) (ИНУМиТ (ЗАО)) | Procedure for production of porous carbonic material on base of thermally expanded graphite oxide and material |
-
2014
- 2014-10-07 RU RU2014140478/05A patent/RU2576637C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4608192A (en) * | 1984-01-16 | 1986-08-26 | Gte Laboratories Incorporated | Graphite intercalates containing metal-charge transfer salts |
| US5876687A (en) * | 1997-04-04 | 1999-03-02 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Elemental metals or oxides distributed on a carbon substrate or self-supported and the manufacturing process using graphite oxide as template |
| US6790390B2 (en) * | 2000-01-27 | 2004-09-14 | Centre National De La Recherche Scientifique | Composite material comprising activated carbon and expanded graphite |
| RU2296708C1 (en) * | 2005-06-28 | 2007-04-10 | Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) | Method of manufacture of the composite material made on the basis of the expanded graphite |
| RU2426709C2 (en) * | 2009-10-30 | 2011-08-20 | Институт новых углеродных материалов и технологий (Закрытое акционерное общество) (ИНУМиТ (ЗАО)) | Procedure for production of porous carbonic material on base of thermally expanded graphite oxide and material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2019517625A (en) | Method for producing core-shell silver-coated copper nanowires using chemical reduction method | |
| KR101393326B1 (en) | Electrophoretic deposition method for coating stainless steel with graphene oxide or reduced graphene oxide and the staninless steel coated with graphene oxide or reduced graphene oxide thereof | |
| KR20150145892A (en) | Silver Coated Copper Nano Wire and Method for Manufacturing Thereof | |
| CN102051634A (en) | Titanium electrode material with porous titanium as substrate and preparation method of titanium electrode material | |
| CN103611932A (en) | Sonochemistry preparation method allowing surface of copper powder to be coated with nickel and phosphorus alloy layer | |
| CN102418118A (en) | Method for electrochemically aided preparation of silver powder with special form | |
| RU2714151C1 (en) | Method of applying graphene coating on metal powders | |
| Cloud et al. | A simple and effective method for controllable synthesis of silver and silver oxide nanocrystals | |
| Patil et al. | Shape selectivity using ionic liquids for the preparation of silver and silver sulphide nanomaterials | |
| Othman | Electrosynthesis and characterization of Cu (OH) 2 nanoparticle using Cu and Cu-PVC electrodes in alkaline solution | |
| JP2003534459A (en) | Cathode for electrochemical regeneration of permanganate etching solution | |
| CN104117684B (en) | A kind of preparation method of tin-oxygen-silver electric contact material | |
| JP2011058037A (en) | Method for producing gold nanoparticle | |
| CN102962470B (en) | Method for preparing spherical ultrafine nickel powder at room temperature | |
| JP4395506B2 (en) | Method for producing silver nanopowder using electrolysis | |
| RU2576637C1 (en) | Method of producing composite material based on modified thermally expanded graphite | |
| CN104646681A (en) | Method for preparing ultrafine silver powder by using waste photographic film | |
| CN108356264A (en) | A kind of preparation method of silver cladding copper powder | |
| CN105209660A (en) | Method for coating of carbon nanomaterials | |
| Peng et al. | Ultrasonic-assisted fabrication of highly dispersed copper/multi-walled carbon nanotube nanowires | |
| CN113816368B (en) | Method for preparing graphene oxide by electrolyzing muddy graphite interlayer compound | |
| Levi et al. | Synthesis and characterization of copper–silver core–shell nanowires obtained by electrodeposition followed by a galvanic replacement reaction in aqueous solution; comparison with a galvanic replacement reaction in ionic media | |
| WO2012073652A1 (en) | Porous silicon material | |
| US20180264548A1 (en) | Silver Coated Copper Flakes and Methods of Their Manufacture | |
| Motaghedifard et al. | Electrochemical growth of sponge/raspberry-like gold nanoclusters at the carbon rod |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171008 |