RU2768155C1 - Нанокомпозитный электромагнитный материал и способ его получения - Google Patents

Нанокомпозитный электромагнитный материал и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2768155C1
RU2768155C1 RU2021116685A RU2021116685A RU2768155C1 RU 2768155 C1 RU2768155 C1 RU 2768155C1 RU 2021116685 A RU2021116685 A RU 2021116685A RU 2021116685 A RU2021116685 A RU 2021116685A RU 2768155 C1 RU2768155 C1 RU 2768155C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanocomposite
pdfa
polymer
swnt
mnp
Prior art date
Application number
RU2021116685A
Other languages
English (en)
Inventor
Света Жираслановна Озкан
Александр Иванович Костев
Галина Петровна Карпачева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority to RU2021116685A priority Critical patent/RU2768155C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2768155C1 publication Critical patent/RU2768155C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • 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
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/02—Polyamines

Abstract

Настоящее изобретение относится к группе изобретений: полимер-металл-углеродный нанокомпозитный электромагнитный материал, способ получения полимер-металл-углеродного нанокомпозитного электромагнитного материала. Полимер-металл-углеродный нанокомпозитный электромагнитный материал включает полимерную матрицу из полисопряженного полимера, в которой диспергированы кобальт- и железосодержащие магнитные наночастицы (МНЧ), закрепленные на одностенных углеродных нанотрубках (ОУНТ). В качестве полимерной матрицы материал содержит полидифениламин-2-карбоновую кислоту (ПДФАК). В качестве МНЧ - смесь магнитных наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C диаметром 20÷65 нм и диаметром 100÷350 нм. Суммарное содержание в указанном материале МНЧ 27-60 масс. % и содержание кобальта 5-30 масс. % от массы нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК, а ОУНТ 1-3 масс. % от массы мономера - дифениламин-2-карбоновой кислоты (ДФАК). Данный способ включает получение прекурсора удалением органического растворителя из магнитной жидкости при температуре 60-85°С и ИК-нагревом прекурсора в течение 2-10 мин в атмосфере аргона при температуре 700-800°С. Магнитная жидкость представляет собой стабильную суспензию нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК со структурой ядро-оболочка на основе полисопряженного полимера и магнитных наночастиц, в которой растворена соль Со (II) при содержании кобальта 5-30 масс. % от массы нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК. Технический результат – создание полимер-металл-углеродного нанокомпозитного электромагнитного материала с суперпарамагнитными свойствами, высокой намагниченностью насыщения, высокой электропроводностью и термостойкостью, который может быть использован в системах магнитной записи информации, медицине, как антистатические покрытия и материалы, поглощающие электромагнитное излучение, для создания датчиков и нанозондов, перезаряжаемых батарей, сенсоров, суперконденсаторов и других электрохимических устройств. 2 н.п. ф-лы, 20 ил., 1 табл., 15 пр.

Description

Изобретение относится к области создания новых полимер-металл-углеродных нанокомпозитных электромагнитных материалов на основе полисопряженных полимеров, магнитных наночастиц и углеродных нанотрубок, и может быть использовано в системах магнитной записи информации, медицине, как антистатические покрытия и материалы, поглощающие электромагнитное излучение, для создания датчиков и нанозондов, перезаряжаемых батарей, сенсоров, суперконденсаторов и других электрохимических устройств.
Нанокомпозитные электромагнитные материалы представляют собой материалы нового поколения с требуемыми для современных технологий свойствами. Особое место в этом классе нанокомпозитов занимают полимер-металл-углеродные нанокомпозиты, содержащие полисопряженные полимеры, магнитные наночастицы и углеродные наноматериалы.
Для получения трехкомпонентных нанокомпозитов используют метод in situ окислительной полимеризации анилина, пиррола. Полимеризацию ведут в реакционной среде, содержащей магнитные наночастицы Fe3O4, γ-Fe2O3, α-Fe2O3, Co3O4, CoFe2O4, FeCoO и углеродсодержащие нанонаполнители, такие как графен, восстановленный оксид графена и углеродные нанотрубки, в присутствии окислителей (NH4)2S2O8, FeCl3 или H2O2.
Известен предложенный авторами нанокомпозитный магнитный материал и способ его получения окислительной полимеризацией мономера in situ на поверхности наночастиц Fe3O4 в присутствии водного раствора окислителя, отличающийся тем, что для получения материала, включающего поли-3-амино-7-метиламино-2-метилфеназин (ПАММФ) и одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ), на которых закреплены наночастицы Fe3O4, в качестве мономера используют 3-амино-7-диметиламино-2-метилфеназин гидрохлорид, наночастицы Fe3O4 закрепляют на поверхности ОУНТ путем гидролиза хлорида или сульфата железа (II) и хлорида железа (III) в соотношении 1:2 в растворе гидроксида аммония в присутствии ОУНТ, мономер растворяют в органическом растворителе до концентрации 0.01-0.05 моль/л и перед окислительной полимеризацией добавляют к раствору наночастицы Fe3O4, закрепленные на поверхности ОУНТ, при содержании наночастиц Fe3O4 1-70 масс. % от массы ПАММФ и ОУНТ 1-10 масс. % от массы мономера. Наночастицы Fe3O4 имеют размеры 2<d<8 нм. Получают магнитные наноматериалы, характеризующиеся намагниченностью насыщения до MS=18-77 Гс⋅см3/г (Fe3O4/ОУНТ/ПАММФ), простым и эффективным способом [Патент РФ 2635254 С2, кл. МПК С08К 3/04, В28В 3/00, опубл. 09.11.2017].
Известен нанокомпозитный магнитный материал, включающий полимер и наночастицы Fe3O4, причем материал дополнительно содержит ОУНТ, на которых закреплены наночастицы Fe3O4, а в качестве полимера используют полидифениламин-2-карбоновую кислоту (поли-N-фенилантраниловую кислоту) при содержании в материале наночастиц Fe3O4 1-53 масс. % от массы полимера (ПДФАК) и ОУНТ 1-3 масс. % от массы мономера. Способ получения этого материала включает in situ окислительную полимеризацию мономера на поверхности нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ в присутствии водного раствора окислителя - персульфата аммония, для получения указанного материала в качестве мономера используют дифениламин-2-карбоновую кислоту (ДФАК), наночастицы Fe3O4 закрепляют на поверхности ОУНТ путем гидролиза смеси солей железа (II) и (III) в мольном соотношении 1:2 в растворе гидроксида аммония в присутствии ОУНТ, указанный мономер растворяют в смеси органического растворителя - хлороформа (60 мл) и NH4OH (5 мл), взятых в объемном соотношении 12:1, до концентрации мономера в растворе 0.05-0.2 моль/л и перед окислительной полимеризацией добавляют к раствору наночастицы Fe3O4, закрепленные на поверхности ОУНТ. Наночастицы Fe3O4 имеют размеры 2<d<12 нм. Получают магнитные наноматериалы, характеризующиеся намагниченностью насыщения до MS=11-65 Гс⋅см3/г (Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК), простым и эффективным способом [Патент РФ 2663049 С1, кл. МПК С08К 3/04, B82Y 30/00, опубл. 01.08.2018].
Общим недостатком ранее предложенных авторами способов получения магнитных наноматериалов является недостаточная электропроводность: не более 2.4×10-2 См/см (Fe3O4/ОУНТ/ПАММФ) и 1.4×10-3 См/см (Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК) даже при большом содержании ОУНТ и Fe3O4, а также сложность включения других магнитных наночастиц в состав нанокомпозитов, что объясняется необходимостью разработки сложной синтетической стратегии, позволяющей расширить ряд магнитных наночастиц.
Описанными способами не удается предварительно синтезировать такие магнитные наночастицы, как α-Со, β-Со, α-Fe, γ-Fe, Co-Fe и др. Высокая поверхностная энергия таких наночастиц обусловливает их высокую склонность к агрегированию, для предотвращения которого в ходе синтеза их стабилизируют в полимерной матрице.
Наиболее близким к предложенному является нанокомпозитный магнитный и электропроводящий материал и способ его получения, включающий полимерную матрицу - полидифениламин (ПДФА), одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ), на которых закреплены биметаллические частицы Co-Fe с размерами 450<d<1600 нм, при общем содержании частиц Co-Fe в материале 2-45 масс. %, а ОУНТ 1-10 масс. % от массы полимера. Для получения заявленного материала путем ИК-нагрева прекурсор получают совместным растворением полимера ПДФА, ОУНТ и солей кобальта Со (II) и железа Fe (III) в органическом растворителе с последующим удалением растворителя при Т=60-85°С, а ИК-нагрев осуществляют в атмосфере аргона при Т=400-600°С в течение 2-10 мин. Полученный магнитный и электропроводящий материал обладает намагниченностью насыщения до MS=36-78 Гс⋅см3/г (Co-Fe/ОУНТ/ПДФА) [Патент РФ 2737184 С1, кл. МПК C08K 3/08, В82В 3/00, С01В 32/174, C08K 3/04, C08L 79/02, B82Y 30/00, B82Y 40/00, опубл. 25.11.2020].
Недостатком известного материала и способа является недостаточная электропроводность - не более 9.3×10-2 См/см, а также недостаточная намагниченность насыщения - не выше 78 Гс⋅см3/г, образование крупных наночастиц с размерами не менее 450<d<1600 нм, недостаточная термостабильность.
Таким образом, описанными выше способами не удается получить магнитные материалы с намагниченностью насыщения, превышающей MS=11-78 Гс⋅см3/г и электропроводностью не выше 1.4×10-3 См/см - 9.3×10-2 См/см.
Задача предлагаемого изобретения заключается в создании полимер-металл-углеродного нанокомпозитного электромагнитного материала с суперпарамагнитными свойствами, в повышении его намагниченности насыщения и электропроводности, а также термостойкости (термостабильности), и разработке простого и эффективного способа его получения.
Поставленная задача решается тем, что предложен полимер-металл-углеродный нанокомпозитный электромагнитный материал, включающий полимерную матрицу из полисопряженного полимера, в которой диспергированы кобальт- и железосодержащие магнитные наночастицы (МНЧ), закрепленные на одностенных углеродных нанотрубках (ОУНТ), отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы материал содержит полидифениламин-2-карбоновую кислоту (ПДФАК), а в качестве МНЧ - смесь магнитных наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C диаметром 20÷65 нм и диаметром 100÷350 нм, при суммарном содержании в указанном материале МНЧ 27-60 масс. % и содержании кобальта 5-30 масс. % от массы нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК, а ОУНТ 1-3 масс. % от массы мономера - дифениламин-2-карбоновой кислоты (ДФАК). Характеристики ОУНТ производства "ООО Углерод Чг": диаметр d=1.4-1.6 нм, длина
Figure 00000001
=0.5-1.5 мкм.
Намагниченность насыщения заявленного материала достигает MS=80-120 Гс⋅см3/г, а электропроводность составляет 0.2-2.5 См/см. При 1000°С остаток составляет 78-80 масс. % на воздухе, а в инертной атмосфере - 83-87 масс. %.
Выбор полимера обусловлен тем, что в отличие от ПДФА наличие в структуре ПДФАК карбоксильной группы способствует образованию наноматериала со структурой ядро-оболочка, где ядром являются наночастицы Fe3O4, закрепленные на ОУНТ, а оболочкой ПДФАК. Полимерная оболочка эффективно препятствует агрегированию наночастиц, что позволяет использовать нанокомпозиты Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК для получения магнитных жидкостей, пригодных для растворения солей металлов. Магнитные жидкости - это уникальные системы, сочетающие в себе свойства магнитного материала и жидкости. При синтезе нанокомпозитов в условиях ИК-нагрева существенную роль играет присутствие в структуре полимера достаточного количества водорода, способного при дегидрировании восстанавливать металлы, не подвергая полимерную матрицу деструкции. В заявленном материале взаимодействие кобальта происходит уже с готовыми наночастицами Fe3O4 с образованием смеси наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C с размерами 20<d<65 нм и 100<d<350 нм, закрепленных на углеродных нанотрубках и диспергированных в полимерной матрице ПДФАК. Заявленный материал обладает высокой намагниченностью насыщения до MS=80-120 Гс⋅см3/г и электропроводностью до 0.2-2.5 См/см. Для восстановления Fe3O4 требуется меньше водорода, чем для восстановления смеси солей Со (II) и Fe (III) при совместном растворении. По прототипу при совместном растворении полимера (ПДФА), ОУНТ и солей кобальта Со (II) и железа Fe (III) в органическом растворителе образуются только частицы Co-Fe с размерами 450<d<1600 нм. При этом намагниченность насыщения материала по прототипу не превышает MS=36-78 Гс⋅см3/г, а электропроводность не более 9.3×10-2 См/см.
Поставленная задача также решается тем, что в способе получения полимер-металл-углеродного нанокомпозитного электромагнитного материала путем получения прекурсора из жидкости удалением органического растворителя при температуре 60-85°С и ИК-нагрева прекурсора в течение 2-10 мин в атмосфере аргона при повышенной температуре, для получения заявленного материала прекурсор получают из магнитной жидкости, представляющей собой стабильную суспензию нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК со структурой ядро-оболочка на основе полисопряженного полимера и магнитных наночастиц, в которой растворена соль Со (II) при содержании кобальта 5-30 масс. % от массы нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК, а ИК-нагрев прекурсора осуществляют при температуре 700-800°С.
Таким образом, оригинальностью и отличительной особенностью разработанного метода синтеза полимер-металл-углеродного нанокомпозитного электромагнитного материала является то, что для получения заявленного материала прекурсор получают из магнитной жидкости, сочетающей в себе свойства магнитного материала и жидкости, на основе нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК со структурой ядро-оболочка, содержащей соль Со (II), растворением соли кобальта Со (II) в стабильной суспензии Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК, что позволяет не подвергая полимерную матрицу деструкции получать смесь магнитных наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C с размерами 20<d<65 нм и 100<d<350 нм, закрепленных на углеродных нанотрубках и диспергированных в полимерной матрице ПДФАК. Заявленный материал обладает высокой намагниченностью насыщения до MS=80-120 Гс⋅см3/г и электропроводностью до 0.2-2.5 См/см. В заявленном материале использование магнитной жидкости на основе нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК для растворения соли Со (II) позволяет расширить ряд магнитных наночастиц в составе наноматериалов. Тогда как по прототипу совместное растворение полимера (ПДФА), ОУНТ и солей Со (II) и Fe (III) в органическом растворителе приводит к образованию только частиц Co-Fe с размерами 450<d<1600 нм. Намагниченность насыщения материала по прототипу не превышает MS=36-78 Гс⋅см3/г, а электропроводность не более 9.3×10-2 См/см.
В качестве соли Со (II) могут использовать его ацетат Со(ООССН3)2⋅4H2O или ацетилацетонат Со(СН3СОСН=С(СН3)O)2, или карбонат СоСО3⋅6H2O, или нитрат Co(NO3)2⋅6H2O при содержании кобальта [Со]=5-30 масс. % от массы нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК.
В качестве органического растворителя могут использовать диметилформамид (ДМФА), диметилсульфоксид (ДМСО) или N-метилпирролидон.
Для получения нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК сначала осуществляют синтез наночастиц Fe3O4 требуемой концентрации, закрепленных на поверхности ОУНТ, путем гидролиза смеси солей железа (II) и (III) в мольном соотношении 1:2 в растворе гидроксида аммония в присутствии ОУНТ при 55°С. К полученной водно-щелочной суспензии нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ добавляют раствор ДФАК (0.1 моль/л) в смеси органического растворителя - хлороформа (60 мл) и NH4OH (5 мл) (объемное соотношение 12:1). Содержание углеродных нанотрубок [ОУНТ]=1-3 масс. % относительно массы мономера (ДФАК). Процесс ведут при 40-55°С при постоянном интенсивном перемешивании в течение 0.5-1 ч. Охлаждение суспензии проводят при комнатной температуре при постоянном интенсивном перемешивании в течение 1 ч. Затем для проведения межфазной окислительной полимеризации in situ ДФАК на поверхности Fe3O4/ОУНТ, к суспензии Fe3O4/ОУНТ/ДФАК, термостатированной при постоянном перемешивании при 0°С, добавляют водный раствор окислителя (например, персульфата аммония) (0.2 моль/л). Растворы органической и водной фаз смешивают сразу без постепенного дозирования реагентов. Соотношение объемов органической и водной фаз составляет 1:1 (Vобщ.=120 мл). Реакцию полимеризации проводят в течение 3 ч при постоянном интенсивном перемешивании при 0°С. По окончании синтеза реакционную смесь осаждают в трехкратный избыток 1 М H2SO4. Полученный продукт отфильтровывают, многократно промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции фильтрата и сушат под вакуумом над КОН до постоянной массы.
Для синтеза кобальт- и железосодержащего нанокомпозита (магнитные наночастицы/ОУНТ/ПДФАК) (МНЧ/ОУНТ/ПДФАК) соль кобальта (II) (ацетата Со(ООССН3)2⋅4H2O, ацетилацетоната Со(СН3СОСН=С(СН3)O)2, карбоната CoCO3⋅6H2O или нитрата Co(NO3)2⋅6H2O) растворяют в магнитной жидкости на основе Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК. Содержание кобальта в магнитной жидкости [Со]=5-30 масс. % относительно массы Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК. Концентрация Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК в растворе ДМФА составляет 2 масс. %. В исходном нанокомпозите Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК содержание углеродных нанотрубок [ОУНТ]=1-3 масс. %, а железа [Fe]=17.9 и 33.5 масс. % (по данным АЭС-ИСП). Прекурсор, состоящий из Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК и соли кобальта (II), получают удалением растворителя (ДМФА) при Т=60-85°С. Прекурсор подвергают ИК-излучению с использованием автоматизированной установки ИК-нагрева в атмосфере аргона при Т=700-800°С в течение 2-10 мин.
В результате формируется полимер-металл-углеродный нанокомпозит МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, представляющий собой диспергированные в полисопряженной полимерной матрице кобальт- и железосодержащие магнитные наночастицы (МНЧ) Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C с размерами (диаметром) 20<d<65 нм и 100<d<350 нм, закрепленные на углеродных нанотрубках. Нанокомпозит МНЧ/ОУНТ/ПДФАК представляет собой черный порошок, нерастворимый в органических растворителях (N-МП, ДМФА, ДМСО).
Образование нанокомпозита МНЧ/ОУНТ/ПДФАК подтверждено данными просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии (ПЭМ и СЭМ) и рентгеноструктурного исследования, представленными на фиг. 1-16, где I - интенсивность, 2θ - угол, I/I° - соотношение интенсивностей падающего и прошедшего излучения, ν - частота излучения.
На фиг. 1 представлена дифрактограмма Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК.
На фиг. 2 представлена дифрактограмма МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 800°С при [Со]=5 масс. %.
На фиг. 3 представлена дифрактограмма МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 750°С при [Со]=10 масс. %.
На фиг. 4 представлена дифрактограмма МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 800°С при [Со]=20 масс. % ([Fe]=17.9 масс. %).
На фиг. 5 представлена дифрактограмма МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 700°С при [Со]=20 масс. % ([Fe]=33.5 масс. %).
На фиг. 6 представлено распределение по размерам кристаллитов МНЧ в Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК (1) и МНЧ/ОУНТ/ПДФАК (2).
На фиг. 7 представлено ПЭМ изображение Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК.
На фиг. 8 представлено ПЭМ изображение МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 800°С при [Со]=30 масс. %.
На фиг. 9 представлено ПЭМ изображение МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 800°С при [Со]=20 масс. % ([Fe]=17.9 масс. %).
На фиг. 10 представлено ПЭМ изображение МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 750°С при [Со]=10 масс. %.
На фиг. 11 представлено СЭМ изображение Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК.
На фиг. 12 представлено СЭМ изображение МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 800°С при [Со]=30 масс. %.
На фиг. 13 представлено СЭМ изображение МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 700°С при [Со]=20 масс. % ([Fe]=33.5 масс. %).
На фиг. 14 представлено СЭМ изображение МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 800°С при [Со]=20 масс. % ([Fe]=17.9 масс. %).
На фиг. 15 представлено СЭМ изображение МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 800°С при [Со]=5 масс. %.
На фиг. 16 представлено СЭМ изображение МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 750°С при [Со]=10 масс. %.
При ИК-нагреве прекурсора, полученного растворением соли Со (II) в магнитной жидкости на основе Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК, при [Со]=5-30 масс. % в инертной атмосфере при температуре образца Т=700-800°С происходит восстановление металлов за счет выделяющегося при дегидрировании фениленаминовых звеньев водорода с образованием смеси магнитных наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C. Тогда как по прототипу образуются только частицы Co-Fe. В результате формируются кобальт- и железосодержащие наноматериалы МНЧ/ОУНТ/ПДФАК разного фазового состава.
Восстановление металлов с образованием смеси наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C подтверждено методом рентгенофазового анализа. Как видно на фиг. 2-5, фазовый состав нанокомпозитов МНЧ/ОУНТ/ПДФАК зависит от концентрации кобальта. Образование биметаллических наночастиц Co-Fe связано с взаимодействием кобальта с наночастицами Fe3O4. На дифрактограммах всех нанокомпозитов четко идентифицируются пики отражения биметаллических наночастиц Co-Fe в области дифракционных углов рассеяния 2θ=68.94°, 106.62°, соответствующие твердому раствору. Пики отражения наночастиц β-Со с кубической гранецентрированной решеткой идентифицируются в области углов дифракции 2θ=67.94°, 80.52°, а наночастиц γ-Fe - в области 2θ=66.49°, 78.7°. Рентгеноструктурные исследования проводят при комнатной температуре на рентгеновском дифрактометре «Дифрей-401» с фокусировкой по Бреггу-Брентано на CrKα-излучении (λ=0.229 нм).
По данным элементного анализа при ИК-нагреве Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК в присутствии соли Со (II) (например, Со(CH3CO2)2⋅4H2O) за счет дегидрирования фениленаминовых звеньев происходит уменьшение содержания водорода от 2.0 до 0.3 масс. % (соотношение С/Н увеличивается от 14.3 до 59.5). Выделяющийся при этом водород способствует восстановлению металлов. При этом соотношение C/N меняется незначительно (от 9.5 до 12.8), что свидетельствует об отсутствии процессов деструкции полимерного компонента в ходе ИК-нагрева.
По данным ПЭМ и СЭМ наблюдается бимодальный характер распределения наночастиц. Образуется смесь сферических наночастиц с размерами 20<d<65 нм и 100<d<350 нм (фиг. 8-10, 12-16). Тогда как по прототипу образуются частицы с размерами 450<d<1600 нм. При этом фазовый состав нанокомпозитов МНЧ/ОУНТ/ПДФАК зависит от условий синтеза. Образование наночастиц МНЧ с размерами 20<d<65 нм подтверждают данные РСА. Как видно на фиг. 6, в нанокомпозите МНЧ/ОУНТ/ПДФАК кривая распределения по размерам ОКР находится в области 3-66 нм с максимумом при 14-15 нм. По данным АЭС-ИСП содержание Со=9.2-39.0 масс. %, a Fe=13.8-30.7 масс. %. Электронно-микроскопические исследования осуществляют на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2100 при ускоряющем напряжении 200 кВ и настольном сканирующем электронном микроскопе Hitachi ТМ 3030 с увеличением до 30000 и расширением 30 нм. Размер наночастиц определяют с помощью программы EsiVision. Содержание металлов в нанокомпозите МНЧ/ОУНТ/ПДФАК количественно определяют методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) на спектрометре ICPE-9000 фирмы SFUMADZU.
На фиг. 17 представлена намагниченность Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК (1) ([Fe]=17.9 масс. %) и МНЧ/ОУНТ/ПДФАК на его основе, полученного при 800°С при [Со]=30 масс. % (2), как функция приложенного магнитного поля при комнатной температуре.
На фиг. 18 представлена намагниченность Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК (1) ([Fe]=33.5 масс. %) и МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, полученного при 700°С при [Со] =20 масс. % (2), как функция приложенного магнитного поля при комнатной температуре.
Исследование магнитных свойств при комнатной температуре показало, что наноматериалы МНЧ/ОУНТ/ПДФАК проявляют гистерезисный характер перемагничивания. Как видно на фиг. 17 и 18, остаточная намагниченность MR наноматериалов МНЧ/ОУНТ/ПДФА составляет до 9-12 Гс⋅см3/г, коэрцитивная сила HC - до 200-317 Э. Константа прямоугольности петли гистерезиса составляет кn=MR/MS = 0.092-0.149, что свидетельствует о значительной доле суперпарамагнитных наночастиц.
Намагниченность насыщения заявленного материала растет с увеличением концентрации кобальта и достигает MS=80-120 Гс⋅см3/г, тогда как по прототипу не превышает MS=36-78 Гс⋅см3/г.
Добавление 5-30 масс. % кобальта в прекурсор на основе Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК приводит к значительному увеличению намагниченности насыщения заявленного материала. Например, при добавлении 30 масс. % кобальта намагниченность насыщения материала достигает 80.46 Гс⋅см3/г, тогда как MS исходного нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК составляет 15.74 Гс⋅см3/г, что в 5 раз меньше (фиг. 17).
Как видно на фиг. 18, увеличение содержания наночастиц Fe3O4 в исходном нанокомпозите ([Fe]=от 17.9 до 33.5 масс. %) приводит к еще большему увеличению намагниченности насыщения заявленного материала до 112.37 Гс⋅см3/г, тогда как MS соответствующего Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК составляет 31.59 Гс⋅см/г.Для измерения магнитных характеристик систем используют вибрационный магнитометр. Ячейка вибрационного магнитометра представляет собой проточный кварцевый микрореактор, позволяющий исследовать химические превращения в условиях in situ. Проводят измерения удельной намагниченности J в зависимости от величины магнитного поля Н и на их основании определяют магнитные характеристики образцов при комнатной температуре.
Такие нанокомпозитные материалы могут быть использованы в системах магнитной записи информации, как антистатические покрытия и материалы, поглощающие электромагнитное излучение, в медицине, для создания контрастирующих материалов для магниторезонансной томографии.
Термическая стабильность нанокомпозита МНЧ/ОУНТ/ПДФАК исследована методами ТГА и ДСК.
На фиг. 19 показаны ТГА-термограммы Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК (1, 2) и МНЧ/ОУНТ/ПДФАК (3, 4) при нагревании до 1000°С со скоростью 10°С/мин в токе аргона {1, 3) и на воздухе (2, 4).
На фиг. 20 показаны ДСК-термограммы МНЧ/ОУНТ/ПДФАК при нагревании в токе азота до 350°С со скоростью 10°С/мин (7 - первое нагревание, 2 - второе нагревание).
Нанокомпозит МНЧ/ОУНТ/ПДФАК характеризуется высокой термостабильностью, значительно превышающей термостабильность исходного нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК (фиг. 19). Потеря массы при низких температурах (~107°С) связана с удалением влаги, что также подтверждается данными ДСК (фиг. 20). После удаления влаги на воздухе масса нанокомпозита не изменяется вплоть до 390-420°С. Процессы термоокислительной деструкции МНЧ/ОУНТ/ПДФАК начинаются при 480-510°С. При 1000°С на воздухе остаток составляет 78-80 масс. %. Тогда как по прототипу масса нанокомпозита не изменяется до 380°С, процессы деструкции на воздухе начинаются при 400°С, и при 1000°С остаток составляет 18 масс. %. В инертной атмосфере при 1000°С остаток МНЧ/ОУНТ/ПДФАК составляет 83-87 масс. %. Тогда как остаток исходного нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК составляет 48-67 масс. %, а по прототипу - 71-80 масс. %. Термический анализ осуществляют на приборе TGA/DSC1 фирмы "Mettler Toledo" в динамическом режиме в интервале 30-1000°С на воздухе и в токе азота. Навеска полимеров - 100 мг, скорость нагревания 10°С/мин, ток азота - 10 мл/мин. В качестве эталона используют прокаленный оксид алюминия. Анализ образцов проводят в тигле AI2O3. ДСК-анализ проводят на калориметре DSC823e фирмы "Mettler Toledo". Нагрев образцов осуществляют со скоростью 10°С/мин, в атмосфере аргона при его подаче 70 мл/мин. Обработка результатов измерения проводят с помощью сервисной программы STARe, поставляемой в комплекте с прибором.
Электропроводность нанокомпозитов МНЧ/ОУНТ/ПДФАК достигает 0.2-2.5 См/см. Тогда как электропроводность исходного нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК составляет 2.1×10-5 См/см - 9.4×10-3 См/см, а по прототипу не более 9.3×10 См/см-2. Как видно, в проводимость наноматериалов значительный вклад вносит металлический компонент (МНЧ). Электропроводность нанокомпозитов также зависит от концентрации углеродных нанотрубок. Таким образом, рост электропроводности наноматериалов происходит за счет присутствия как наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C, так и ОУНТ. Удельную электропроводность образцов измеряли стандартным четырехточечным методом на приборе Loresta-GP, МСР-Т610 (Япония).
В выбранных условиях формируется кобальт- и железосодержащий электромагнитный материал МНЧ/ОУНТ/ПДФАК, содержащий смесь сферических наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C с размерами 20<d<65 нм и 100<d<350 нм, закрепленных на углеродных нанотрубках и диспергированных в полимерной матрице ПДФАК. Заявленный материал обладает высокой намагниченностью насыщения до MS=80-120 Гс⋅см3/г и электропроводностью до 0.2-2.5 См/см. Константа прямоугольности петли гистерезиса составляет кn=MR/MS=0.092-0.149, что свидетельствует о значительной доле суперпарамагнитных наночастиц. По прототипу образуются только частицы Co-Fe с размерами 450<d<1600 нм. Намагниченность насыщения материала по прототипу не превышает MS=36-78 Гс⋅см3/г, а электропроводность не более 9.3×10-2 См/см. Нанокомпозитный материал МНЧ/ОУНТ/ПДФАК представляет собой черный порошок, нерастворимый в органических растворителях. Полученные электромагнитные наноматериалы представляются весьма перспективными для современных технологий. Такие мультифункциональные нанокомпозитные материалы могут быть использованы для создания сенсоров, перезаряжаемых батарей, суперконденсаторов, нанодиодов, датчиков и нанозондов, преобразователей энергии, электрохимических источников тока и других электрохимических устройств, а также в системах магнитной записи информации, как антистатические покрытия и материалы, поглощающие электромагнитное излучение, в медицине, для создания контрастирующих материалов для магниторезонансной томографии, электромагнитных экранов.
Новизна предлагаемых методов и подходов определяется тем, что предлагаемый одностадийный метод формирования полимер-металл-углеродного нанокомпозитного материала в условиях ИК-нагрева позволяет расширить ряд магнитных наночастиц в составе наноматериалов, а также не подвергая полимерную матрицу деструкции получать магнитные наночастицы прямо в ходе синтеза нанокомпозита.
Новизна предлагаемых методов и подходов к созданию полимер-металл-углеродного электромагнитного наноматериала также определяется тем, что предлагаемый одностадийный метод позволяет получать кобальт- и железосодержащий наноматериал, отличающийся тем, что материал получен из синтезированного авторами нанокомпозитного магнитного материала Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК в присутствии соли кобальта (II), при этом в условиях ИК-нагрева кобальт взаимодействует с наночастицами Fe3O4 с образованием смеси магнитных наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C разного размера 20<d<65 нм и 100<d<350 нм, закрепленных на углеродных нанотрубках и диспергированных в полимерной матрице. Фазовый состав нанокомпозитов МНЧ/ОУНТ/ПДФАК зависит в основном от концентрации кобальта. Биметаллические наночастицы Co-Fe соответствуют твердому раствору. Причем в способе получения полимер-металл-углеродного нанокомпозитного электромагнитного материала путем ИК-нагрева прекурсор получают растворением соли кобальта Со (II) в магнитной жидкости на основе Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК со структурой ядро-оболочка - уникальной системы, сочетающей в себе свойства магнитного материала и жидкости.
Преимущества предложенного материала и способа:
1. Предлагаемый одностадийный метод формирования нанокомпозитного материала в условиях ИК-нагрева прекурсора позволяет не подвергая полимерную матрицу деструкции получать полимер-металл-углеродный электромагнитный наноматериал МНЧ/ОУНТ/ПДФАК с суперпарамагнитными свойствами. При этом формирование магнитных наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C происходит прямо в ходе синтеза нанокомпозита.
2. В способе получения трехкомпонентного электромагнитного наноматериала путем ИК-нагрева прекурсор получают из магнитной жидкости на основе синтезированного авторами нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК со структурой ядро-оболочка, содержащей соль Со (II), растворением соли кобальта (II) в стабильной суспензии Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК в органическом растворителе с последующим удалением растворителя.
3. В заявленном материале использование магнитной жидкости на основе нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК со структурой ядро-оболочка для растворения соли Со (II) позволяет расширить ряд магнитных наночастиц в составе наноматериалов. Тогда как по прототипу совместное растворение полимера (ПДФА) и солей Со (II) и Fe (III) в органическом растворителе приводит к образованию только наночастиц Co-Fe.
4. Предлагаемый одностадийный метод формирования полимер-металл-углеродного нанокомпозитного материала в условиях ИК-нагрева прекурсора позволяет получать кобальт- и железосодержащий электромагнитный наноматериал, отличающийся тем, что материал получен из нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК в присутствии соли кобальта (II), растворенной в магнитной жидкости на основе Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК со структурой ядро-оболочка, при этом в условиях ИК-нагрева кобальт взаимодействует с наночастицами Fe3O4 с образованием смеси сферических наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C разного размера 20<d<65 нм и 100<d<350 нм, закрепленных на углеродных нанотрубках и диспергированных в полимерной матрице ПДФАК. По прототипу образуются только частицы Co-Fe с размерами 450<d<1600 нм. Константа прямоугольное™ петли гистерезиса составляет кn=MR/MS = 0.092-0.149, что свидетельствует о значительной доле суперпарамагнитных наночастиц. Намагниченность насыщения заявленного материала достигает MS=80-120 Гс⋅см3/г, тогда как по прототипу MS не превышает 36-78 Гс⋅см3/г. Такие электромагнитные наноматериалы могут быть использованы как материалы, поглощающие электромагнитное излучение, для создания контрастирующих материалов для магниторезонансной томографии и др.
5. Электропроводность наноматериала МНЧ/ОУНТ/ПДФАК составляет 0.2-2.5 См/см, тогда как по прототипу электропроводность не более 9.3×10-2 См/см. Заявленный материал может быть использован для создания сенсоров, перезаряжаемых батарей, суперконденсаторов, тонкопленочных транзисторов, датчиков, нанозондов, нанодиодов.
6. Нанокомпозит МНЧ/ОУНТ/ПДФАК характеризуется высокой термостабильностью на воздухе до 480-510°С.При 1000°С на воздухе остаток составляет 78-80 масс. %. По прототипу процессы деструкции на воздухе начинаются при 400°С, а остаток при 1000°С составляет 18 масс. %. В инертной атмосфере при 1000°С остаток МНЧ/ОУНТ/ПДФАК составляет 83-87 масс. %, тогда как по прототипу - 71-80 масс. %. Предложенный материал может быть использован в высокотемпературных процессах в качестве защитных покрытий, электрохимических источников тока, наноэлектропроводов, конструкционных материалов.
Примеры получения полимер-металл-углеродного нанокомпозитного электромагнитного материала МНЧ/ОУНТ/ПДФАК. Характеристики полученных по примерам нанокомпозитных материалов: содержание ОУНТ и Со, фазовый состав и размеры наночастиц МНЧ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность, а также магнитные характеристики (намагниченность насыщения MS, остаточная намагниченность MR, константа прямоугольности петли гистерезиса кn=MR/MS, коэрцитивная сила НС) приведены в таблице 1.
Пример 1
Получение нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/полидифениламин-2-карбоновой кислоты (Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК) проводят следующим образом. Сначала осуществляют синтез наночастиц Fe3O4, закрепленных на поверхности ОУНТ, путем гидролиза смеси солей железа (II) и (III) в мольном соотношении 1:2 в растворе гидроксида аммония в присутствии ОУНТ при 55°С.Для этого 0.43 г FeSO4×7H2O и 1.175 г FeCl3×6H2O растворяют в 20 мл дистиллированной воды (содержание [Fe]=20% от общей массы). К полученному раствору добавляют 3 масс. % относительно массы мономера (0.03 г) ОУНТ (d=1.4-1.6 нм,
Figure 00000001
=0.5-1.5 мкм), нагревают до 55°С, затем добавляют 5 мл NH4OH. Для закрепления мономера на поверхности нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ к полученной водно-щелочной суспензии нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ добавляют раствор ДФАК (1.0 г) в смеси хлороформа (60 мл) и NH4OH (5 мл) (объемное соотношение 12:1). Процесс ведут при 55°С при постоянном интенсивном перемешивании в течение 0.5 ч. Охлаждение суспензии проводят при комнатной температуре при постоянном интенсивном перемешивании в течение 1 ч. Затем для проведения межфазной окислительной полимеризации in situ ДФАК на поверхности Fe3O4/ОУНТ, к суспензии Fe3O4/ОУНТ/ДФАК, термостатированной при постоянном перемешивании при 0°С, добавляют водный раствор (1.96 г) персульфата аммония (30 мл). Содержание мономера в растворе - 0.1 моль/л. Растворы органической и водной фаз смешивают сразу без постепенного дозирования реагентов. Соотношение объемов органической и водной фаз составляет 1:1 (Vобщ.=120 мл). Реакцию полимеризации проводят в течение 3 ч при постоянном интенсивном перемешивании при 0°С. По окончании синтеза реакционную смесь осаждают в трехкратный избыток 1 М H2SO4. Полученный продукт отфильтровывают, многократно промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции фильтрата и сушат под вакуумом над KOH до постоянной массы. Выход Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК составляет 0.782 г. Содержание железа в полученном Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК составляет [Fe]=17.9 масс. % (по данным АЭС-ИСП).
Получение нанокомпозита магнитные наночастицы/ОУНТ/полидифениламин-2-карбоновой кислоты (МНЧ/ОУНТ/ПДФАК) проводят следующим образом. Для приготовления магнитной жидкости в кристаллизационной чашке объемом 100 мл в 15 мл ДМФА помещают 0.2 г Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК. В полученной стабильной суспензии растворяют 0.2535 г Со(ООССН3)2⋅4H2O (содержание кобальта [Со]=30 масс. % относительно массы Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК). После удаления растворителя (ДМФА) при Т=85°С прекурсор, состоящий из Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК и соли ацетата кобальта, подвергают ИК-излучению с использованием автоматизированной установки ИК-нагрева в атмосфере Ar при Т=800°С в течение 2 мин. Выход МНЧ/ОУНТ/ПДФАК составляет 0.109 г (51.39 масс. %).
Пример 2
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0.169 г Со(ООССН3)2⋅4H2O (содержание кобальта [Со]=20 масс. % относительно массы полимера).
Пример 3
Способ получения нанокомпозита МНЧ/ОУНТ/ПДФАК проводят аналогично примеру 2, но берут 0.2 г Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК с содержанием железа [Fe]=33.5 масс. % (по данным АЭС-ИСП). Прекурсор подвергают ИК-излучению при Т=700°С.
Пример 4
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0.04225 г Со(ООССН3)2⋅4H2O (содержание кобальта [Со]=5 масс. % относительно массы полимера). Прекурсор подвергают ИК-излучению в течение 5 мин.
Пример 5
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0.0845 г Со(ООССН3)2⋅4H2O (содержание кобальта [Со]=10 масс. % относительно массы полимера) и 0.2 г Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК с содержанием нанотрубок [ОУНТ]=1 масс. % (0.01 г). Прекурсор подвергают ИК-излучению при Т=750°С в течение 10 мин.
Пример 6
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0.12675 г Со(ООССН3)2⋅4H2O (содержание кобальта [Со]=15 масс. % относительно массы полимера).
Пример 7
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0.2 г Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК с содержанием нанотрубок [ОУНТ]=2 масс. % (0.02 г). Прекурсор подвергают ИК-излучению в течение 10 мин.
Пример 8
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 5, но берут 0.2 г Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК с содержанием нанотрубок [ОУНТ]=3 масс. % (0.03 г). Прекурсор подвергают ИК-излучению при Т=800°С.
Пример 9
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 6, но прекурсор подвергают ИК-излучению при Т=700°С в течение 8 мин.
Пример 10
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0.0845 г Со(ООССН3)2⋅4H2O (содержание кобальта [Со]=10 масс. % относительно массы полимера).
Пример 11
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 3, но берут 0.2535 г Со(ООССН3)2⋅4H2O (содержание кобальта [Со]=30 масс. % относительно массы полимера). Прекурсор подвергают ИК-излучению при T=800°С.
Пример 12
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 11, но берут 0.0845 г Со(ООССН3)2⋅4H2O (содержание кобальта [Со]=10 масс. % относительно массы полимера). Прекурсор подвергают ИК-излучению при Т=750°С.
Пример 13
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0.0845 г CoCO3⋅6H2O (содержание кобальта [Со]=10 масс. % относительно массы полимера).
Пример 14
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0.1042 г Co(N03)2⋅6H2O (содержание кобальта [Со]=10 масс. % относительно массы полимера).
Пример 15
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0.0872 г Со(СН3СОСН=С(СН3)O)2 (содержание кобальта [Со]=10 масс. % относительно массы полимера).
Выбор растворителя из ДМФА, ДМСО или N-метилпирролидона практически не сказывается на свойствах полученного магнитного материала.
Figure 00000002

Claims (2)

1. Полимер-металл-углеродный нанокомпозитный электромагнитный материал, включающий полимерную матрицу из полисопряженного полимера, в которой диспергированы кобальт- и железосодержащие магнитные наночастицы (МНЧ), закрепленные на одностенных углеродных нанотрубках (ОУНТ), отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы материал содержит полидифениламин-2-карбоновую кислоту (ПДФАК), а в качестве МНЧ - смесь магнитных наночастиц Co-Fe, γ-Fe, β-Со, Fe3C диаметром 20÷65 нм и диаметром 100÷350 нм, при суммарном содержании в указанном материале МНЧ 27-60 масс. % и содержании кобальта 5-30 масс. % от массы нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК, а ОУНТ 1-3 масс. % от массы мономера - дифениламин-2-карбоновой кислоты (ДФАК).
2. Способ получения полимер-металл-углеродного нанокомпозитного электромагнитного материала путем получения прекурсора удалением органического растворителя из жидкости при температуре 60-85°С и ИК-нагрева прекурсора в течение 2-10 мин в атмосфере аргона при повышенной температуре, отличающийся тем, что для получения материала по п. 1 прекурсор получают из магнитной жидкости, представляющей собой стабильную суспензию нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК со структурой ядро-оболочка на основе полисопряженного полимера и магнитных наночастиц, в которой растворена соль Со (II) при содержании кобальта 5-30 масс. % от массы нанокомпозита Fe3O4/ОУНТ/ПДФАК, а ИК-нагрев прекурсора осуществляют при температуре 700-800°С.
RU2021116685A 2021-06-09 2021-06-09 Нанокомпозитный электромагнитный материал и способ его получения RU2768155C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116685A RU2768155C1 (ru) 2021-06-09 2021-06-09 Нанокомпозитный электромагнитный материал и способ его получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116685A RU2768155C1 (ru) 2021-06-09 2021-06-09 Нанокомпозитный электромагнитный материал и способ его получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768155C1 true RU2768155C1 (ru) 2022-03-23

Family

ID=80819319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021116685A RU2768155C1 (ru) 2021-06-09 2021-06-09 Нанокомпозитный электромагнитный материал и способ его получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768155C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110098453A1 (en) * 2009-08-10 2011-04-28 Snu R&Db Foundation Magnetic nanocomposite, and process for selective binding, separation and purification of protein using the same
US20200243229A1 (en) * 2019-01-30 2020-07-30 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Toroidal microinductor comprising a nanocomposite magnetic core
RU2737184C1 (ru) * 2019-11-05 2020-11-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Гибридный магнитный и электропроводящий материал на основе полимера, биметаллических наночастиц и углеродных нанотрубок, и способ его получения
RU2739030C1 (ru) * 2020-02-17 2020-12-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Способ получения нанокомпозитного магнитного и электропроводящего материала

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110098453A1 (en) * 2009-08-10 2011-04-28 Snu R&Db Foundation Magnetic nanocomposite, and process for selective binding, separation and purification of protein using the same
US20200243229A1 (en) * 2019-01-30 2020-07-30 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Toroidal microinductor comprising a nanocomposite magnetic core
RU2737184C1 (ru) * 2019-11-05 2020-11-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Гибридный магнитный и электропроводящий материал на основе полимера, биметаллических наночастиц и углеродных нанотрубок, и способ его получения
RU2739030C1 (ru) * 2020-02-17 2020-12-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Способ получения нанокомпозитного магнитного и электропроводящего материала

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Baykal et al. Acid functionalized multiwall carbon nanotube/magnetite (MWCNT)-COOH/Fe 3 O 4 hybrid: Synthesis, characterization and conductivity evaluation
García-Cerda et al. Preparation of hcp and fcc Ni and Ni/NiO nanoparticles using a citric acid assisted pechini-type method
Tong et al. In situ generated gas bubble-assisted modulation of the morphologies, photocatalytic, and magnetic properties of ferric oxide nanostructures synthesized by thermal decomposition of iron nitrate
Pham-Huu et al. Microstructural investigation and magnetic properties of CoFe 2 O 4 nanowires synthesized inside carbon nanotubes
US20040115124A1 (en) Shape anisotropic metal oxide nanoparticles and synthetic method thereof
Sun et al. Synthesis and magnetic properties of crystalline mesoporous CoFe 2 O 4 with large specific surface area
Soumare et al. Nickel nanofibers and nanowires: Elaboration by reduction in polyol medium assisted by external magnetic field
Zhu et al. Flower-like cobalt nanocrystals by a complex precursor reaction route
Xu et al. Solvothermal synthesis, characterization and magnetic properties of α-Fe2O3 and Fe3O4 flower-like hollow microspheres
CN109665565B (zh) 纳米Fe3O4复合石墨烯的制备方法和纳米Fe3O4复合石墨烯
Sun et al. One-step solution synthesis of Fe2O3 nanoparticles at low temperature
Chen et al. Synthesis of P (St-MAA)-Fe3O4/PPy core–shell composite microspheres with conductivity and superparamagnetic behaviors
Cheng et al. Preparation and magnetic properties of iron oxide and carbide nanoparticles in carbon nanotube matrix
Mu et al. Preparation and magnetic properties of barium hexaferrite nanorods
Feng et al. Synthesis of magnetic core–shell iron nanochains for potential applications in Cr (VI) ion pollution treatment
Christy et al. Superparamagnetic behavior of sulfonated fullerene (C60SO3H): Synthesis and characterization for biomedical applications
RU2663049C1 (ru) Нанокомпозитный магнитный материал и способ его получения
Antarnusa et al. The effect of additional polyethylene glycol (PEG) as coating Fe3O4 for magnetic nanofluid applications
Li et al. Uniform metal (hydr) oxide particles from water/ionic liquid precursor (ILP) mixtures
RU2739030C1 (ru) Способ получения нанокомпозитного магнитного и электропроводящего материала
RU2768155C1 (ru) Нанокомпозитный электромагнитный материал и способ его получения
Harraz Polyethylene glycol-assisted hydrothermal growth of magnetite nanowires: Synthesis and magnetic properties
RU2432232C1 (ru) Способ получения наноразмерных порошков твердого раствора железо-кобальт
Mahanandia et al. Synthesis and characterization of carbon nanoribbons and single crystal iron filled carbon nanotubes
RU2768158C1 (ru) Нанокомпозитный магнитный материал на основе полисопряженного полимера и смеси магнитных наночастиц и способ его получения