RU2845756C1 - Method of producing nanocomposite electrically conducting material based on heterocyclic polyazine - Google Patents
Method of producing nanocomposite electrically conducting material based on heterocyclic polyazineInfo
- Publication number
- RU2845756C1 RU2845756C1 RU2024117011A RU2024117011A RU2845756C1 RU 2845756 C1 RU2845756 C1 RU 2845756C1 RU 2024117011 A RU2024117011 A RU 2024117011A RU 2024117011 A RU2024117011 A RU 2024117011A RU 2845756 C1 RU2845756 C1 RU 2845756C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanocomposite
- polymer
- cnm
- weight
- pfoa
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания новых нанокомпозитных электропроводящих материалов на основе полисопряженных полимеров и углеродных наноматериалов (УНМ) и может быть использовано при создании компонентов электронной техники, (био)сенсоров, датчиков, органических солнечных элементов, перезаряжаемых батарей, суперконденсаторов, биотопливных элементов, оптоэлектронных и электрохромных устройств, в качестве медиаторных катализаторов и высокопроизводительных адсорбентов различных типов загрязняющих веществ, таких как ионы тяжелых металлов и органические красители, а также в медицине, в биомедицинской инженерии, при создании различных анализаторов лекарственных средств, в системах доставки лекарственных средств и т.д.The invention relates to the field of creating new nanocomposite electrically conductive materials based on polyconjugated polymers and carbon nanomaterials (CNM) and can be used in creating components of electronic equipment, (bio)sensors, detectors, organic solar cells, rechargeable batteries, supercapacitors, biofuel cells, optoelectronic and electrochromic devices, as mediator catalysts and high-performance adsorbents of various types of pollutants, such as heavy metal ions and organic dyes, as well as in medicine, in biomedical engineering, in creating various drug analyzers, in drug delivery systems, etc.
В качестве углеродных материалов экономически более доступны оксид графена (ОГ) и восстановленный оксид графена (ВОГ). Интерес исследователей к углеродным нанотрубкам (УНТ) также не ослабевает благодаря присущим им замечательным физико-химическим свойствам, таким как высокая термостойкость и электрическая проводимость.Among carbon materials, graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (RGO) are more economically accessible. Researchers' interest in carbon nanotubes (CNTs) also continues unabated due to their remarkable physicochemical properties, such as high thermal stability and electrical conductivity.
Композитные материалы в основном получают in situ окислительной полимеризацией анилина и других мономеров в присутствии ОГ или УНТ [1-3].Composite materials are mainly obtained by in situ oxidative polymerization of aniline and other monomers in the presence of GO or CNTs [1-3].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению являются гибридный электропроводящий материал на основе поли-3-амино-7-метиламино-2-метилфеназина (ПАММФ) и одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) и способ получения этого композитного материала окислительной полимеризацией 3 -амино-7-диметил амино-2-метил феназин гидрохлорида (нейтрального красного) (АДМФГ) в во/дном растворе ацетонитрила под действием персульфата аммония в присутствии исходных ОУНТ (d=1.4-1.6 им, l=0.5-1.5 мкм) в реакционной смеси в количестве 1-10% масс, от массы мономера [4]. Полученный гибридный наноматериал характеризуется высокой электропроводностью (6,2×10-4 - 1,8×10-2 См/см) и термостабильностью на воздухе (до 290-320°С) и в инертной атмосфере (при 1000°С остаток составляет 45-73%).The closest to the proposed invention are a hybrid conductive material based on poly-3-amino-7-methylamino-2-methylphenazine (PAMMP) and single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) and a method for producing this composite material by oxidative polymerization of 3-amino-7-dimethyl amino-2-methyl phenazine hydrochloride (neutral red) (ADMPH) in an aqueous solution of acetonitrile under the action of ammonium persulfate in the presence of the initial SWCNTs (d=1.4-1.6 μm, l=0.5-1.5 μm) in a reaction mixture in an amount of 1-10% by weight, based on the weight of the monomer [4]. The resulting hybrid nanomaterial is characterized by high electrical conductivity (6.2×10 -4 - 1.8×10 -2 S/cm) and thermal stability in air (up to 290-320°C) and in an inert atmosphere (at 1000°C the residue is 45-73%).
Недостатком известного материала и способа является недостаточное повышение электропроводности (не выше 1,8×10-2 См/см) и термостабильности на воздухе (температура начала разложения не выше 320°С), а также ограниченная растворимость мономера в реакционной среде до концентрации 0,01-0,05 моль/л, что затрудняет его практическое использование вследствие малого количества получаемого продукта.The disadvantage of the known material and method is the insufficient increase in electrical conductivity (not higher than 1.8×10 -2 S/cm) and thermal stability in air (the temperature at which decomposition begins is not higher than 320°C), as well as the limited solubility of the monomer in the reaction medium to a concentration of 0.01-0.05 mol/l, which complicates its practical use due to the small amount of product obtained.
Задача предлагаемого изобретения заключается в создании нанокомпозитного электропроводящего материала с высокими термостойкостью (термостабильностыо) и электропроводностью материала, а также в разработке эффективного экологичного способа его получения.The objective of the proposed invention is to create a nanocomposite electrically conductive material with high thermal stability (thermostability) and electrical conductivity of the material, as well as to develop an effective environmentally friendly method for its production.
Поставленная задача решается тем, что предложен нанокомпозитный электропроводящий материал на основе термостабильного полисопряженного полимера и электропроводящего углеродного наноматериала (УНМ), согласно которому материал в качестве термостабильного полисопряженного полимера содержит гетероциклический полиазин общей структурной формулыThe stated problem is solved by proposing a nanocomposite conductive material based on a thermally stable polyconjugated polymer and a conductive carbon nanomaterial (CNM), according to which the material contains a heterocyclic polyazine of the general structural formula as a thermally stable polyconjugated polymer
где Y - гетероатом серы или кислородаwhere Y is a sulfur or oxygen heteroatom
при содержании электропроводящего углеродного наноматериала (УНМ) в указанном материале в количестве 1-10% масс, от массы полимера.with the content of electrically conductive carbon nanomaterial (CNM) in the said material in an amount of 1-10% by weight, based on the weight of the polymer.
Гетероциклический полиазин с гетероатомом серы - полифенотиазин (ПФТА), а с кислородом - полифеноксазин (ПФОА).A heterocyclic polyazine with a sulfur heteroatom is polyphenothiazine (PPTA), and with oxygen it is polyphenoxazine (PFOA).
Предложенный нанокомпозитный электропроводящий материал содержит электропроводящий УНМ, выбранный из ряда: восстановленный оксид графена (ВОГ), одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ), многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ).The proposed nanocomposite electrically conductive material contains an electrically conductive CNM selected from the following series: reduced graphene oxide (RGO), single-wall carbon nanotubes (SWCNT), and multi-wall carbon nanotubes (MWCNT).
Получаемый согласно изобретению нанокомпозитный электропроводящий материал представляет собой черный порошок, нерастворимый в органических растворителях.The nanocomposite conductive material obtained according to the invention is a black powder that is insoluble in organic solvents.
Синтезированные авторами гетероциклические полиазины хорошо адсорбируются на поверхности УНМ за счет π-укладки (stacking effect) и функциональных групп (гетероатомов N и S(O)). Полимерная матрица препятствует агрегированию УНМ.The heterocyclic polyazines synthesized by the authors are well adsorbed on the CNM surface due to the π-stacking effect and functional groups (heteroatoms N and S(O)). The polymer matrix prevents the aggregation of CNM.
Поставленная задача решается также тем, что предложен экологичный способ получения нанокомпозитного электропроводящего материала на основе полисопряжеииого полимера и углеродного наноматериала (УНМ), включающий смешение полисопряженного полимера с углеродным наноматериалом (УНМ) с последующим удалением растворителя из суспензии до получения нанокомпозитного электропроводящего материала, в котором в качестве полисопряжеииого полимера используют гетероциклический полиазин общей структурной формулыThe stated problem is also solved by the fact that an environmentally friendly method for obtaining a nanocomposite conductive material based on a polyconjugated polymer and a carbon nanomaterial (CNM) is proposed, which includes mixing a polyconjugated polymer with a carbon nanomaterial (CNM) followed by removing the solvent from the suspension to obtain a nanocomposite conductive material, in which a heterocyclic polyazine of the general structural formula is used as a polyconjugated polymer
где Y - гетероатом серы или кислорода,where Y is a sulfur or oxygen heteroatom,
который смешивают с углеродным наноматериалом (УНМ), в качестве которого используют оксид графена (ОГ), ОУНТ или МУНТ, взятым в количестве 1-10% масс, относительно массы полимера, в растворителе (ДМФА) в ультразвуковой ванне при комнатной температуре в течение 0,5 ч с получением суспензии, при этом растворитель удаляют, повышая температуру постепенно от 60 до 85°С, чтобы избежать выплескивания густой суспензии, с получением нанокомпозитного электропроводящего материала на основе полисопряженного полимера (ПФТА или ПФОА), содержащего УНМ (ВОГ, ОУНТ или МУНТ).which is mixed with a carbon nanomaterial (CNM), which is graphene oxide (GO), SWCNT or MWCNT, taken in an amount of 1-10% by weight, relative to the weight of the polymer, in a solvent (DMF) in an ultrasonic bath at room temperature for 0.5 h to obtain a suspension, while the solvent is removed by gradually increasing the temperature from 60 to 85 °C to avoid splashing out the thick suspension, to obtain a nanocomposite conductive material based on a polyconjugated polymer (PFTA or PFOA) containing CNM (RGO, SWCNT or MWCNT).
Согласно предлагаемому способу получения нанокомпозитного электропроводящего материала кроме ДМФА можно использовать ДМСО или N-метил-2-пирролидон.According to the proposed method for obtaining a nanocomposite conductive material, in addition to DMF, DMSO or N-methyl-2-pyrrolidone can be used.
Преимущества предложенного способа:Advantages of the proposed method:
1. Способ позволяет получать термостойкий (термостабильный) электропроводящий наноматериал на основе полисопряженного полимера (ПФТА или ПФОА) и УНМ (ВОГ, ОУНТ или МУНТ) смешением полимера и УНМ с последующим удалением растворителя (ДМФА) из суспензии без добавления химических восстановителей, которые могут привести к загрязнению конечного продукта, что обеспечивает его экологичность.1. The method allows obtaining a heat-resistant (thermostable) electrically conductive nanomaterial based on a polyconjugated polymer (PFTA or PFOA) and CNM (RGO, SWCNT or MWCNT) by mixing the polymer and CNM with subsequent removal of the solvent (DMF) from the suspension without adding chemical reducing agents that can lead to contamination of the final product, which ensures its environmental friendliness.
2. Впервые синтезированные авторами гетероциклические полиазины -ПФТА или ПФОА хорошо адсорбируются на поверхности УНМ за счет π-укладки (stacking effect) и функциональных групп (гетероатомов N и S(O)). Полимерная матрица препятствует агрегированию УНМ.2. The heterocyclic polyazines - PFTA or PFOA, synthesized by the authors for the first time, are well adsorbed on the surface of CNM due to the π-stacking effect and functional groups (heteroatoms N and S(O)). The polymer matrix prevents the aggregation of CNM.
3. Способ позволяет получать наноматериал с высокой электропроводностью до 5,5×10-1 См/см - 1,7 См/см. По прототипу проводимость материала не превышает 6,2×10-1 См/см - 1,8×10-2 См/см. Такие нанокомпозитные электропроводящие материалы могут быть использованы для создания электрохимических устройств, (био)сенсоров, датчиков, суперконденсаторов, биотопливных элементов, оптоэлектронных и электрохромных устройств, в качестве медиаторных катализаторов и др.3. The method allows obtaining a nanomaterial with high electrical conductivity of up to 5.5×10 -1 S/cm - 1.7 S/cm. According to the prototype, the conductivity of the material does not exceed 6.2×10 -1 S/cm - 1.8×10 -2 S/cm. Such nanocomposite conductive materials can be used to create electrochemical devices, (bio)sensors, sensors, supercapacitors, biofuel cells, optoelectronic and electrochromic devices, as mediator catalysts, etc.
4. Полученный нанокомпозитный материал характеризуется высокой термостабильностью. Температура начала разложения получаемого материала на воздухе достигает 430-510°С по сравнению с прототипом (не превышает 290-320°С). В атмосфере аргона при 1000°С остаток составляет 44-64%. Высокая термостабилыюсть полимерной матрицы обеспечивает возможность использования заявленного нанокомпозита УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА при создании компонентов электронной техники, органических солнечных элементов, перезаряжаемых батарей, суперконденсаторов, биотопливных элементов, эксплуатируемых при повышенных температурах.4. The obtained nanocomposite material is characterized by high thermal stability. The temperature of the beginning of decomposition of the obtained material in air reaches 430-510°C compared to the prototype (does not exceed 290-320°C). In an argon atmosphere at 1000°C, the residue is 44-64%. High thermal stability of the polymer matrix makes it possible to use the declared CNM/PFTA or CNM/PFOA nanocomposite in the creation of electronic components, organic solar cells, rechargeable batteries, supercapacitors, biofuel cells operated at elevated temperatures.
Нижеследующие примеры иллюстрируют, но не ограничивают предлагаемое изобретение.The following examples illustrate, but do not limit, the proposed invention.
Образование нанокомпозита УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА подтверждено данными ИК-Фурье спектроскопии и рентгеноструктурного исследования, а также сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения (СЭМ), представленными на фиг. 1-13, где I - интенсивность, 20 - угол, I/I° - соотношение интенсивностей падающего и прошедшего излучения, ν - частота излучения.The formation of the CNM/PFTA or CNM/PFOA nanocomposite is confirmed by FTIR spectroscopy and X-ray diffraction data, as well as high-resolution scanning electron microscopy (SEM), shown in Figs. 1–13, where I is the intensity, 20 is the angle, I/I° is the ratio of the intensities of the incident and transmitted radiation, ν is the radiation frequency.
На фиг. 1 представлены ИК-спектры (ATR) ПФТА (1) и нанокомпозитов ВОГ/ПФТА (2), ОУНТ/ПФТА (3) и МУШ7ПФТА (4), полученных из раствора полимера в ДМФА при [УНТ]=10% масс, относительно массы полимера.Fig. 1 shows the IR spectra (ATR) of PFTA (1) and nanocomposites of RGO/PFTA (2), SWCNT/PFTA (3) and MUSh7PFTA (4), obtained from a polymer solution in DMF at [CNT]=10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 2 представлены ИК-спектры (ATR) ПФОА (1) и нанокомпозитов ВОГ/ПФОА (2), ОУНТ/ПФОА (3) и МУНТ/ПФОА (4), полученных из раствора полимера в ДМФА при [УНТ] - 10% масс, относительно массы полимера.Fig. 2 shows the IR spectra (ATR) of PFOA (1) and nanocomposites of RGO/PFOA (2), SWCNT/PFOA (3) and MWCNT/PFOA (4), obtained from a polymer solution in DMF at [CNT] - 10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 3 представлены дифрактограммы ПФТА (1) и нанокомпозитов ОУНТ/ПФТА (2) и МУНТ/ПФТЛ (3), полученных из раствора полимера в ДМФА при [УНТ]=10% масс, относительно массы полимера.Fig. 3 shows the diffraction patterns of PFTA (1) and nanocomposites of SWCNT/PFTA (2) and MWCNT/PFTL (3), obtained from a polymer solution in DMF at [CNT]=10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 4 представлены дифрактограммы ПФОА (1) и нанокомпозитов ОУНТ/ПФОА (2) и МУНТ/ПФОЛ (3), полученных из раствора полимера в ДМФА при [УНТ]=10% масс, относительно массы полимера.Fig. 4 shows the diffraction patterns of PFOA (1) and nanocomposites of SWCNT/PFOA (2) and MWCNT/PFOL (3), obtained from a polymer solution in DMF at [CNT]=10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 5 представлены дифрактограммы ОГ (1), ВОГ/ПФТА (2) и ВОГ/ПФОА (3), полученные из раствора полимера в ДМФА при [ОГ]=10% масс, относительно массы полимера.Fig. 5 shows the diffraction patterns of GO (1), RGO/PFTA (2) and RGO/PFOA (3), obtained from a polymer solution in DMF at [GO]=10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 6 представлено СЭМ изображение ПФТА.Fig. 6 shows the SEM image of PFTA.
На фиг. 7 представлено СЭМ изображение ПФОА.Fig. 7 shows the SEM image of PFOA.
На фиг. 8 представлено СЭМ изображение нанокомпозита ВОГ/ПФТА, полученного из раствора полимера в ДМФА при [ОГ]=10% масс, относительно массы полимера.Fig. 8 shows the SEM image of the RGO/PFTA nanocomposite obtained from a polymer solution in DMF at [GO]=10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 9 представлено СЭМ изображение нанокомпозита ОУНТ/ПФТА, полученного из раствора полимера в ДМФА при [ОУНТ]=10% масс, относительно массы полимера.Fig. 9 shows the SEM image of the SWNT/PFTA nanocomposite obtained from a polymer solution in DMF at [WNT]=10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 10 представлено СЭМ изображение нанокомпозита МУНТ/ПФТА, полученного из раствора полимера в ДМФА при [МУНТ]=10% масс, относительно массы полимера.Fig. 10 shows the SEM image of the MWCNT/PPTA nanocomposite obtained from a polymer solution in DMF at [MWCNT]=10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 11 представлено СЭМ изображение нанокомпозита ВОГ/ПФОА, полученного из раствора полимера в ДМФА при [ОГ]=10% масс, относительно массы полимера.Fig. 11 shows the SEM image of the RGO/PFOA nanocomposite obtained from a polymer solution in DMF at [OG]=10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 12 представлено СЭМ изображение нанокомпозита ОУНТ/ПФОА, полученного из раствора полимера в ДМФА при [ОУНТ]=10% масс, относительно массы полимера.Fig. 12 shows the SEM image of the SWNT/PFOA nanocomposite obtained from a polymer solution in DMF at [WNT]=10% by weight, relative to the polymer weight.
На фиг. 13 представлено СЭМ изображение нанокомпозита МУНТ/ПФОА, полученного из раствора полимера в ДМФА при [МУНТ] - 10% масс, относительно массы полимера.Fig. 13 shows the SEM image of the MWCNT/PFOA nanocomposite obtained from a polymer solution in DMF at [MWCNT] = 10 wt%, relative to the polymer weight.
Пояснения к фиг 1-13.Explanations for Figs. 1-13.
В ПФТА и ПФОА рост полимерной цепи протекает по типу С-С-присоединения в пара-положение фенильных колец по отношению к азоту [5, 6].In PFTA and PFOA, the growth of the polymer chain occurs by the C-C addition type in the para-position of the phenyl rings relative to nitrogen [5, 6].
В ИК-Фурье спектре ПФТА полосы поглощения при 865 и 825 см-1 обусловлены неплоскими деформационными колебаниями связей νC-Н 1,2,4-замещенного бензольного кольца (фиг. 1). Полосы поглощения при 1304 и 1230 см-1 связаны с валентными колебаниями связей νC-Н. Интенсивные полосы при 1589 и 1461 см-1 относятся к валентным колебаниям связей νC-С в ароматических кольцах. Сдвиг этих полос поглощения в ИК-спектрах нанокомпозитов с УНМ указывает на π-π-взаимодействие полимерного компонента с УНМ (stacking effect).In the FTIR spectrum of PFTA, the absorption bands at 865 and 825 cm -1 are due to out-of-plane deformation vibrations of the ν C-H bonds of the 1,2,4-substituted benzene ring (Fig. 1). The absorption bands at 1304 and 1230 cm -1 are due to the stretching vibrations of the ν C- H bonds. The intense bands at 1589 and 1461 cm -1 are due to the stretching vibrations of the ν C-C bonds in the aromatic rings. The shift of these absorption bands in the IR spectra of nanocomposites with CNM indicates the π-π interaction of the polymer component with CNM (stacking effect).
В ИК-Фурье спектре ПФОА наблюдается полоса поглощения при 3380 см-1, соответствующая валентным колебаниям связей νC-Н в феноксазиновых структурах. Полоса около 3055 см-1 в полимере относится к валентным колебаниям связей νC-Н бензольного кольца. Полосы при 1587 и 1482 см 1 соответствуют валентным колебаниям связей νC-С в ароматических кольцах. Полоса поглощения при 1320 см-1 связана с валентными колебаниями связей νC-Н - Полосы в области 873 и 808 см-1 обусловлены неплоскими деформационными колебаниями связей δC-Н 1,2,4-замещенного бензольного кольца. Полоса 737 см-1 относится к неплоским деформационным колебаниям связей δC-Н 1,2-замещенного бензольного кольца концевых групп (фиг. 2). В ИК-спектрах УНМ/ПФОА сохраняются все основные полосы, характеризующие химическую структуру ПФОА.The FTIR spectrum of PFOA shows an absorption band at 3380 cm -1 , which corresponds to the stretching vibrations of the ν C-H bonds in the phenoxazine structures. The band around 3055 cm -1 in the polymer is due to the stretching vibrations of the ν C-H bonds of the benzene ring. The bands at 1587 and 1482 cm 1 correspond to the stretching vibrations of the ν C-C bonds in the aromatic rings. The absorption band at 1320 cm -1 is due to the stretching vibrations of the ν C -H bonds. The bands in the region of 873 and 808 cm -1 are due to out-of-plane deformation vibrations of the δ C-H bonds of the 1,2,4-substituted benzene ring. The band at 737 cm -1 is related to non-planar deformation vibrations of the δ C-H bonds of the 1,2-substituted benzene ring of the end groups (Fig. 2). All the main bands characterizing the chemical structure of PFOA are preserved in the IR spectra of CNM/PFOA.
Регистрацию ИК-спектров в режиме отражения с поверхности (ATR) выполняют на ИК микроскопе HYPERION-2000, сопряженном с ИК Фурье-спектрометром "IFS 66v" Bruker в области 4000-600 см-1 (скан. 150, кристалл ZnSe, разрешение 2 см-1).The IR spectra are recorded in the surface reflection mode (ATR) using a HYPERION-2000 IR microscope coupled with a Bruker IFS 66v IR Fourier spectrometer in the range of 4000-600 cm -1 (scan 150, ZnSe crystal, resolution 2 cm -1 ).
Данные РФЛ подтверждают образование нанокомпозитов на основе ПФТА или ПФОА с УНМ (фиг. 3-5). Широкое гало, зарегистрированное для наноматериалов, указывает на аморфную структуру полимерного компонента.The XRF data confirm the formation of nanocomposites based on PFTA or PFOA with CNM (Figs. 3-5). The broad halo recorded for the nanomaterials indicates the amorphous structure of the polymer component.
На дифрактограммах нанокомпозитов МУНТ/ПФТА и МУНТ/ПФОА присутствует пик отражения углеродной фазы при 20=39,17°, характеризующий МУНТ. Отсутствие на дифрактограммах ОУНТ/ПФТА и ОУНТ/ПФОА пика отражения углеродной фазы объясняется невозможностью получения дифракционной картины от единичной плоскости ОУНТ. Электрическая проводимость нанокомпозитов на основе УНТ достигает σ=(8,1×10-1-1,7) См/см (таблица 1). Удельную электропроводность образцов измеряют стандартным четырехточечным методом на приборе Loresta-GP, МСР-Т610 (Япония). Рентгеноструктурные исследования проводят при комнатной температуре на рентгеновском дифрактометре «Дифрей-401» с фокусировкой по Бреггу-Брентано на CrKα-излучении.The diffraction patterns of the MWCNT/PFTA and MWCNT/PFOA nanocomposites contain a reflection peak of the carbon phase at 20=39.17°, which characterizes MWCNT. The absence of a reflection peak of the carbon phase in the diffraction patterns of SWCNT/PFTA and SWCNT/PFOA is explained by the impossibility of obtaining a diffraction pattern from a single plane of SWCNT. The electrical conductivity of CNT-based nanocomposites reaches σ=(8.1×10 -1 -1.7) S/cm (Table 1). The specific electrical conductivity of the samples is measured by the standard four-point method on a Loresta-GP, MCP-T610 device (Japan). X-ray diffraction studies are carried out at room temperature on a Diffray-401 X-ray diffractometer with Bragg-Brentano focusing on CrK α -radiation.
На дифрактограммах нанокомпозитов ВОГ/ПФТА и ВОГ/ПФОА (фиг. 5) отсутствует острый пик при 20=17,08°, характеризующий ОГ. В ходе синтеза нанокомпозитов происходит восстановление ОГ с образованием ВОГ, о чем также свидетельствуют значения электропроводности (Табл. 1). На дифрактограммах нанокомпозитов, полученных из раствора полимера (ПФТА или ПФОА) в ДМФА, содержащем 10% масс. ОГ, присутствует широкий пик при 20=38,92°, характеризующий ВОГ. Электропроводность нанокомпозитов на основе ВОГ достигает σ=(5,5×10-1-1,1) См/см, что соизмеримо с электропроводностью УНТ/ПФТА и УНТ/ПФОА, тогда как у исходных полимеров σ=2,04×10-9См/см (ПФТА) и 2,80×10-10 См/см (ПФОА). Удельную электропроводность образцов измеряют стандартным четырехточечным методом на приборе Loresta-GP, МСР-Т610 (Япония).The diffraction patterns of the RGO/PFTA and RGO/PFOA nanocomposites (Fig. 5) do not show a sharp peak at 20=17.08°, which characterizes GO. During the synthesis of the nanocomposites, GO is reduced to form RGO, which is also indicated by the electrical conductivity values (Table 1). The diffraction patterns of the nanocomposites obtained from a polymer solution (PFTA or PFOA) in DMF containing 10% by weight of GO show a broad peak at 20=38.92°, which characterizes RGO. The electrical conductivity of RGO-based nanocomposites reaches σ=(5.5×10 -1 -1.1) S/cm, which is comparable with the electrical conductivity of CNT/PFTA and CNT/PFOA, while for the original polymers σ=2.04×10 -9 S/cm (PFTA) and 2.80×10 -10 S/cm (PFOA). The specific electrical conductivity of the samples is measured by the standard four-point method on a Loresta-GP, MCP-T610 device (Japan).
Следует отметить, что восстановление ОГ в условиях приготовления нанокомпозитов смешением полимера и ОГ в ДМФА с последующим нагревом при 60-85°С на воздухе для удаления растворителя может происходить с участием продуктов частичного разложения как олигомеров, так и ДМФА.It should be noted that the reduction of OG under the conditions of preparation of nanocomposites by mixing the polymer and OG in DMF followed by heating at 60-85°C in air to remove the solvent can occur with the participation of the products of partial decomposition of both oligomers and DMF.
Морфология нанокомпозитов в сравнении с исходными полимерами исследована сканирующей электронной микроскопией высокого разрешения (СЭМ), снимки которых представлены на фиг. 6-13. Согласно данным СЭМ, в нанокомпозитах УНМ/ПФТА и УНМ/ПФОА углеродные наночастицы (ВОГ, ОУНТ и МУНТ) распределены в аморфной полимерной матрице. Электронно-микроскопические исследования осуществляют на растровом электронном автоэмиссионном микроскопе Supra 25 производства Zeiss с рентгеноспектралыюй энергодисперсионной приставкой INCA Energy производства Oxford Instruments для определения элементного состава образцов. Разрешение на получаемых изображениях составляет величину 1-2 нм.The morphology of the nanocomposites in comparison with the initial polymers was studied by high-resolution scanning electron microscopy (SEM), the images of which are shown in Figs. 6-13. According to the SEM data, in the CNM/PFTA and CNM/PFOA nanocomposites, the carbon nanoparticles (RGO, SWCNT and MWCNT) are distributed in the amorphous polymer matrix. Electron microscopic studies were carried out on a Supra 25 scanning electron field emission microscope manufactured by Zeiss with an INCA Energy X-ray spectral energy dispersive attachment manufactured by Oxford Instruments to determine the elemental composition of the samples. The resolution of the obtained images was 1-2 nm.
Термическая стабильность нанокомпозитов УНМ/ПФТА и УНМ/ПФОА исследована методами ТГА и ДСК.Thermal stability of CNM/PFTA and CNM/PFOA nanocomposites was studied by TGA and DSC methods.
На фиг. 14 показаны ТГА-термограммы ПФТА (1, 2) и ВОГ/ПФТА (3, 4), полученные из раствора полимера в ДМФА при [ОГ]=3% масс, относительно массы полимера (3, 4), при нагревании до 1000°С со скоростью 10°С/мин на воздухе (1, 3) и в токе аргона (2, 4).Fig. 14 shows TGA thermograms of PFTA (1, 2) and RGO/PFTA (3, 4), obtained from a polymer solution in DMF at [OG]=3% by weight, relative to the polymer weight (3, 4), upon heating to 1000°C at a rate of 10°C/min in air (1, 3) and in an argon flow (2, 4).
На фиг. 15 показаны ТГА-термограммы ПФОА (1, 2) и ВОГ/ПФОА (3, 4), полученные из раствора полимера в ДМФА при [ОГ]=10% масс, относительно массы полимера (3, 4), при нагревании до 1000°С со скоростью 10°С/мин на воздухе (1, 3) и в токе аргона (2, 4).Fig. 15 shows TGA thermograms of PFOA (1, 2) and RGO/PFOA (3, 4), obtained from a polymer solution in DMF at [OG]=10% by weight, relative to the polymer weight (3, 4), upon heating to 1000°C at a rate of 10°C/min in air (1, 3) and in an argon flow (2, 4).
На фиг. 16 показаны ДСК-термограммы ПФТА (1) и ВОГ/ПФТА (2, 3), полученные из раствора полимера в ДМФА при [ОГ]=3% масс. относительно массы полимера, при нагревании в токе азота до 350°С со скоростью 10°С/мин (1,2- первое нагревание, 3 - второе нагревание).Fig. 16 shows the DSC thermograms of PFTA (1) and RGO/PFTA (2, 3), obtained from a polymer solution in DMF at [OG]=3% by weight relative to the polymer weight, when heated in a nitrogen flow to 350°C at a rate of 10°C/min (1, 2 - first heating, 3 - second heating).
На фиг. 17 показаны ДСК-термограммы ПФОА (1) и ВОГ/ПФОА (2, 3), полученные из раствора полимера в ДМФА при [ОГ] - 10% масс, относительно массы полимера, при нагревании в токе азота до 350°С со скоростью 10°С/мин (1,2- первое нагревание, 3 - второе нагревание).Fig. 17 shows the DSC thermograms of PFOA (1) and RGO/PFOA (2, 3), obtained from a solution of the polymer in DMF at [OG] = 10% by weight, relative to the polymer weight, when heated in a nitrogen stream to 350°C at a rate of 10°C/min (1, 2 - first heating, 3 - second heating).
Как видно на рис. 14 и 15, высокая термическая стабильность нанокомпозитов определяется термостабилыюстыо исходных полимеров. По данным ДСК, потеря массы при низких температурах связана с удалением влаги. В инертной среде выше 470-480°С потеря массы УНМ/ПФТА и УНМ/ПФОА происходит постепенно. В ВОГ/ПФТА и ВОГ/ПФОА при 1000°С в инертной атмосфере остаток составляет 55 и 44%, соответственно. ВОГ/ПФОА теряет половину первоначальной массы в инертной атмосфере при 912°С.Процессы термоокислителыюй деструкции начинаются в ВОГ/ПФТА и ВОГ/ПФОА при 490 и 430°С, а в ОУНТ/ПАММФ (по прототипу) - при 290°С. На воздухе 50%-ная потеря массы ВОГ/ПФТА и ВОГ/ПФОА наблюдается при 559 и 557°С, а для ОУНТ/ПАММФ (по прототипу) - при 520°С, Термический анализ осуществляют на приборе TGA/DSC1 фирмы "Mettler Toledo" в динамическом режиме в интервале 30-1000°С на воздухе и в токе аргона. Навеска полимеров - 100 мг, скорость нагревания 10°С/мин, ток аргона - 10 мл/мин. В качестве эталона используют прокаленный оксид алюминия. Анализ образцов проводят в тигле A12O3. ДСК-анализ проводят на калориметре DSC823e фирмы "Mettler Toledo". Нагрев образцов осуществляют со скоростью 10°С/мин, в атмосфере азота при его подаче 70 мл/мин. Обработка результатов измерения проводят с помощью сервисной программы STARe, поставляемой в комплекте с прибором.As can be seen from Fig. 14 and 15, the high thermal stability of the nanocomposites is determined by the thermal stability of the original polymers. According to the DSC data, the weight loss at low temperatures is associated with the removal of moisture. In an inert environment above 470-480°C, the weight loss of CNM/PFTA and CNM/PFOA occurs gradually. In RGO/PFTA and RGO/PFOA at 1000°C in an inert atmosphere, the residue is 55 and 44%, respectively. RGO/PFOA loses half of the initial weight in an inert atmosphere at 912°C. The processes of thermal-oxidative destruction begin in RGO/PFTA and RGO/PFOA at 490 and 430°C, and in SWCNT/PAMMF (according to the prototype) - at 290°C. In air, 50% weight loss of RGO/PFTA and RGO/PFOA is observed at 559 and 557°C, and for SWCNT/PAMMF (according to the prototype) - at 520°C. Thermal analysis is carried out on a TGA/DSC1 device from Mettler Toledo in a dynamic mode in the range of 30-1000°C in air and in an argon flow. The polymer sample is 100 mg, the heating rate is 10°C/min, the argon flow is 10 ml/min. Calcined aluminum oxide is used as a standard. The analysis of the samples is carried out in an A1 2 O 3 crucible. DSC analysis is carried out on a DSC823 e calorimeter from Mettler Toledo. The samples are heated at a rate of 10°C/min, in a nitrogen atmosphere with a feed rate of 70 ml/min. The measurement results are processed using the STARe service program supplied with the device.
При смешении полимера (ПФТА или ПФОА) и УНМ (ОГ, ОУНТ или МУНТ) с последующим удалением растворителя (ДМФА, ДМСО или N-метил-2-пирролидона) из суспензии формируется термостойкий (термостабильный) электропроводящий наиоматериал УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА.By mixing a polymer (PFTA or PFOA) and CNM (GO, SWCNT or MWCNT) with subsequent removal of the solvent (DMF, DMSO or N-methyl-2-pyrrolidone), a heat-resistant (thermostable) electrically conductive nanomaterial CNM/PFTA or CNM/PFOA is formed from the suspension.
Электропроводность наноматериала УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА выше проводимости нанокомпозита ОУНТ/ПАММФ (по прототипу не превышает 6,2×10-4 См/см-1,8×10-2 См/см) и зависит от количественного содержания УНМ. Электропроводность наноматериала УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА составляет от 5,5×10-1 См/см до 1,7 См/см в зависимости от условий синтеза.The electrical conductivity of the CNM/PFTA or CNM/PFOA nanomaterial is higher than the conductivity of the SWCNT/PAMM nanocomposite (according to the prototype, it does not exceed 6.2×10 -4 S/cm-1.8×10 -2 S/cm) and depends on the quantitative content of CNM. The electrical conductivity of the CNM/PFTA or CNM/PFOA nanomaterial ranges from 5.5×10 -1 S/cm to 1.7 S/cm, depending on the synthesis conditions.
Нанокомпозиты УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА обладают высокой термостабилыюстыо на воздухе и в инертной атмосфере, сравнимой с термостабилыюстыо нанокомпозита ОУНТ/ПАММФ (по прототипу). В УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА в атмосфере аргона при 1000°С остаток составляет 44-64%, а температура начала разложения на воздухе существенно выше и достигает 430-510°С по сравнению с прототипом (не превышает 290-320°С).Nanocomposites CNM/PFTA or CNM/PFOA have high thermal stability in air and inert atmosphere, comparable to thermal stability of nanocomposite SWCNT/PAMMF (according to the prototype). In CNM/PFTA or CNM/PFOA in argon atmosphere at 1000°C the residue is 44-64%, and the temperature of the onset of decomposition in air is significantly higher and reaches 430-510°C compared to the prototype (does not exceed 290-320°C).
Технический результат, который может быть достигнут от предлагаемого изобретения заключается в получении нанокомпозитного материала, обладающего электропроводящими свойствами, в повышении электропроводности до 5,5×10-1 См/см - 1,7 См/см по сравнению с прототипом (не превышает 6,2×10-4 См/см-1,8×10-2 См/см) и термостойкости (термостабилыюсти) (температура начала разложения на воздухе достигает 430-510°С) получаемого материала по сравнению с прототипом (не превышает 290-320°С), при упрощении способа его получения и экологичности.The technical result that can be achieved from the proposed invention consists in obtaining a nanocomposite material with electrically conductive properties, increasing the electrical conductivity to 5.5×10 -1 S/cm - 1.7 S/cm compared to the prototype (does not exceed 6.2×10 -4 S/cm - 1.8×10 -2 S/cm) and heat resistance (thermostability) (the temperature of the onset of decomposition in air reaches 430-510°C) of the obtained material compared to the prototype (does not exceed 290-320°C), while simplifying the method for its production and environmental friendliness.
Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое техническое решение, но никоим образом не ограничивают его.The following examples illustrate the proposed technical solution, but do not limit it in any way.
Пример 1Example 1
Для синтеза нанокомпозита ОУНТ/полифенотиазин согласно предлагаемого способа, берут в качестве полимера - полифенотиазин (ПФТА) структурной формулыTo synthesize the SWCNT/polyphenothiazine nanocomposite according to the proposed method, polyphenothiazine (PPTA) with the structural formula is used as a polymer
В кристаллизационной чашке объемом 50 мл готовят раствор ПФТА (0,1 г) в ДМФА (10 мл), дополнительно содержащем ОУНТ (0,01 г) (10% масс, относительно массы полимера). Используют готовый полимер, полученный по методике, описанной в работе (5). ПФТА получили межфазной окислительной полимеризацией ([ФТА]=0,1 моль/л, [(NH4)2S2O8]=0,125 моль/л).In a 50 ml crystallization dish, a solution of PFTA (0.1 g) is prepared in DMF (10 ml), additionally containing SWCNT (0.01 g) (10% by weight, relative to the polymer weight). The finished polymer obtained by the method described in work (5) is used. PFTA was obtained by interfacial oxidative polymerization ([PTA] = 0.1 mol/l, [(NH 4 ) 2 S 2 O 8 ] = 0.125 mol/l).
Полученную суспензию ОУНТ/ПФТА в ДМФА перемешивают в ультразвуковой ванне при комнатной температуре в течение 0,5 ч. Нанокомпозит ОУНТ/ПФТА получают удалением растворителя (ДМФА) постепенно повышая температуру от 60 до 85°С, чтобы избежать выплескивания густой суспензии.The resulting suspension of SWCNTs/PFTA in DMF is stirred in an ultrasonic bath at room temperature for 0.5 h. The SWCNTs/PFTA nanocomposite is obtained by removing the solvent (DMF) by gradually increasing the temperature from 60 to 85°C to avoid splashing out the thick suspension.
Выход исходного нанокомпозита ОУНТ/ПФТА, полученного предлагаемым способом, составляет 0,103 г (93,64%) при [ОУНТ]=10% масс.The yield of the initial SWCNT/PPTA nanocomposite obtained by the proposed method is 0.103 g (93.64%) at [SWCNT]=10% by weight.
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: the content of SWCNTs, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 2Example 2
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но для синтеза ОУНТ/полифеноксазин согласно предлагаемого способа, берут в качестве полимера - полифеноксазин (ПФОА) структурной формулы The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but for the synthesis of SWCNT/polyphenoxazine according to the proposed method, polyphenoxazine (PFOA) of the structural formula is taken as a polymer
в количестве 0,1 г ПФОА растворяют в ДМФА (10 мл) и добавляют 0,01 г ОУНТ (10% масс, относительно массы полимера). Используют готовый полимер, полученный по методике, описанной в работе (6). ПФОА получили межфазной окислительной полимеризацией ([ФОА]=0,1 моль/л, [(NH4)2S2O8]=0,125 моль/л).0.1 g of PFOA is dissolved in DMF (10 ml) and 0.01 g of SWCNTs (10% by weight, relative to the polymer weight) are added. The finished polymer obtained by the method described in work (6) is used. PFOA was obtained by interfacial oxidative polymerization ([FOA]=0.1 mol/l, [(NH 4 ) 2 S 2 O 8 ]=0.125 mol/l).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: the content of SWCNTs, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 3Example 3
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0,01 г МУНТ (10% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.01 g of MWCNTs are taken (10% by weight, relative to the weight of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание МУНТ, термостойкость (термостабилыюсть) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: MWCNT content, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 4Example 4
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0,003 г ОГ (3% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.003 g of OG is taken (3% by weight, relative to the weight of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОГ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: GO content, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 5Example 5
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0,01 г МУНТ (10% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.01 g of MWCNTs are taken (10% by weight, relative to the mass of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание МУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: MWCNT content, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 6Example 6
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0,01 г ОГ (10% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.01 g of OG is taken (10% by weight, relative to the weight of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОГ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: GO content, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 7Example 7
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0,003 г ОУНТ (3% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.003 g of SWCNTs are taken (3% by weight, relative to the mass of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: the content of SWCNTs, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 8Example 8
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, по берут 0,012 г ОУНТ (1% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.012 g of SWCNTs are taken (1% by weight, relative to the mass of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: the content of SWCNTs, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 9Example 9
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0,003 г МУНТ (3% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.003 g of MWCNTs are taken (3% by weight, relative to the weight of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание МУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: MWCNT content, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 10Example 10
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0,003 г ОУНТ (3% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.003 g of SWCNTs are taken (3% by weight, relative to the mass of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: the content of SWCNTs, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 11Example 11
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0,003 г МУНТ (3% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.003 g of MWCNTs are taken (3% by weight, relative to the mass of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание МУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: MWCNT content, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 12Example 12
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0,008 г МУНТ (8% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.008 g of MWCNTs are taken (8% by weight, relative to the mass of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание МУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: MWCNT content, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 13Example 13
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0,002 г ОГ (2% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.002 g of OG is taken (2% by weight, relative to the weight of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОГ, термостойкость (термостабилыюсть) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: GO content, heat resistance (thermal stability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 14Example 14
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0,001 г ОУНТ (1% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.001 g of SWCNTs are taken (1% by weight, relative to the mass of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: the content of SWCNTs, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 15Example 15
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0,005 г ОГ (5% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.005 g of OG is taken (5% by weight, relative to the weight of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОГ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: GO content, heat resistance (thermostability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Пример 16Example 16
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0,01 г ОГ (10% масс, относительно массы полимера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.01 g of OG is taken (10% by weight, relative to the weight of the polymer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОГ, термостойкость (термостабилыюсть) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the nanocomposite material obtained from the example: GO content, heat resistance (thermal stability) and electrical conductivity are given in Table 1.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет получить термостойкий (термостабильный) электропроводящий наноматериал впервые на основе гетероциклического полиазина с гетероатомом серы - полифенотиазин (ПФТА) и с гетероатомом кислорода - полифеноксазин (ПФОА) и УНМ (ВОГ, ОУНТ или МУНТ) смешением полимера и УНМ с последующим удалением растворителя (ДМФА) из суспензии. Отсутствие дополнительных химических восстановителей, которые могут привести к загрязнению конечного продукта, обеспечивает экологичность заявленного способа. Гетероциклические полиазины - ПФТА или ПФОА хорошо адсорбируются на поверхности УНМ за счет π-укладки (stacking effect) и функциональных групп (гетероатомов N и S(O)). Полимерная матрица препятствует агрегированию УНМ. Способ позволяет получать наноматериал с высокой электропроводностью до 5,5×10-1 См/см - 1,7 См/см. По прототипу проводимость материала не превышает 6,2×10-4 См/см - 1,8×10-2 См/см.Thus, the proposed invention makes it possible to obtain a heat-resistant (thermostable) electrically conductive nanomaterial for the first time based on a heterocyclic polyazine with a sulfur heteroatom - polyphenothiazine (PPTA) and with an oxygen heteroatom - polyphenoxazine (PFOA) and CNM (RGO, SWCNT or MWCNT) by mixing the polymer and CNM with subsequent removal of the solvent (DMF) from the suspension. The absence of additional chemical reducing agents that can lead to contamination of the final product ensures the environmental friendliness of the claimed method. Heterocyclic polyazines - PPTA or PFOA are well adsorbed on the surface of CNM due to the π-stacking effect and functional groups (N and S(O) heteroatoms). The polymer matrix prevents CNM aggregation. The method makes it possible to obtain a nanomaterial with high electrical conductivity of up to 5.5×10 -1 S/cm - 1.7 S/cm. According to the prototype, the conductivity of the material does not exceed 6.2×10 -4 S/cm - 1.8×10 -2 S/cm.
Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:
1. Jiang Y., Ji J., Huang L., He C, Zhang J., Wang X., Yang Y. One-pot mechanochemical exfoliation of graphite and in situ polymerization of aniline for the production of graphene/polyanilinc composites for high-performance supercapacitors. // RSC Adv. 2020. 10. 44688-44698. https://doi.org/10.1039/D0RA08450F1. Jiang Y., Ji J., Huang L., He C, Zhang J., Wang X., Yang Y. One-pot mechanochemical exfoliation of graphite and in situ polymerization of aniline for the production of graphene/polyanilinc composites for high-performance supercapacitors. // RSC Adv. 2020. 10. 44688-44698. https://doi.org/10.1039/D0RA08450F
2. Suckeveriene R.Y., Zelikman E., Mechrez G., Tzur A., Frisman I., Cohen Y., Narkis M. Synthesis of hybrid polyaniline/carbon nanotube nanocomposites by dynamic interfacial inverse emulsion polymerization under sonication. // J. Appl. Polym. Sci. 2011. V. 120. №2. P. 676-682.2. Suckeveriene R.Y., Zelikman E., Mechrez G., Tzur A., Frisman I., Cohen Y., Narkis M. Synthesis of hybrid polyaniline/carbon nanotube nanocomposites by dynamic interfacial inverse emulsion polymerization under sonication. // J. Appl. Polym. Sci. 2011. V. 120. No. 2. P. 676-682.
3. Mudila H., Zaidi M.G.H., Rana S., Joshi Y., Alam S. Enhanced electrocapacitive performance of graphene oxide polypyrrole nanocomposites. // Int. J. Chem. Analyt. Sci. 2013. 4. 139-145. https://doi.Org/10.1016/j.ijcas.2013.09.0013. Mudila H., Zaidi M.G.H., Rana S., Joshi Y., Alam S. Enhanced electrocapacitive performance of graphene oxide polypyrrole nanocomposites. //Int. J. Chem. Analyt. Sci. 2013. 4. 139-145. https://doi.Org/10.1016/j.ijcas.2013.09.001
4. Озкан С.Ж., Карпачева Г.П. Гибридный материал на основе поли-3-амино-7-метиламино-2-метилфеназина и одностенных углеродных наиотрубок и способ его получения. Патент РФ №2635606 С2; опубл. 14.11.2017. БИ №32.4. Ozkan S.Zh., Karpacheva G.P. Hybrid material based on poly-3-amino-7-methylamino-2-methylphenazine and single-walled carbon nanotubes and a method for producing it. Russian Federation Patent No. 2635606 C2; published 11/14/2017. BI No. 32.
5. Озкан С.Ж., Бондаренко Г.Н., Орлов А.В., Карпачева Г.П. Межфазная окислительная полимеризация фенотиазииа. // Высокомолек. соед. Б. 2009. Т.51.№5. С. 855-863.5. Ozkan S.Zh., Bondarenko G.N., Orlov A.V., Karpacheva G.P. Interfacial oxidative polymerization of phenothiazine. // High-molecular Compounds. B. 2009. Vol. 51.№5. P. 855-863.
6. Озкан С.Ж., Карпачева Г.П., Бондаренко Г.Н. Полимеры феноксазина: синтез, структура. // Известия Академии Наук. Серия химическая. 2011. №8. С. 1625-1630.6. Ozkan S.Zh., Karpacheva G.P., Bondarenko G.N. Phenoxazine polymers: synthesis, structure. // Bulletin of the Academy of Sciences. Chemical Series. 2011. No. 8. P. 1625-1630.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2845756C1 true RU2845756C1 (en) | 2025-08-25 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4505844A (en) * | 1982-11-17 | 1985-03-19 | Chevron Research Company | P-Type polyphenoxazine electroactive polymers |
| WO2013132106A1 (en) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | Belenos Clean Power Holding Ag | Polyphenothiazine polymers as conductive, redox-active materials for rechargeable batteries |
| CN103965440A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-06 | 海洋王照明科技股份有限公司 | A kind of organic semiconductor material, preparation method and electroluminescent device |
| RU2635606C2 (en) * | 2016-03-15 | 2017-11-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Hybrid material based on poly-3-amino-7-methylamine-2-methylphenazine and single-walled carbon nanotubes and method of its production |
| RU2665394C1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Polymer and carbon nanotubes based hybrid electric conducting material and its production method |
| RU2739030C1 (en) * | 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) | Method of producing nanocomposite magnetic and electroconductive material |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4505844A (en) * | 1982-11-17 | 1985-03-19 | Chevron Research Company | P-Type polyphenoxazine electroactive polymers |
| WO2013132106A1 (en) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | Belenos Clean Power Holding Ag | Polyphenothiazine polymers as conductive, redox-active materials for rechargeable batteries |
| CN103965440A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-06 | 海洋王照明科技股份有限公司 | A kind of organic semiconductor material, preparation method and electroluminescent device |
| RU2635606C2 (en) * | 2016-03-15 | 2017-11-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Hybrid material based on poly-3-amino-7-methylamine-2-methylphenazine and single-walled carbon nanotubes and method of its production |
| RU2665394C1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Polymer and carbon nanotubes based hybrid electric conducting material and its production method |
| RU2739030C1 (en) * | 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) | Method of producing nanocomposite magnetic and electroconductive material |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Elena Yurievna Pisarevskaya et al. Electrochemical Behavior of Electrode Composite Coatings Based on Polyphenothiazine and Carbon Nanoparticles,06.08.2023. * |
| Sveta Ozkan et al. Formation Features of Polymer-Metal-Carbon Ternary Electromagnetic Nanocomposites Based on Polyphenoxazine, Polymers 2023, 15, 2894. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Doped polyaniline/multi-walled carbon nanotube composites: Preparation, characterization and properties | |
| Mekki et al. | Core/shell, protuberance-free multiwalled carbon nanotube/polyaniline nanocomposites via interfacial chemistry of aryl diazonium salts | |
| Souto et al. | Polyaniline/carbon nanotube hybrids modified with ionic liquids as anticorrosive additive in epoxy coatings | |
| Mitra et al. | Reduced graphene oxide-polyaniline composites—synthesis, characterization and optimization for thermoelectric applications | |
| Almasi et al. | Band gap study of polyaniline and polyaniline/MWNT nanocomposites with in situ polymerization method | |
| Mentus et al. | Conducting carbonized polyaniline nanotubes | |
| Trchová et al. | The conversion of polyaniline nanotubes to nitrogen-containing carbon nanotubes and their comparison with multi-walled carbon nanotubes | |
| King et al. | Carbon nanotube-polyaniline nanohybrids: influence of the carbon nanotube characteristics on the morphological, spectroscopic, electrical and thermoelectric properties | |
| US7192642B2 (en) | Single-wall carbon nanotube film having high modulus and conductivity and process for making the same | |
| Rozlívková et al. | The carbonization of granular polyaniline to produce nitrogen-containing carbon | |
| Ansari et al. | Thermal stability and electrical properties of dodecyl-benzene-sulfonic-acid doped nanocomposites of polyaniline and multi-walled carbon nanotubes | |
| Lafuente et al. | The influence of single-walled carbon nanotube functionalization on the electronic properties of their polyaniline composites | |
| Lin et al. | Synthesis and characterization of externally doped sulfonated polyaniline/multi-walled carbon nanotube composites | |
| Lu et al. | Aniline–pyrrole copolymers formed on single-walled carbon nanotubes with enhanced thermoelectric performance | |
| Ahmad et al. | Exfoliated graphene reinforced polybenzimidazole nanocomposite with improved electrical, mechanical and thermal properties | |
| Zhao et al. | One-pot preparation of graphene-based polyaniline conductive nanocomposites for anticorrosion coatings | |
| Georgakilas et al. | Polypyrrole/MWNT nanocomposites synthesized through interfacial polymerization | |
| US11447392B2 (en) | Carbon nanotubes decorated with carbon nanospheres | |
| Mahalakshmi et al. | Tailoring the synergy between polyaniline and reduced graphene oxide using organic acid dopant, pTSA for enhanced performance as electrode material for supercapacitor applications | |
| Massoumi et al. | In situ chemical oxidative graft polymerization of aniline from phenylamine end-caped poly (ethylene glycol)-functionalized multi-walled carbon nanotubes | |
| Yu et al. | Polyaniline/SWCNT composite films prepared via the solvent-induced strategy for flexible energy harvesting | |
| Jeon et al. | Synthesis and electrical properties of polyaniline/polyaniline grafted multiwalled carbon nanotube mixture via in situ static interfacial polymerization | |
| RU2845756C1 (en) | Method of producing nanocomposite electrically conducting material based on heterocyclic polyazine | |
| Suneetha et al. | Synthesis, characterisation and electrochemical application of hybrid nanocomposites of polyaniline with novel clay mineral | |
| Kim et al. | Graphene nanoribbon hydrogel scaffold for highly conductive and robust polyimide nanocomposite |