RU2845758C1 - 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
- RU2845758C1 RU2845758C1 RU2024117010A RU2024117010A RU2845758C1 RU 2845758 C1 RU2845758 C1 RU 2845758C1 RU 2024117010 A RU2024117010 A RU 2024117010A RU 2024117010 A RU2024117010 A RU 2024117010A RU 2845758 C1 RU2845758 C1 RU 2845758C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- monomer
- nanocomposite
- cnm
- taken
- 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-диметиламино-2-метилфеназин гидрохлорида (нейтрального красного) (АДМФГ) в водном растворе ацетонитрила под действием персульфата аммония в присутствии исходных ОУНТ (d=1.4-1.6 нм, 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 is 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-dimethylamino-2-methylphenazine 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 nm, 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 на основе гетероциклического полиазина с высокими термостойкостью (термостабильностью) и электропроводностью материала, а также в разработке эффективного способа его получения.The objective of the proposed invention is to create a nanocomposite electrically conductive material based on a heterocyclic polyazine with high thermal stability (thermostability) and electrical conductivity of the material, as well as to develop an effective method for its production.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ получения нанокомпозитного электропроводящего материала на основе полисопряженного полимера и углеродного наноматериала (УНМ), включающий получение полисопряженного полимера, содержащего УНМ, в котором в качестве полисопряженного полимера используют гетероциклический полиазин, полученный путем межфазной окислительной полимеризации мономера общей структурной формулыThe stated problem is solved by the fact that a method is proposed for obtaining a nanocomposite conductive material based on a polyconjugated polymer and a carbon nanomaterial (CNM), including obtaining a polyconjugated polymer containing CNM, in which a heterocyclic polyazine obtained by interfacial oxidative polymerization of a monomer of the general structural formula is used as a polyconjugated polymer
где Y в полиазине и в мономере - гетероатом серы или кислорода,where Y in polyazine and in the monomer is a sulfur or oxygen heteroatom,
причем сначала проводят смешение мономера в растворе смеси толуола и изопропилового спирта, при объемном соотношении 1,5: 1,0 совместно с углеродным наноматериалом (УНМ), взятым в количестве 1-10% масс, относительно массы мономера с получением органической фазы,wherein first the monomer is mixed in a solution of a mixture of toluene and isopropyl alcohol, at a volume ratio of 1.5: 1.0, together with a carbon nanomaterial (CNM), taken in an amount of 1-10% by weight, relative to the mass of the monomer, to obtain an organic phase,
смешение осуществляют в ультразвуковой ванне при комнатной температуре до образования гомогенной суспензии органической фазы,mixing is carried out in an ultrasonic bath at room temperature until a homogeneous suspension of the organic phase is formed,
затем в полученную суспензию добавляют водный раствор персульфата аммония - водная фаза, взятый при соотношении объемов водной и органической фаз 1:2,then an aqueous solution of ammonium persulfate is added to the resulting suspension - the aqueous phase, taken at a ratio of the volumes of the aqueous and organic phases of 1:2,
и проводят межфазную окислительную полимеризацию in situ при температуре 15°С не менее трех часов,and carry out interphase oxidative polymerization in situ at a temperature of 15°C for at least three hours,
реакционную смесь осаждают дважды: сначала в 5-кратный избыток смеси метанола и дистиллированной воды, взятых в объемном соотношении 1,5:1,0, а затем в двукратный избыток изопропилового спирта;the reaction mixture is precipitated twice: first in a 5-fold excess of a mixture of methanol and distilled water, taken in a volume ratio of 1.5:1.0, and then in a two-fold excess of isopropyl alcohol;
далее полученный продукт отфильтровывают, промывают дистиллированной водой до бесцветного фильтрата и сушат в эксикаторе с КОН под вакуумом до постоянной массы с получением нанокомпозитного электропроводящего материала на основе полисопряженного полимера (ПФТА или ПФОА), содержащего УНМ (ВОГ, ОУНТ или МУНТ).The resulting product is then filtered, washed with distilled water until the filtrate is colorless, and dried in a desiccator with KOH under vacuum until constant weight is reached, yielding a nanocomposite conductive material based on a polyconjugated polymer (PFTA or PFOA) containing CNM (RGO, SWCNT or MWCNT).
Получаемый согласно изобретению нанокомпозитный электропроводящий материал содержит электропроводящий УНМ, выбранный из ряда: восстановленный оксид графена (ВОГ), одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ), многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ).The nanocomposite electrically conductive material obtained according to the invention 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 нанокомпозитный электропроводящий материал представляет собой черный порошок, нерастворимый в органических растворителях.The resulting nanocomposite conductive material is a black powder, insoluble in organic solvents.
Синтезированные гетероциклические полиазины хорошо адсорбируются на поверхности УНМ за счет л-укладки (stacking effect) и функциональных групп (гетероатомов N и S(O)). Полимерная матрица препятствует агрегированию УНМ.The synthesized heterocyclic polyazines are well adsorbed on the CNM surface due to the stacking effect and functional groups (heteroatoms N and S(O)). The polymer matrix prevents the aggregation of CNM.
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) в межфазном процессе.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) in an interphase process.
2. Использование разработанного авторами метода межфазной окислительной полимеризации для формирования УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА позволяет получать нанокомпозитный материал с высоким количеством получаемого продукта за счет увеличения растворимости мономера варьированием органических растворителей до концентрации 0,1-0,2 моль/л по сравнению с прототипом (не превышает 0,01-0,05 моль/л).2. The use of the method of interfacial oxidative polymerization developed by the authors for the formation of CNM/PFTA or CNM/PFOA makes it possible to obtain a nanocomposite material with a high amount of the resulting product due to an increase in the solubility of the monomer by varying the organic solvents to a concentration of 0.1-0.2 mol/l compared to the prototype (does not exceed 0.01-0.05 mol/l).
3. Впервые синтезированные авторами гетероциклические полиазины - ПФТА или ПФОА хорошо адсорбируются на поверхности УНМ за счет п-укладки (stacking effect) и функциональных групп (гетероатомов N и S(O)). Полимерная матрица препятствует агрегированию УНМ.3. The heterocyclic polyazines synthesized by the authors for the first time - PFTA or PFOA - are well adsorbed on the surface of CNM due to the stacking effect and functional groups (heteroatoms N and S(O)). The polymer matrix prevents the aggregation of CNM.
4. Способ позволяет получать наноматериал с высокой электропроводностью до 5,1 × 10-2 См/см - 9,2 × 10-2 См/см. По прототипу проводимость материала не превышает 6,2 × 10-4 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.4. The method allows to obtain a nanomaterial with high electrical conductivity up to 5.1 × 10 -2 S/cm - 9.2 × 10 -2 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. 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.
5. Полученный нанокомпозитный материал характеризуется высокой термостабильностью. Температура начала разложения получаемого материала на воздухе достигает 410-550°С по сравнению с прототипом (не превышает 290-320°С). В атмосфере аргона при 1000°С остаток составляет 44-60%. Высокая термостабильность 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.5. The obtained nanocomposite material is characterized by high thermal stability. The temperature of the onset of decomposition of the obtained material in air reaches 410-550°C compared to the prototype (does not exceed 290-320°C). In an argon atmosphere at 1000°C, the residue is 44-60%. 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, 1/1° - соотношение интенсивностей падающего и прошедшего излучения, v - 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, 1/1° is the ratio of the intensities of the incident and transmitted radiation, and v is the radiation frequency.
На фиг.1 представлены ИК-спектры (ATR) ПФТА (1) и нанокомпозитов ВОГ/ПФТА (2), ОУНТ/ПФТА (3) и МУНТ/ПФТА (4), полученных окислительной полимеризацией при [УНТ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 1 shows the IR spectra (ATR) of PFTA (1) and nanocomposites of RGO/PFTA (2), SWCNT/PFTA (3) and MWCNT/PFTA (4), obtained by oxidative polymerization at [CNT] = 10% by weight, relative to the monomer weight.
На фиг.2 представлены ИК-спектры (ATR) ПФОА (1) и нанокомпозитов ВОГ/ПФОА (2), ОУНТ/ПФОА (3) и МУНТ/ПФОА (4), полученных окислительной полимеризацией при [УНТ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 2 shows the IR spectra (ATR) of PFOA (1) and nanocomposites of RGO/PFOA (2), SWCNT/PFOA (3) and MWCNT/PFOA (4), obtained by oxidative polymerization at [CNT] = 10% by weight, relative to the monomer weight.
На фиг.3 представлены дифрактограммы ПФТА (1) и нанокомпозитов ОУНТ/ПФТА (2) и МУНТ/ПФТА (3), полученных окислительной полимеризацией при [УНТ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 3 shows the diffraction patterns of PFTA (1) and nanocomposites of SWCNT/PFTA (2) and MWCNT/PFTA (3), obtained by oxidative polymerization at [CNT] = 10% by weight, relative to the mass of the monomer.
На фиг.4 представлены дифрактограммы ПФОА (1) и нанокомпозитов ОУНТ/ПФОА (2) и МУНТ/ПФОА (3), полученных окислительной полимеризацией при [УНТ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 4 shows the diffraction patterns of PFOA (1) and nanocomposites of SWCNT/PFOA (2) and MWCNT/PFOA (3), obtained by oxidative polymerization at [CNT] = 10% by weight, relative to the mass of the monomer.
На фиг.5 представлены дифрактограммы ОГ (1), ВОГ/ПФТА (2) и ВОГ/ПФОА (3), полученные окислительной полимеризацией при [ОГ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 5 shows the diffraction patterns of GO (1), RGO/PFTA (2) and RGO/PFOA (3), obtained by oxidative polymerization at [GO] = 10% by weight, relative to the monomer 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 окислительной полимеризацией при [ОГ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 8 shows the SEM image of the RGO/PFTA nanocomposite obtained by oxidative polymerization at [GO] = 10% by weight, relative to the monomer weight.
На фиг.9 представлено СЭМ изображение нанокомпозита ОУНТ/ПФТА, полученного окислительной полимеризацией при [ОУНТ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 9 shows the SEM image of the SWNT/PPTA nanocomposite obtained by oxidative polymerization at [WNT] = 10% by weight, relative to the monomer weight.
На фиг.10 представлено СЭМ изображение нанокомпозита МУНТ/ПФТА, полученного окислительной полимеризацией при [МУНТ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 10 shows the SEM image of the MWCNT/PPTA nanocomposite obtained by oxidative polymerization at [MWCNT] = 10% by weight, relative to the monomer weight.
На фиг.11 представлено СЭМ изображение нанокомпозита ВОГ/ПФОА, полученного окислительной полимеризацией при [ОГ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 11 shows the SEM image of the RGO/PFOA nanocomposite obtained by oxidative polymerization at [GO] = 10% by weight, relative to the monomer weight.
На фиг.12 представлено СЭМ изображение нанокомпозита ОУНТ/ПФОА, полученного окислительной полимеризацией при [ОУНТ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 12 shows the SEM image of the SWNT/PFOA nanocomposite obtained by oxidative polymerization at [WNT] = 10% by weight, relative to the monomer weight.
На фиг.13 представлено СЭМ изображение нанокомпозита МУНТ/ПФОА, полученного окислительной полимеризацией при [МУНТ] = 10% масс, относительно массы мономера.Figure 13 shows the SEM image of the MWCNT/PFOA nanocomposite obtained by oxidative polymerization at [MWCNT] = 10% by weight, relative to the monomer 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 882 и 817 см-1 обусловлены неплоскими деформационными колебаниями связей vC-Н 1,2,4-замещенного бензольного кольца (фиг.1). Полосы поглощения при 1304 и 1230 см-1 связаны с валентными колебаниями связей vC-N. Интенсивные полосы при 1581 и 1461 см-1 относятся к валентным колебаниям связей cC-C 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 882 and 817 cm -1 are due to out-of-plane deformation vibrations of the v 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 v CN bonds. The intense bands at 1581 and 1461 cm -1 are due to the stretching vibrations of the c CC 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 VN-H в феноксазиновых структурах. Полоса около 3055 см-1 в полимере относится к валентным колебаниям связей VC-H бензольного кольца. Полосы при 1587 и 1482 см-1 соответствуют валентным колебаниям связей vC-C в ароматических кольцах. Полоса поглощения при 1321 см-1 связана с валентными колебаниями связей VC-N. Полосы в области 873 и 808 см-1 обусловлены неплоскими деформационными колебаниями связей δС-Н 1,2,4-замещенного бензольного кольца. Полоса 737 см-1 относится к неплоским деформационным колебаниям связей δC-H 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 V NH bonds in the phenoxazine structures. The band near 3055 cm -1 in the polymer is due to the stretching vibrations of the V CH bonds of the benzene ring. The bands at 1587 and 1482 cm -1 correspond to the stretching vibrations of the v CC bonds in the aromatic rings. The absorption band at 1321 cm -1 is due to the stretching vibrations of the V CN bonds. The bands in the region of 873 and 808 cm -1 are due to the 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 due to the out-of-plane deformation vibrations of the δ CH bonds of the 1,2-substituted benzene ring of the end groups (Fig. 2). In the IR spectra of CNM/PFOA, all the main bands characterizing the chemical structure of PFOA are preserved.
Регистрацию РЖ-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).Registration of RJ spectra in the surface reflection mode (ATR) is performed on 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 РФА 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 XRD data confirm the formation of nanocomposites based on PFTA or PFOA with CNM (Figs. 3-5). The wide halo registered 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 = (10-2 - 10-1) 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 = (10 -2 - 10 -1 ) 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 2θ = 17,08°, характеризующий ОГ. В ходе синтеза нанокомпозитов происходит восстановление ОГ с образованием ВОГ, о чем также свидетельствуют значения электропроводности (Табл. 1).The diffraction patterns of the RGO/PFTA and RGO/PFOA nanocomposites (Fig. 5) do not show a sharp peak at 2θ = 17.08°, which characterizes GO. During the synthesis of the nanocomposites, GO is reduced to form RGO, which is also evidenced by the electrical conductivity values (Table 1).
По данным РФА установлено, что в ходе окислительной полимеризации ФТА или ФОА в присутствии ОГ происходит его восстановление с образованием ВОГ (фиг.5). Появляется пик при 2θ = 38,92°, характеризующий ВОГ. Вероятно, в ходе синтеза нанокомпозитов, ОГ выступает окислителем, при этом сам восстанавливается. Электропроводность нанокомпозитов ВОГ/ПФТА и ВОГ/ПФОА достигает σ = 10-2 См/см, что соизмеримо с электропроводностью УНТ/ПФТА и УНТ/ПФОА, тогда как у исходных полимеров ПФТА и ПФОА σ = 10-10 См/см.According to XRD data, it was found that during the oxidative polymerization of FTA or FOA in the presence of GO, it is reduced to form RGO (Fig. 5). A peak appears at 2θ = 38.92°, characterizing RGO. Probably, during the synthesis of nanocomposites, GO acts as an oxidizer, while being reduced itself. The electrical conductivity of RGO/PFTA and RGO/PFOA nanocomposites reaches σ = 10 -2 S/cm, which is comparable with the electrical conductivity of CNT/PFTA and CNT/PFOA, whereas for the original polymers PFTA and PFOA σ = 10 -10 S/cm.
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 рентгеноспектральной 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 presented 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 an amorphous polymer matrix. Electron microscopic studies are 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 is 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), ОУНТ/ПФТА (3, 4) и МУНТ/ПФТА (5, 6), полученные при [УНТ] = 3% масс, относительно массы мономера (3-6), при нагревании до 1000°С со скоростью 10°С/мин на воздухе (1, 3, 5) и в токе аргона (2, 4, 6).Figure 14 shows the TGA thermograms of PFTA (1, 2), SWCNT/PFTA (3, 4) and MWCNT/PFTA (5, 6), obtained at [CNT] = 3% by weight, relative to the monomer weight (3-6), upon heating to 1000°C at a rate of 10°C/min in air (1, 3, 5) and in an argon flow (2, 4, 6).
На фиг.15 показаны ТГА-термограммы ПФОА (1,2), ОУНТ/ПФОА (3, 4) и МУНТ/ПФОА (5, 6), полученные при [УНТ] = 3% масс, относительно массы мономера (3-6), при нагревании до 1000°С со скоростью 10°С/мин на воздухе (1, 3, 5) и в токе аргона (2, 4, 6).Figure 15 shows TGA thermograms of PFOA (1, 2), SWCNT/PFOA (3, 4) and MWCNT/PFOA (5, 6), obtained at [CNT] = 3% by weight, relative to the monomer weight (3-6), upon heating to 1000°C at a rate of 10°C/min in air (1, 3, 5) and in an argon flow (2, 4, 6).
По данным ДСК, потеря массы при низких температурах связана с удалением влаги. В инертной среде выше 480°С потеря массы УНТ/ПФТА происходит постепенно. В ОУНТ/ПФТА, полученном при [ОУНТ]=3% масс, при 1000°С остаток составляет 53%. МУНТ/ПФТА теряет половину первоначальной массы в инертной атмосфере при 904°С.Процессы термоокислительной деструкции начинаются в УНТ/ПФТА при 410-530°С, а в ОУНТ/ПАММФ (по прототипу) - при 290°С.На воздухе 50%-ная потеря массы УНТ/ПФТА наблюдается при 582°С, а для ПФТА и ОУНТ/ПАММФ (по прототипу) - при 541 и 520°С, соответственно.According to DSC data, the mass loss at low temperatures is associated with moisture removal. In an inert environment above 480°C, the mass loss of CNTs/PFTA occurs gradually. In SWCNTs/PFTA obtained at [SWCNTs]=3% by weight, the residue is 53% at 1000°C. MWCNTs/PFTA loses half of the initial mass in an inert atmosphere at 904°C. The processes of thermal-oxidative destruction begin in CNTs/PFTA at 410-530°C, and in SWCNTs/PAMMF (according to the prototype) - at 290°C. In air, 50% mass loss of CNTs/PFTA is observed at 582°C, and for PFTA and SWCNTs/PAMMF (according to the prototype) - at 541 and 520°C, respectively.
В инертной среде в ОУНТ/ПФОА и МУНТ/ПФОА выше 590°С и 560°С, соответственно, происходит постепенная потеря массы. В ОУНТ/ПФОА, полученном при [ОУНТ] - 3% масс, при 1000°С остаток составляет 49%, а в МУНТ/ПФОА - 53%. ОУНТ/ПФОА теряет половину первоначальной массы в инертной атмосфере при 969°С. Процессы термоокислительной деструкции в УНТ/ПФОА начинаются при 460°С, а в ОУНТ/ПАММФ (по прототипу) - при 290°С. На воздухе 50%-ная потеря массы ОУНТ/ПФОА и МУНТ/ПФОА наблюдается при 576 и 584°С, соответственно, а для ПФОА и ОУНТ/ПАММФ (по прототипу) - при 578 и 520°С.In an inert environment, a gradual mass loss occurs in SWCNT/PFOA and MWCNT/PFOA above 590°C and 560°C, respectively. In SWCNT/PFOA obtained at [SWCNT] - 3% by weight, the residue is 49% at 1000°C, and in MWCNT/PFOA - 53%. SWCNT/PFOA loses half of its initial mass in an inert atmosphere at 969°C. The processes of thermo-oxidative destruction in CNT/PFOA begin at 460°C, and in SWCNT/PAMMF (according to the prototype) - at 290°C. In air, a 50% loss of mass of SWCNT/PFOA and MWCNT/PFOA is observed at 576 and 584°C, respectively, and for PFOA and SWCNT/PAMMF (according to the prototype) - at 578 and 520°C.
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 Al2O3. 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.Thermal analysis is carried out on a TGA/DSC1 device by Mettler Toledo in 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 samples are analyzed in an Al 2 O 3 crucible. DSC analysis is carried out on a DSC823 e calorimeter by Mettler Toledo. The samples are heated at a rate of 10°C/min, in a nitrogen atmosphere with a nitrogen supply of 70 ml/min. The measurement results are processed using the STARe service program supplied with the device.
В условиях межфазной окислительной полимеризации мономера (ФТА или ФОА) в присутствии УНМ (ОГ, ОУНТ или МУНТ) формируется термостойкий (термостабильный) электропроводящий наноматериал УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА.Under conditions of interfacial oxidative polymerization of the monomer (PTA or FOA) in the presence of CNM (GO, SWCNT or MWCNT), a heat-resistant (thermostable) electrically conductive nanomaterial CNM/PFTA or CNM/PFOA is formed.
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 5,1 × 10-2 См/см до 9,2 × 10-2 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/PAMMF 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 5.1 × 10 -2 S/cm to 9.2 × 10 -2 S/cm, depending on the synthesis conditions.
Нанокомпозиты УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА обладают высокой термостабильностью на воздухе и в инертной атмосфере, сравнимой с термостабильностью нанокомпозита ОУНТ/ПАММФ (по прототипу). В УНМ/ПФТА или УНМ/ПФОА в атмосфере аргона при 1000°С остаток составляет 44-60%, а температура начала разложения на воздухе существенно выше и достигает 410-550°С по сравнению с прототипом (не превышает 290-320°С).Nanocomposites CNM/PFTA or CNM/PFOA have high thermal stability in air and in an inert atmosphere, comparable to the thermal stability of the nanocomposite SWCNT/PAMMF (according to the prototype). In CNM/PFTA or CNM/PFOA in an argon atmosphere at 1000°C, the residue is 44-60%, and the temperature of the onset of decomposition in air is significantly higher and reaches 410-550°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 5,1 × 10-2 См/см - 9,2 × 10-2 См/см по сравнению с прототипом (не превышает 6,2 × 10-4 См/см - 1,8 × 10-2 См/см) и термостойкости (термостабильности) (температура начала разложения на воздухе достигает 410-550°С) получаемого материала по сравнению с прототипом (не превышает 290-320°С), при упрощении способа его получения за счет увеличения растворимости мономера до концентрации 0,1-0,2 моль/л по сравнению с прототипом (не превышает 0,01-0,05 моль/л).The technical result that can be achieved from the proposed invention consists in obtaining a nanocomposite material with electrically conductive properties, in increasing the electrical conductivity to 5.1 × 10 -2 S/cm - 9.2 × 10 -2 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 410-550 °C) of the obtained material compared to the prototype (does not exceed 290-320 °C), while simplifying the method for obtaining it due to increasing the solubility of the monomer to a concentration of 0.1-0.2 mol/l compared to the prototype (does not exceed 0.01-0.05 mol/l).
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 мономера - фенотиазин (ФТА) структурной формулыTo synthesize the SWCNT/polyphenothiazine nanocomposite according to the proposed method, phenothiazine (PTA) with the structural formula is taken as a monomer
в количестве 0,1 моль/л (1,2 г) ФТА растворяют в смеси толуола (24 мл) и изопропилового спирта (16 мл).in the amount of 0.1 mol/l (1.2 g) FTA is dissolved in a mixture of toluene (24 ml) and isopropyl alcohol (16 ml).
Затем к полученному раствору ФТА добавляют 10% масс. ОУНТ относительно массы мономера (0,12 г).Then, 10% by weight of SWCNT relative to the weight of the monomer (0.12 g) is added to the resulting FTA solution.
Полученную суспензию ОУНТ/ФТА перемешивают в ультразвуковой ванне при комнатной температуре в течение 0,5 ч.The resulting SWCNT/PTA suspension is stirred in an ultrasonic bath at room temperature for 0.5 h.
Затем для проведения in situ межфазной окислительной полимеризации ФТА в присутствии ОУНТ, в предварительно термостатированную при 15°С суспензию ОУНТ/ФТА в смеси толуола (24 мл) и изопропилового спирта (16 мл), образующую органическую фазу, сразу без постепенного дозирования реагентов добавляют водный раствор (20 мл) персульфата аммония (0,125 моль/л, 1,71 г) с образованием водной фазы. Соотношение объемов органической и водной фаз составляет 2: 1 (Vобщ. = 60 мл). Синтез проводят в течение 3 ч при интенсивном перемешивании при 15°С.По окончании синтеза реакционную смесь осаждают сначала в 5-кратный избыток смеси метилового спирта и дистиллированной воды в объемном отношении 1,5: 1,0, затем в изопропиловый спирт (400 мл);Then, to carry out in situ interfacial oxidative polymerization of PTA in the presence of SWCNTs, an aqueous solution (20 ml) of ammonium persulfate (0.125 mol/l, 1.71 g) is immediately added to the SWCNT/PTA suspension in a mixture of toluene (24 ml) and isopropyl alcohol (16 ml), which forms the organic phase, without gradual dosing of reagents, to form an aqueous phase. The ratio of the volumes of the organic and aqueous phases is 2: 1 ( Vtotal = 60 ml). The synthesis is carried out for 3 h with vigorous stirring at 15°C. Upon completion of the synthesis, the reaction mixture is precipitated first in a 5-fold excess of a mixture of methyl alcohol and distilled water in a volume ratio of 1.5: 1.0, then in isopropyl alcohol (400 ml);
Полученный продукт отфильтровывают, многократно промывают дистиллированной водой для удаления остатков реагентов и сушат под вакуумом над КОП до постоянной массы.The resulting product is filtered, washed repeatedly with distilled water to remove residual reagents and dried under vacuum over a COC to constant weight.
Выход исходного нанокомпозита ОУНТ/ПФТА, полученного предлагаемым способом, составляет 1,072 г (89,33%) при [ОУНТ] = 10% масс.The yield of the initial SWCNT/PPTA nanocomposite obtained by the proposed method is 1.072 g (89.33%) at [SWCNT] = 10% by weight.
Характеристики и свойства полученного но примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the obtained nanocomposite material: 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/полифеиоксазин согласно предлагаемого способа, берут в качестве мономера - феноксазин (ФОА) структурной формулыThe method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but for the synthesis of SWCNT/polypheioxazine according to the proposed method, phenoxazine (FOA) of the structural formula is taken as a monomer
в количестве 0,1 моль/л (1,2 г) ФОА растворяют в смеси толуола (24 мл) и изопропилового спирта (16 мл) и добавляют 0,12 г ОУНТ (10% масс, относительно массы мономера).in the amount of 0.1 mol/l (1.2 g) of FAO is dissolved in a mixture of toluene (24 ml) and isopropyl alcohol (16 ml) and 0.12 g of SWCNTs (10% by weight, relative to the mass of the monomer) are added.
Характеристики и свойства полученного но примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the obtained nanocomposite material: 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 0,12 г МУНТ (10% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.12 g of MWCNTs are taken (10% by weight, relative to the mass of the monomer).
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 4Example 4
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0,12 г ОГ (10% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.12 g of OG is taken (10% by weight, relative to the mass of the monomer).
Характеристики и свойства полученного но примеру нанокомпозитного материала: содержание ОГ, термостойкость (термостабильность) и электропроводность приведены в таблице 1.The characteristics and properties of the obtained nanocomposite material: 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 0,12 г МУНТ (10% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.12 g of MWCNTs are taken (10% by weight, relative to the mass of the monomer).
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 6Example 6
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0,12 г ОГ (10% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.12 g of OG is taken (10% by weight, relative to the mass of the monomer).
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 0,036 г ОУНТ (3% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.036 g of SWCNTs are taken (3% by weight, relative to the mass of the monomer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабилыюсть) 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, но берут 0,012 г ОУНТ (1% масс, относительно массы мономера).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 monomer).
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 0,036 г МУНТ (3% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.036 g of MWCNTs are taken (3% by weight, relative to the mass of the monomer).
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 10Example 10
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0,036 г ОУНТ (3% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.036 g of SWCNTs are taken (3% by weight, relative to the mass of the monomer).
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 0,036 г МУНТ (3% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.036 g of MWCNTs are taken (3% by weight, relative to the mass of the monomer).
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 0,096 г МУНТ (8% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.096 g of MWCNTs are taken (8% by weight, relative to the mass of the monomer).
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 13Example 13
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 1, но берут 0,024 г ОГ (2% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.024 g of OG is taken (2% by weight, relative to the mass of the monomer).
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 14Example 14
Способ получения нанокомпозита проводят аналогично примеру 2, но берут 0,012 г ОУНТ (1% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 2, but 0.012 g of SWCNTs are taken (1% by weight, relative to the mass of the monomer).
Характеристики и свойства полученного по примеру нанокомпозитного материала: содержание ОУНТ, термостойкость (термостабилыюсть) 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 0,06 г ОГ (5% масс, относительно массы мономера).The method for obtaining a nanocomposite is carried out similarly to example 1, but 0.06 g of OG is taken (5% by weight, relative to the mass of the monomer).
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, получен термостойкий (термостабильный) электропроводящий наноматериал на основе полисопряженного полимера (ПФТА или ПФОА) и УНМ (ВОГ, ОУНТ или МУНТ) в межфазном процессе. Синтезированные гетероциклические полиазины - ПФТА или ПФОА хорошо адсорбируются на поверхности УНМ за счет ти-укладки (stacking effect) и функциональных групп (гетероатомов N и S(O)). Полимерная матрица препятствует агрегированию УНМ. Способ позволяет получать наноматериал с высокой электропроводностью до 5,1 × 10 См/см - 9,2 × 10 См/см. По прототипу проводимость материала не превышает 6,2 × 10 См/см - 1,8 × 10 2 См/см.Thus, a heat-resistant (thermostable) electrically conductive nanomaterial based on a polyconjugated polymer (PFTA or PFOA) and CNM (RGO, SWCNT or MWCNT) was obtained in an interphase process. The synthesized heterocyclic polyazines - PFTA or PFOA are well adsorbed on the CNM surface due to the stacking effect and functional groups (heteroatoms N and S(O)). The polymer matrix prevents CNM aggregation. The method allows obtaining a nanomaterial with high electrical conductivity up to 5.1 × 10 S/cm - 9.2 × 10 S/cm. According to the prototype, the conductivity of the material does not exceed 6.2 × 10 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/polyaniline 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/polyaniline 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 одгюстенных углеродных нанотрубок 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 its production. 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 фенотиазина. // 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. Pp. 855-863.
6. Озкан С.Ж., Карпачева Г.П., Бондаренко Г.Ы. Полимеры феноксазина: синтез, структура. // Известия Академии Наук. Серия химическая. 2011. №8. С.1625-1630.6. Ozkan S.Zh., Karpacheva G.P., Bondarenko G.Y. Phenoxazine polymers: synthesis, structure. // Bulletin of the Academy of Sciences. Chemical Series. 2011. No. 8. P. 1625-1630.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2845758C1 true RU2845758C1 (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 | |
| Wu et al. | Preparation and characterization of polyaniline/multi-walled carbon nanotube composites | |
| Wang et al. | Graphene/oligoaniline based supercapacitors: towards conducting polymer materials with high rate charge storage | |
| Mentus et al. | Conducting carbonized polyaniline nanotubes | |
| Rettenbacher et al. | Preparation and functionalization of multilayer fullerenes (carbon nano‐onions) | |
| Mekki et al. | Core/shell, protuberance-free multiwalled carbon nanotube/polyaniline nanocomposites via interfacial chemistry of aryl diazonium salts | |
| Pan et al. | Growth of multi-amine terminated poly (amidoamine) dendrimers on the surface of carbonnanotubes | |
| Melucci et al. | Facile covalent functionalization of graphene oxide using microwaves: bottom-up development of functional graphitic materials | |
| CN111517303A (en) | Pure color fluorescent carbon dot, preparation method and application thereof | |
| Rajaboopathi et al. | Heterostructure of CdO-ZnO nanoparticles intercalated on PANI matrix for better thermal and electrochemical performance | |
| Vieira et al. | Synthesis of multicolor photoluminescent carbon quantum dots functionalized with hydrocarbons of different chain lengths | |
| Lin et al. | Synthesis and characterization of externally doped sulfonated polyaniline/multi-walled carbon nanotube composites | |
| Meng et al. | Grafting P3HT brushes on GO sheets: distinctive properties of the GO/P3HT composites due to different grafting approaches | |
| 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 | |
| Butnaru et al. | Insights into MWCNTs/polyimide nanocomposites: From synthesis to application as free-standing flexible electrodes in low-cost micro-supercapacitors | |
| Shekh et al. | Facile microwave-assisted synthesis of Pt single atom anchored on poly (ionic liquids) functionalized reduced graphene oxide for ultrasensitive detection of H2O2 | |
| Mazumdar et al. | Polymer nanocomposites using click chemistry: novel materials for hydrogen peroxide vapor sensors | |
| Fahsi et al. | Azole-functionalized diacetylenes as precursors for nitrogen-doped graphitic carbon materials | |
| RU2845758C1 (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 | |
| RU2845756C1 (en) | Method of producing nanocomposite electrically conducting material based on heterocyclic polyazine | |
| Wu et al. | The synthesis and fluorescence quenching properties of well soluble hybrid graphenematerial covalently functionalized with indolizine | |
| Ramasamy et al. | Synthesis and electrochemical properties of conducting polyaniline/graphene hybrids by click chemistry | |
| Namitha et al. | Solvothermal/hydrothermal manufacturing of carbon nanotubes for hydrogen storage: a comparative study |