Исследование процессов очистки и функционализации углеродных нанотрубок

Аннотация 2
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 8
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Общие сведения о наноматериалах 11
1.2 Строение углеродных нанотрубок 12
1.3 Свойства углеродных нанотрубок 17
1.4 Очистка углеродных нанотрубок 19
1.5 Функционализация углеродных нанотрубок 21
1.6 Применение углеродных нанотрубок 26
1.7 Растровая электронная микроскопия 27
2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 31
2.1 Синтез углеродных нанотрубок 31
2.2 Очистка УНТ 32
2.2.1 Термообработка 32
2.2.2 Обработка концентрированной соляной кислотой 33
2.2.3 Обработка концентрированной азотной кислотой 34
2.4 Функционализация УНТ 35
2.4.1 Концентрированной азотной кислотой 36
2.4.2 Смесью концентрированных азотной и серной кислот 36
2.4.3 Перманганатом калия в кислой среде 37
2.4.4 Определение степени функционализации обратным кислотно-основным
титрованием 37
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ 40
3.1 Очистка УНТ 40
3.1.1 Термообработка: 40
3.1.2 Обработка кислотами 42
3.2 Функционализация 43
3.3 Результаты растровой электронной микроскопии 45
4 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ 59
5 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 60
5.1 Сетевое планирование 60
5.2 Расчет затрат на проведение НИР 67
6 БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 72
6.1 Общая характеристика научно-исследовательской лаборатории 72
6.2 Состав вредных и опасных факторов 73
6.3 Мероприятия по обеспечению безопасных условий труда 73
6.3.1 Охрана труда при работе в химической лаборатории 73
6.3.2 Вредные вещества 75
6.3.3 Вентиляция 76
6.3.4 Освещенность 77
6.3.5 Шум 79
6.3.6 Электробезопасность 80
6.3.7 Пожарная безопасность 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 85
Купить

Нанотрубки находят все большее количество применений из-за своих уникальных свойств как в чистом виде, так и в составе композитов. Например, они обладают огромным продольным модулем Юнга 1...5 ТПа [1, 2] (для примера у стали около 200 ГПа [3]), но невысоким поперечным 3.40 ГПа, изгибная прочность около 14 ГПа (в 15 раз больше чем у графитовых нитей), модуль торсионного сдвига около 400 Гпа [2] у них сильно выражен капиллярный эффект, могут обладать как металлической, так и полупроводниковой проводимостью [4] и другие. Как в том, так и в другом случае в них должно быть минимальное количество примесей.
В лаборатории кафедры экологии и химической технологии ЮУрГУ ведутся исследования по модифицированию полимер-углеродных композитов углеродными нанотрубками, синтезируемыми на лабораторной установке каталитическим пиролизом ацетилена. Изучение литературных данных показывает, что для лучшего распределения УНТ в матрице их следует функционализировать [4-9]. Поэтому целью выпускной квалификационной работы является исследование процессов очистки и функционализации углеродных нанотрубок, полученных в лаборатории кафедры. Для выполнения данной цели были поставлены следующие задачи:
- изучить литературу, о методах синтеза, структуре и свойствах углеродных нанотрубок, а также способах их очистки и функционализации и выбрать нескольких перспективных способов для практического изучения;
- произвести анализ вредных и опасных факторов, разработать ряд мероприятий для защиты от этих факторов;
- освоить методику и синтезировать пиролизом ацетилена углеродный депозит, содержащий нанотрубки; в рамках поставленной задачи подготовить и нанести на подложку катализатор для пиролиза ацетилена;
- с учетом литературных данных разработать методики и план эксперимента по очистке и функционализации УНТ; выполнить операции очистки и функционализации приготовленных образцов;
- исследовать структурно-морфологические характеристики нативных и обработанных образцов углеродного депозита методом растровой электронной микроскопии;
- исследовать эффективность проведенной функционализации углеродного депозита (УНТ) методом обратного кислотно-основного титрования;
- рассчитать затраты на проведение исследований.
Результаты работы рекомендуется использовать для дальнейшего исследования УНТ и способов их введения в различные композиции в лаборатории кафедры экологии и химической технологии ЮУрГУ.

Купить