[go: up one dir, main page]

RU2412050C1 - Способ получения металлсодержащих нанокомпозитов - Google Patents

Способ получения металлсодержащих нанокомпозитов Download PDF

Info

Publication number
RU2412050C1
RU2412050C1 RU2009129513/05A RU2009129513A RU2412050C1 RU 2412050 C1 RU2412050 C1 RU 2412050C1 RU 2009129513/05 A RU2009129513/05 A RU 2009129513/05A RU 2009129513 A RU2009129513 A RU 2009129513A RU 2412050 C1 RU2412050 C1 RU 2412050C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
film
polymer film
polymer
nanocomposites
Prior art date
Application number
RU2009129513/05A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Архипович Оптов (RU)
Валерий Архипович Оптов
Отто Юльевич Сабсай (RU)
Отто Юльевич Сабсай
Александр Александрович Берлин (RU)
Александр Александрович Берлин
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ 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 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН)
Priority to RU2009129513/05A priority Critical patent/RU2412050C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2412050C1 publication Critical patent/RU2412050C1/ru

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам получения полимерных нанокомпозитов, а именно металлосодержащих нанокомпозитов, и может быть использовано при изготовлении материалов с необычными физико-химическими, электрофизическими, фотофизическими, магнитными, каталитическими и сенсорными свойствами для различных отраслей промышленности. Техническим результатом заявленного изобретения является разработка способа, который позволяет предотвратить объединение отдельных наночастиц в агрегаты, обеспечивает однородность размеров и однородность распределения наночастиц в объеме полимерного материала, а также отличается простой технологией и легко реализуется на выпускаемом серийно промышленном оборудовании. Технический результат достигается способом получения металлсодержащих нанокомпозитов путем введения металлических наночастиц в полимерную матрицу, который включает осаждение паров одного или нескольких металлов в вакууме. При этом пары одного или нескольких металлов осаждают на поверхности полимерной пленки в количестве 1014-1016 атомов металла на 1 см2 поверхности. Затем полимерную пленку, содержащую осажденный металл, расплавляют, расплав перемешивают и гранулируют. При этом содержание металла в получаемом металлсодержащем нанокомпозите регулируют повторением операций осаждения и расплавления и/или изменением соотношения поверхность/объем в исходной полимерной пленке. 1 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к способам получения полимерных нанокомпозитов, а именно металлсодержащих нанокомпозитов, и может быть использовано при изготовлении материалов с необычными физико-химическими, электрофизическими, фотофизическими, магнитными, каталитическими и сенсорными свойствами для различных отраслей промышленности.
Большинство известных способов получения полимерных металлсодержащих нанокомпозитов включают операцию осаждения паров металла в вакууме, причем пары металла осаждают в мономер или вместе с мономером, а включение наночастиц металла в полимерную матрицу происходит на стадии последующей или одновременной полимеризации мономера.
Например, известен способ получения металлсодержащего нанокомпозита осаждением металла из паров в жидкий мономер с последующей (Klabunde K.J., Habdas J., Cardenas-Trivino G., Chem. Mater. 1991, В.5, S.947-952) или одновременной его полимеризацией (Heilmann A., Hamann С., Progr. Colloid Polym. Sci. 1991, V.85, P.102-112). Недостатком данного способа является, как показали структурные исследования, проведенные в этих работах, легкость объединения металлических кластеров в жидких мономерах в крупные агломераты.
Следует отметить, что главной технической трудностью при создании полимерных нанокомпозитов является как раз предотвращение объединения отдельных наночастиц и кластеров в агломераты, так как при этом исчезает возможность получения необычных свойств в материалах.
Известен способ получения пленочных материалов, содержащих кластеры металлов (RU 2017547, B05D 1/38, 15.08.1994; Gerasimov G.N., Sochilin V.A., Chvalun S.N. et al. Cryochemical synthesis and structure of metal-containing poly(p-xylylenes): system poly(chloro-p-xylylene)-Ag. Macromol. Chem. Phys. 1996, V.197, p.1387-1393). Способ заключается в совместном осаждении в вакууме на охлаждаемую до низких температур подложку паров металла и паров n-ксилилена или его производных. Пары w-ксилилена или его производных получают пиролизом п-циклофана или соответствующих производных при 600°C. n-Ксилилен и его производные отличаются высокой реакционной способностью в твердом состоянии и полимеризуются под действием УФ-облучения при очень низких температурах - при 80 К. Затем полученная полимерная пленка, содержащая в полимерной матрице кластеры металла, нагревается до комнатных температур. Необходимо отметить, что атомы и малые кластеры металла агрегируют до более крупных частиц уже в процессе полимеризации, а главное - система металл-полимер, полученная при низких температурах, нестабильна - нагревание до комнатной температуры и затем до 373 К приводит к резкому увеличению количества крупных частиц металла в результате агрегирования мелких кластеров. Кроме того, способ ограничен только мономерами, способными полимеризоваться при очень низких температурах, и отличается сложностью технологии криополимеризации.
В аналогичном способе получения пленочных полимерных материалов, содержащих наночастицы металлов, совместное осаждение в вакууме паров n-ксилилена или его производных и паров металлов и их смесей на подложку осуществляют при температуре подложки от минус 20 до плюс 140°C, а пары металлов получают испарением и пиролизом карбонилов металлов (RU 2266920, C08G 61/02, B05D 1/34, 27.12.2005). Способ позволяет упростить технологию полимеризации, но не позволяет избежать агрегирования мелких кластеров металла в более крупные частицы.
Наиболее близким к предлагаемому способу получения металлсодержащих нанокомпозитов является способ, описанный в патенте RU 2106204, B05D 1/34, B05D 5/12, 10.03.1998 (прототип). В способе-прототипе введение металлических наночастиц в полимерную матрицу осуществляют аналогично приведенным выше известным способам, а именно путем совместного осаждения в вакууме паров одного или нескольких металлов и паров мономера - n-ксилилена или его производных - на подложку, имеющую температуру от минус 20 до плюс 140°C. Способ-прототип позволяет изменением скорости осаждения металлов и мономера варьировать содержание металла в получаемом материале, но не позволяет избежать агрегирования мелких кластеров металла в более крупные частицы и не обеспечивает однородности размеров наночастиц.
Задачей изобретения является разработка такого способа получения металлсодержащих нанокомпозитов, который позволит предотвратить объединение отдельных металлических кластеров в агрегаты, обеспечит однородность размеров наночастиц и однородность распределения наночастиц в объеме полимерного материала и будет отличаться достаточно простой технологией.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом получения металлсодержащих нанокомпозитов путем введения металлических наночастиц в полимерную матрицу, включающим осаждение паров одного или нескольких металлов в вакууме, в котором пары одного или нескольких металлов осаждают на поверхности полимерной пленки в количестве 1014-1016 атомов металла на 1 см2 поверхности, затем полимерную пленку, содержащую осажденный металл, расплавляют, расплав перемешивают и гранулируют, при этом содержание металла в получаемом металлсодержащем нанокомпозите регулируют повторением операций осаждения и расплавления и/или изменением соотношения поверхность/объем в исходной полимерной пленке.
Изменение соотношения поверхность/объем в исходной полимерной пленке достигается изменением толщины пленки.
Предлагаемый способ позволяет наносить наноразмерные кластеры атомов металла на поверхность полимера в таких количествах (от 1014 до 1016 атомов на 1 см2 поверхности), которые исключают их агломерацию и обеспечивают однородность размеров наночастиц в получаемом материале. Полученная заготовка затем расплавляется, и расплав перемешивается, чем достигается максимально однородное распределение металлических наночастиц в объеме нанокомпозита. Из-за высокой вязкости расплавленного полимера вероятность агрегирования наночастиц и кластеров в расплаве полимера весьма мала.
Преимуществом предлагаемого способа является, кроме того, его легкая реализация на выпускаемом серийно промышленном оборудовании. Имеются мощные промышленные производства тонких полимерных пленок, имеющих большую поверхность по сравнению с их объемом. Для получения металлсодержащих нанокомпозитов по предлагаемому способу в промышленный процесс производства полимерных пленок можно легко встроить узел для нанесения на поверхность полимера металла и добавить оборудование для дальнейшего расплавления, перемешивания и гранулирования нанокомпозита.
Способ допускает многократное повторение операций осаждения и расплавления, чем достигается необходимое содержание металлических наночастиц в получаемом материале. Количество металла в нанокомпозите можно регулировать также изменением толщины исходной полимерной пленки.
В заявляемом способе можно использовать различные металлы: щелочно-земельные, переходные, благородные, платиновые, редкоземельные. Электронно-лучевые и лазерные методы испарения металлов позволяют использовать тугоплавкие металлы.
Для осуществления способа используют промышленную установку для напыления металла в вакууме на полимерную пленку - УВН-75. Установка позволяет напылять металл на одну сторону полимерной пленки методом резистивного испарения металла. Скорость протяжки пленки регулируется в пределах от 10 до 100 м/мин. Установка вакуумируется до 10-4 Торр.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Рулон полипропиленовой пленки толщиной 20 мкм и шириной 200 мм помещают в вакуумную камеру установки УВН-75 на устройство для перемотки пленки, установку откачивают до 10-4 Торр, включают узел испарения металла - Al - и начинают перемещать пленку со скоростью 60 м/мин. После завершения операции осаждения паров Al установку открывают и извлекают пленку с осажденным Al. По данным атомно-адсорбционного анализа содержание Al в полученной пленке составляет 0,2 мас.%, что соответствует 1016 атомов алюминия на 1 см2 поверхности пленки. Полученную Al-содержащую пленку расплавляют, расплав перемешивают и гранулируют. Из полученного металлсодержащего нанокомпозита снова формуют пленку толщиной 20 мкм и шириной 200 мм. Анализ среза вновь сформованной пленки на просвечивающем электронном микроскопе показал, что наночастицы алюминия имеют форму чешуек толщиной около 50 Å. Эту пленку подвергают повторной операции осаждения паров Al до количества 1016 атомов алюминия на 1 см2 поверхности пленки, что увеличивает массовое содержание Al в нанокомпозите вдвое - до 0,4 мас.%.
Пример 2.
Рулон полипропиленовой пленки толщиной 10 мкм и шириной 100 мм помещают в вакуумную камеру установки УВН-75 на устройство для перемотки пленки, установку откачивают до 10-4 Торр. Включают узел испарения металла - Zn - и начинают перемещать пленку со скоростью 100 м/мин. После завершения операции осаждение паров Zn установку открывают и извлекают пленку с осажденным Zn. По данным атомно-адсорбционного анализа содержание Zn в полученной пленке составляет 0,01 мас.%, что соответствует 1014 атомов цинка на 1 см2 поверхности пленки. Полученную Zn-содержащую пленку расплавляют, расплав перемешивают и гранулируют.
Пример 3 (контрольный).
Рулон полипропиленовой пленки толщиной 20 мкм и шириной 200 мм помещают в вакуумную камеру установки УВН-75 на устройство для перемотки пленки, установку откачивают до 10-4 Торр, включают узел испарения металла - Al - и начинают перемещать пленку со скоростью 20 м/мин. После завершения операции осаждения паров Al установку открывают и извлекают пленку с осажденным Al. По данным атомно-адсорбционного анализа содержание Al в полученной пленке составляет 2 мас.%, что соответствует 1017 атомов алюминия на 1 см2 поверхности пленки. Полученную Al-содержащую пленку расплавляют, расплав перемешивают и гранулируют. Из полученного металлсодержащего нанокомпозита снова формуют пленку толщиной 20 мкм и шириной 200 мм. Анализ среза вновь сформованной пленки на просвечивающем электронном микроскопе показал, что наночастицы алюминия имеют размер более 600 Å.
Таким образом, предложен способ, который позволяет предотвратить объединение отдельных наночастиц в агрегаты, обеспечивает однородность размеров наночастиц и однородность распределения наночастиц в объеме полимерного материала. Способ отличается простой технологией и легко реализуется на выпускаемом серийно промышленном оборудовании.

Claims (2)

1. Способ получения металлсодержащих нанокомпозитов путем введения металлических наночастиц в полимерную матрицу, включающий осаждение паров одного или нескольких металлов в вакууме, отличающийся тем, что пары одного или нескольких металлов осаждают на поверхности полимерной пленки в количестве 1014-1016 атомов металла на 1 см2 поверхности, затем полимерную пленку, содержащую осажденный металл, расплавляют, расплав перемешивают и гранулируют, при этом содержание металла в получаемом металлсодержащем нанокомпозите регулируют повторением операций осаждения и расплавления и/или изменением соотношения поверхность/объем в исходной полимерной пленке.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение соотношения поверхность/объем в исходной полимерной пленке достигается изменением толщины пленки.
RU2009129513/05A 2009-08-03 2009-08-03 Способ получения металлсодержащих нанокомпозитов RU2412050C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129513/05A RU2412050C1 (ru) 2009-08-03 2009-08-03 Способ получения металлсодержащих нанокомпозитов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129513/05A RU2412050C1 (ru) 2009-08-03 2009-08-03 Способ получения металлсодержащих нанокомпозитов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2412050C1 true RU2412050C1 (ru) 2011-02-20

Family

ID=46310006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009129513/05A RU2412050C1 (ru) 2009-08-03 2009-08-03 Способ получения металлсодержащих нанокомпозитов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2412050C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2017547C1 (ru) * 1992-07-02 1994-08-15 Вячеслав Викторович Загорский Способ получения пленочных материалов, содержащих кластеры металлов
RU2106204C1 (ru) * 1996-07-30 1998-03-10 Герасимов Генрих Николаевич Способ получения полимерных материалов, содержащих частицы металлов и их оксидов нанометрового размера
JP2005336440A (ja) * 2004-05-31 2005-12-08 Kawamura Inst Of Chem Res シリカ/ポリマー/金属複合材料及びその製造方法
RU2266920C2 (ru) * 2002-12-30 2005-12-27 ФГУП ГНЦ РФ Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова Способ получения полимерных материалов, содержащих частицы металлов и их оксидов нанометрового размера
WO2008045109A2 (en) * 2005-12-19 2008-04-17 University Of Virginia Patent Foundation Conducting nanotubes or nanostructures based composites, method of making them and applications
EP2006323A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-24 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for the production of polyester nanocomposites
RU2360036C1 (ru) * 2007-10-22 2009-06-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова" Способ получения углеродного наноматериала, содержащего металл

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2017547C1 (ru) * 1992-07-02 1994-08-15 Вячеслав Викторович Загорский Способ получения пленочных материалов, содержащих кластеры металлов
RU2106204C1 (ru) * 1996-07-30 1998-03-10 Герасимов Генрих Николаевич Способ получения полимерных материалов, содержащих частицы металлов и их оксидов нанометрового размера
RU2266920C2 (ru) * 2002-12-30 2005-12-27 ФГУП ГНЦ РФ Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова Способ получения полимерных материалов, содержащих частицы металлов и их оксидов нанометрового размера
JP2005336440A (ja) * 2004-05-31 2005-12-08 Kawamura Inst Of Chem Res シリカ/ポリマー/金属複合材料及びその製造方法
WO2008045109A2 (en) * 2005-12-19 2008-04-17 University Of Virginia Patent Foundation Conducting nanotubes or nanostructures based composites, method of making them and applications
EP2006323A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-24 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for the production of polyester nanocomposites
RU2360036C1 (ru) * 2007-10-22 2009-06-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова" Способ получения углеродного наноматериала, содержащего металл

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Particles of polyacetylene and its derivatives: preparation and applications
US8778478B2 (en) Assemblies comprising block co-polymer films and nanorods
CN101481461B (zh) 一种苯乙烯嵌段共聚物微-纳米微球的制备方法及应用
Park et al. Effect of gas flow rates and nozzle throat width on deposition of α-alumina films of granule spray in vacuum
Ishida et al. Growth of sputtered silver nanoparticles on a liquid mercaptan matrix with controlled viscosity and sputter rate
EP1926841A1 (de) Kaltgasspritzverfahren
Yang et al. A novel synthetic route to metal–polymer nanocomposites by in situ suspension and bulk polymerizations
CA2554335A1 (en) Use of statistical copolymers
Chen et al. Single step synthesis of Janus nano-composite membranes by atmospheric aerosol plasma polymerization for solvents separation
KR101699274B1 (ko) 담체를 이용한 나노 파우더 제조 방법
RU2412050C1 (ru) Способ получения металлсодержащих нанокомпозитов
Gao et al. Fabrication of ordered honeycomb amphiphobic films with extremely low fluorine content
Wang et al. Fabrication of honeycomb-patterned porous films from PS-b-PNIPAM amphiphilic diblock copolymers synthesized via RITP
US20070282075A1 (en) Use Of Statistical Copolymers
Zhu et al. Fabrication of conductive metallized nanostructures from self-assembled amphiphilic triblock copolymer templates: nanospheres, nanowires, nanorings
Porta et al. Titanium oxide nanoparticle dispersions in a liquid monomer and solid polymer resins prepared by sputtering
JP6857158B2 (ja) 低温薄膜結晶化方法およびその方法から作製された生成物
EP1569867A2 (de) Nanopartikel und nanoskopische strukturen und verfahren zu deren herstellung
Bacheller et al. Vapor Phase Deposition of Porous Polymer Dendrites
Park et al. Preparation of silver/poly (methyl methacrylate) nanocomposites by in-situ radical polymerization using silver carbamate complex
JP2008529772A (ja) 重合膜の堆積
Wu et al. Novel dendritic nanostructures: self-assemblies of nanoparticles of poly (vinyl alcohol) coated Ag and/orCu2O
Joshi et al. Tuning crystalline structure of zeolitic metal–organic frameworks by supersonic spraying of precursor nanoparticle suspensions
Preda et al. Synthesis and properties of poly (methyl methacrylate-2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid)/PbS hybrid composite
Huang et al. Controlled microphase separated morphology of block polymer thin film and an approach to prepare inorganic nanoparticles

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170804