Разработка и исследование перспективных электропроводящих конструкционных материалов, допированных углеродными наноструктурами, для нужд общего и специального машиностроения

Данная работа посвящена фундаментальным проблемам, связанным с исследованиями и разработкой физико-химических методов получения электропроводящих композиционных материалов на основе полимерных сред, допированных модифицированными углеродными нанотрубками (УНТ). В рамках реализации проекта были синтезированы образцы конических углеродных нанотрубок. В соответствии с разработанной методикой были получены образцы функционализированных углеродных нанотрубок путем их термохимической и ультразвуковой обработки в растворах и смесях кислот (в различных соотношениях) и органических растворителей. С использованием комплексного подхода, основанного на применении методов электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света, ИК-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа получены данные о морфологических и структурных изменениях, происходящих в УНТ в результате функционализации, а также установлен состав функциональных групп на поверхности УНТ, необходимых для взаимодействия углеродных нанотрубок с молекулярной средой. Было установлено, что окислительная обработка углеродных нанотрубок может приводить к нарушению структуры УНТ и к частичному разрушению нанотрубок. Кроме того, наблюдалось снижение содержания катализатора в модифицированных образцах нанотрубок. На основании проведенных исследований определены оптимальные условия термохимической обработки УНТ для их функционализации и введения в различные среды для получения композиционных материалов с заданными электрофизическими свойствами. Методами оптической и атомно-силовой микроскопии были исследованы особенности распределения углеродных нанотрубок в композиционном материале. Было установлено, что применение предварительной функционализации УНТ в соответствии с разработанной методикой обеспечивает их равномерное распределение в объеме полимера. Четырехзондовым методом исследована концентрационная зависимость электропроводности композиционного материала на основе полимера и функционализированных в различных растворах УНТ. Было показано, что концентрационная зависимость электропроводности композиционного материала имеет нелинейный характер. Была установлена взаимосвязь между функционализацией УНТ, их концентрацией и электропроводностью композиционного материала на их основе. Было установлено, что в зависимости от способа модификации углеродных нанотрубок электропроводность композиционных материалов на их основе может сильно отличаться, что также оказывает влияние на порог перколяции. Были получены температурные зависимости электропроводности образцов композиционного материала и установлен полупроводниковый характер проводимости полученного материала. Полученные результаты могут быть использованы для разработки и изготовления конструкционных материалов на основе углеродных нанотрубок с улучшенными физико-химическими свойствами.