Исследование электрохимического синтеза наноструктурированных углеродных материалов для создания мультиграфеновых пленок и композитов.

В результате проведенных исследований показана возможность получения оксида графена электрохимическим окислением дисперсных порошков природного графита в H2SO4 и HNO3. Предложенный метод позволяет получать полиграфеновые материалы на основе природного графита в достаточных для прикладного использования количествах. Показано, что эксфолиация графита происходит последовательно при анодном окислении с образованием оксида графита, последующем гидролизе с образованием многослойного графена и, при термолизе с образованием восстановленных форм многослойного графена с пористой структурой. При обработке ультразвуком размерность частиц окисленного графита заметно снижается, с образованием многослойного оксида графена толщиной 0.01-0.1 мкм и содержит поры с размером 1-10 мкм. Показано, что в водной среде частицы окисленного графита размером менее 5 мкм склонны к агломерации. Установлено, что в спиртовых дисперсиях агломерация и седиментация не происходят, а дисперсии остаются устойчивыми в течении 2 месяцев, что позволяет использовать их для осаждения углеродных пленок. Показана перспективность применения оксида многослойного графена и композитов на его основе для извлечения катионов металлов из водных растворов, при этом происходит модификация оксида графена металлами и оксидами металлов. Исследована возможность электрохимического восстановления многослойного оксида графена. Капельным методом получены пленки из многослойного оксида графена с хорошей адгезией на подложках из стали, титана, алюминия, стекла, целлофановой пленки и никелевой сетки толщиной 30 - 50 мкм с удельным электрическим сопротивлением 3.1– 22 . 10-5 Ом . м. Свободновисящие пленки из многослойного оксида графена были получены после нанесения спиртовой суспензии многослойного оксида графена на фторопластовую основу с последующим отделением. Суперконденсатор с электродами из многослойного оксида графена имеет удельную емкость 107 Ф·г-1 и сохранность заряда 97% после 5000 циклов при циклировании током 2 А·г-1. В импульсном режиме электролиза получены композиционные электрохимические покрытия (КЭП) на основе цинка, модифицированные углеродными нанотрубками (УНТ). Установлено, что при введении дисперсии УНТ в сульфатно-аммонийный электролит цинкования коэффициент трения скольжения формирующихся КЭП снижается в 1.32 – 1.43 раза, а область потенциалов пассивного состояния данных покрытий увеличивается в 1.35 – 1.39 раза. Наилучшими трибологическими и защитными свойствами обладают КЭП на основе цинка, полученные при катодной плотности тока 6 А/дм2. Исследовано электроосаждение КЭП цинк–никель–УНТ в реверсивном режиме электролиза. Для композиционных покрытий, полученных в нестационарных условиях, коэффициент трения снижается в 1,30 – 1,53 раза, защитная способность к коррозии возрастает в 1,50 – 1,60 раза по сравнению со сплавами цинк–никель без дисперсной фазы. Композиционные покрытия железо–никель–УНТ имеют коэффициент трения скольжения вдвое меньший, чем чистые железоникелевые покрытия. Включение дисперсной фазы УНТ в электролитические осадки сплава железо–никель приводит к возрастанию их коррозионной стойкости в 1,30 – 1,40 раза. Методом термогравиметрического анализа установлено, что эпоксидные композиты, содержащие ТРГ, характеризуются лучшей термостабильностью в диапазоне температур 100-600 0С в сравнении с ненаполненным композитом, при этом отмечено повышение выхода карбонизованных структур, которые являются физическим барьером для взаимодиффузии окислителя и горючих газов в зону горения, что обеспечивает снижение горючести эпоксидного композита. Разработанные составы, модифицированные ТРГ, не поддерживают горение на воздухе и относятся к классу трудновоспламеняемых материалов. Установлено, что введение даже малых добавок ТРГ в состав эпоксидной композиции повышает в 2,7-4,3 раза коэффициент теплопроводности, при этом отмечено снижение термического сопротивления. В результате проведенных исследований была доказана возможность направленного регулирования эксплуатационных свойств эпоксидных композитов с использованием малых добавок МУНТ, обеспечивающих создание эпоксидных композитов с высокими эксплуатационными свойствами. Доказана эффективность модификации поверхности МУНТ γ-аминопропилтриэтоксисиланом и образование прочных химических связей на границе полимерная матрица/наполнитель, что обеспечило повышение физико-механических характеристик эпоксидных композитов: изгибающее напряжение увеличивается на 194%, модуль упругости при изгибе увеличивается на 137%, предел прочности при растяжении увеличивается на 108%, а модуль упругости при растяжении увеличивается на 52%, ударная вязкость увеличивается на 300% по сравнению с пластифицированным эпоксидным композитом, не содержащим МУНТ.