Одностенные углеродные нанотрубки, оксид графена и их производные: получение, строение, свойства и применение в композитных материалах

Цель работы заключалась в разработке способов получения и модификации одномерных и двумерных углеродных наноматериалов, оценке их функциональных свойств и изготовлении на их основе полимерных композитных материалов. Был разработан эффективный высокопроизводительный метод разделения углеродных нанотрубок, основанный на селективной адсорбции связанных с молекулами ПАВ нанотрубок к химически модифицированному хлопку. Разделенные фракции нанотрубок были охарактеризованы при помощи УФ-видимой спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света, фотолюминесценции и электронной микроскопии. Был описан хиральный состав разделенных фракций. Разработанный метод разделения углеродных нанотрубок отличается повышенной эффективностью относительно методов, описанных в литературе. На разработанный метод разделения был оформлен патент. Был разработан способ окислительной модификации углеродных нанотрубок, позволяющий изготавливать композитные материалы на основе эпоксидной смолы с углеродными нанотрубками с контролируемой степенью агрегации наполнителя в матрице. Было исследовано влияние степени агрегации углеродных нанотрубок на проводящие свойства композитов. Были изготовлены композиты на основе силиконового эластомера и углеродных нанотрубок, обогащенных фракцией с металлическим типом проводимости. Проводящие свойства полученных композитов превосходят описанные в литературе аналоги. Впервые были изготовлены композиты на основе восстановленного оксида графена и эпоксидной смолы, в которых восстановление оксида графена происходило непосредственно в жидкой смоле. Данный метод изготовления композита позволяет достигнуть высокой степени эксфолиации наполнителя, что обеспечивает повышенные свойства композита. В данной работе был исследован процесс химического восстановления оксида графена в эпоксидной смоле и определена оптимальная температура восстановления. Были исследованы реологические характеристики жидких составов и проводящие свойства твердых композитов. Степень восстановления оксида графена была определена с помощью ИК-спектроскопии и термогравиметрии. Были изготовлены нанокомпозиты в виде листов оксида графена с ковалентно связанными наночастицами магнетита. Данный двумерный нанокомпозит был способен менять свою ориентацию под действием внешнего магнитного поля. В работе был изготовлен композит на основе эпоксидной смолы с нанокомпозитом «оксид графена/наночастицы магнетита». Благодаря отверждению смеси в присутствии внешнего магнитного поля отвержденный композит обладал анизотропией проводящих свойств.