Терморасширенный графит

Терморасширенный (вспененный, вспученный) графит (ТРГ) или термографенит, – exfoliated (expanded) graphite (EG), — группа материалов с графитоподобной структурой, которые получают при быстром нагревании (термоударе) соединений интеркалирования графита или их гидролизован-ных форм. Разложение и испарение интеркаланта приводит к сильному расширению частиц вдоль оси перпендикулярной графеновой плоскости. Для ТРГ характерным является наличие протяженных щелевидных и цилиндрических дефектов со средними сечениями от 0,7 нм до более 20 нм, обуслов-ленных скручиванием группы или нескольких атомных слоев (рис.1), что позволяет отнести этот класс материалов к наноматериалам.

а)		б)	в)

Рис.1. ТРГ: а) – сканирующая электронная микроскопия: вид поверхности частиц ТРГ; б) – транс-миссионная электронная микроскопия: наноразмерный дефект – «свертка» графеновых плоскостей диаметром 10-20 нм; в) – сканирующая электронная микроскопия: поверхность  частиц ТРГ, «об-росших» углеродными нанотрубками

Углеродные нанотрубки, полученные методом каталитического разложения углеводородов

а	б	в
г	д	е

Рис. 2. а)-в) - трансмиссионная электронная микроскопия (метка 100 нм); г)-е) - трансмиссионная электронная микроскопия высокого разрешения (метка 10 нм).

Характеристики углеродных нанотрубок:

• средний диаметр - 10-20 нм;
• удельная поверхность 200-500 м2/г,
• насыпная плотность - 15-40 г/дм3,
• содержание минерального остатка: неочищенные – 6-20%, очищенные - <1%;
• температура потери 5% массы после очистки от минеральных примесей - 520-620?С;
• удельное электрическое сопротивление сжатого порошка очищенных от минеральных приме-сей нанотрубок - 0,05-0,15 Ом•см.

Опытно-промышленное производство УНТ методом каталитического
разложения углеводородов: ТУ У 24.1-03291669-009:2009
Поставки УНТ под заказ в любом количестве!

Рис. 3. Общий вид реактора с электропечью

Многостенные углеродные нанотрубки (УНТ), уже в настоящее время могут производиться нашим предприятием в промышленном масштабе, а их применение в различных отраслях техники сдержива-ется поиском оптимальных технологических решений. В частности, уникальные механические, элек-тронные свойства, а также уникальный фактор формы, достигающий значений 100-1000, делают мно-гостенные УНТ перспективными для использования в качестве армирующих элементов в матрицах различной природы. В то же время основными проблемами остаются гомогенное распределение и соз-дание прочной связи многостенных УНТ с матрицей.

Ниже представлены результаты измерений сжимаемости и восстанавливаемости фольги и набивки из ТРГ и системы ТРГ-0,1% масс. многостенных УНТ (табл. 1) и значения механических характеристик фторопласта 4 и его композитов (табл. 2).

Таблица 1. Сжимаемость и восстанавливаемость изделий из ТРГ и системы ТРГ-0,1% масс. УНТ.

Образец	Плотность, г/см3	Сжимаемость, %	Относительное среднеквадратичное отклонение, %	Восстанавливаемость, %	Относительное среднеквадратичное отклонение, %
фольга ТРГ	-	50,7	3,2	9,8	14,9
фольга ТРГ+МСУНТ	-	53,4	3,0	11,5	2,8
набивка ТРГ	1,64	53,8	1,4	8,9	10,7
набивка ТРГ+МСУНТ	1,66	46,8	2,7	12,4	7,4

Как видно из представленных данных, восстанавливаемость изделий растет: для фольги на 17%, а для набивки на 36%, при введении только 0,1% масс УНТ в состав композита. Заметным также является уменьшение отклонения характеристик от среднего значения, что очень важно для промыш-ленно выпускаемой продукции. Система фторопласт 4 – 15% УНТ также показывает рекордно высокие значения условного предела текучести и модуля упругости, в сравнении с известными композитами.

Таблица 2. Сравнительные механические характеристики фторопласта 4 и его композитов.

Фторопласт 4 армированный многостен-ными УНТ	Материал Параметры	Фторопласт 4	Композит Ф4К20	Композит Ф4КВП	Фторопласт 4 - 15% УНТ
	Условный предел текучести (s0,2), MПa	10	11.5	15.4	18-24
	Модуль упругости, MПa	590	685	-	1200-1500

Углеродные нановолокна, полученные методом каталитического разложения углеводородов:

Рис. 4. Трансмиссионная электронная микроскопия (метка 200 нм);

Твердофазные реакции синтеза наноуглеродных материалов:

Углеродные наноструктуры,  полученные в реакции карбида кальция с серой	Углеродные нановолокна с высокой удельной поверхностью для электрохимического применения: эффективная удельная по-верхностьб (по аргону) 2000 м2/г, удельное электросопротив-ление порошка 0.05-0.1 Омсм

Наши публикации:

1. Углеродный материал. Патент Украины 61826A.
2. Способ получения углеродных нанотрубок. Патент Украины 69292A.
3. Способ получения катализаторов химического осаждения углеродных нановолокон из газовой фазы. Патент Украины 69291A.
4. Способ получения катализаторов химического осаждения углеродных нанотрубок из газовой фазы. Заявка на патент Украины 20041008154.
5. Синтез тонких углеродных нанотрубок на соосажденных металлоксидных катализаторах //Журнал прикладной химии (Россия). 2005.-т.78.-вып. 6:938-944.
6. Синтез пористых углеродных нановолокон на катализаторах, полученных механохимическим методом //Журнал прикладной химии (Россия). 2005.-т.78.-вып.6: 945-951.
7. Наноструктура терморозширеного графіту //Металло-физика и новейшие технологии, 2005.-Т.27, № 3.-С.1001-1010.
8. Уплотнительные материалы из терморасширенного графита. // Арматуростроение (Россия). 2005.-№4:41-46.
9. Інтеркальовані сполуки графіту. Особливості утворення та гідролізу.//Хімічна промисловість України 2005, №6, 7-16.
10. Синтез углеродных нанотрубок из карбида кальция //Збірник наукових праць „ Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2005.-т.3.-№1:235-241.
11. Экспериментальное исследование фторопласта,  армированного углеродными волокнами для эндопротезирования суставов. //Клінічна хірургія. - 2006. - №4-5. - С. 77.
12. Properties of PTFE-MWNT Composite Materials // Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. NATO Security through Science. Series A: Chemistry and biology. Springer Science + Bussines Media. - 2007. - P. 757-763.
13. Nanocarbon Materials // Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. NATO Security through Science. Series A: Chemistry and biology. Springer Science + Bussines Media. - 2007. - P. 529-537.
    Углеродные наноструктуры в качестве водородсорбирующего материала для анода химического источника тока //(совместно с Институтом общей и неорганической химии НАН Украины) - Журнал Прикладной Химии, 2004, т. 77, вып. 12, с. 1980-1984.
14. Синтез, структура, физико-химичес-кие свойства наноуглеродных материалов. Физико-химия наноматериалов и супрамолекулярных структур. Т.2 // под ред. А.П. Шпака, П.П. Горбика. – Киев: Наук. Думка., 2007, С. 116 – 158.
15. Терморозширений графіт. Структурні характеристики та стан поверхні. // Хімічна промисловість України. – 2007. – Т. 2. – С. 19 – 24.
16. Synthesis and structural peculiarities of the expanded graphite modified by carbon nanostructures //Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. 2004. – P. 405-414.
17. Полимерные композиты, наполненные многостенными углеродными нанотрубками, для использования в медицине // Зб. наук. праць «Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології». – 2007. – Т. 5, № 2. – С. 351 – 360.