Polymerní nanomateriály 1 1 1

Zač je toho uhlík pokračování - grafit - diamant - fullereny, fullerity, fulleridy - uhlíkatá vlákna - nanotrubičky 2 2 2

Uhlíkatá vlákna Mechanické vlastnosti - dle stupně uspořádání (s teplotou konečné přípravy roste uspořádanost, stoupá youngův modul pružnosti, tepelná i elektrická vodivost, klesá pevnost v tahu) Hlavní prekurzory pro výrobu: PAN dehet, smola, hedvábí http://www.kth.se/che/kemi2011/2.27954/mataug-1.191518 3 3 3

Youngův modul pružnosti Uhlíkatá vlákna Youngův modul pružnosti (Hookeův zákon) napětí deformace http://cs.wikipedia.org/wiki/Modul_pru%C5%BEnosti_v_tahu http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=ktn&NM=107 4 4 4

Uhlíkatá vlákna Základní dělení do 3 typů: Typ I - HM vlákna (High Modulus) Vysoký stupeň orientace grafenových vrstev podél osy vláken Vlastnosti některých HM vláken: Typ II - HS vlákna (High Strenght) Spíše náhodná orientace vrstev Vlastnosti některých HS vláken: Typ III - IM vlákna (Intermediate) Přechodový typ Surovina Vlákno Výrobce E [Gpa] σ [GPa] ρ [g.cm-3] Smola P-100 Amoco 724 2,24 2,15 E-105 DuPont 3,31 2,17 PAN GY-70 BASF/Celion 517 1,86 1,96 Surovina Vlákno Výrobce E [Gpa] σ [GPa] ρ [g.cm-3] PAN AS-4 Herkules 231 3,64 1,80 T-40 Amoco 290 3,45 1,78 T-1000 200-300 až 7 1,75 Podle Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 219-229. 5 5 5

Uhlíkatá vlákna Výroba Výrobní postupy melt spinning (vytlačování z taveniny) wet spinning (mokré zvlákňování) dry spinning (suché zvlákňování) Podle prekurzoru a cílových vlastností a struktury je zvolena metoda 6 6 6

Uhlíkatá vlákna Výroba PAN – wet spinning PAN – stabilizace 7 7 7 Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 7 7 7

Uhlíkatá vlákna Výroba 8 8 8 . Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 219-229. 8 8 8

Uhlíkatá vlákna Výroba Smola, mezofáze – melt spinning 9 9 9 . D.D.Edie, Carbon 39 (1998) 345-362. Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 9 9 9

Nanotubulární uhlík Poprvé popsán v r. 1991 (Iijima, Nature 354, p.56-58) - nalezen na povrchu uhlíkových elektrod po elektrickém výboji Trubička z uhlíkových atomů s průměrem v řádu nm. - SWNT (single wall nano tube) - MWNT (multiwall nano tube) . Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 http://coecs.ou.edu/Brian.P.Grady/nanotube.html 10 10 10

Nanotubulární uhlík http://www.asdn.net/asdn/nano4kids/nanotube.shtml http://www.sciencedaily.com/releases/2007/08/070821081446.htm . http://www.gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/gecko-feet.htm070821081446.htm http://www.diytrade.com/china/pd/2441687/Carbon_Nanotubes.html 11 11 11

Nanotubulární uhlík Vysoká pevnost v tahu (SWNT cca 60GPa) Předpokládané mechanismy růstu CNT http://students.chem.tue.nl/ifp03/synthesis.html http://www.asdn.net/asdn/nano4kids/nanotube.shtml . 12 12 12

Nanotubulární uhlík Syntéza Prekurzory v pevném nebo plynném stavu Pevný prekurzor - obloukový výboj, laserová ablace, solární pec Plynný prekurzor - CVD (Chemical vapor deposition) - použití plazmatu, katalyzátorů a) pevný katalyzátor + plynný prekurzor b) plynný katalyzátor + plynný prekurzor Čištění Ohřev v oxidační atmosféře - hoření hlavně uhlíkatých částic - zbudou CNT Oxidace v silných kyselinách Rozpuštění v polární kapalině - centrifugace . 13 13 13

Plazmatické modifikace povrchů - Interakce povrchu s plazmatem - Hydrofilizace, hydrofobizace, adheze - Způsoby realizace modifikace plazmatem . 14 14 14

Plazmatické modifikace povrchů - čištění - leptání - sesíťování povrchu polymerů - tvorba radikálů na povrchu - vytváření nových funkčních skupin - iontová implantace - ohřev http://theses.ulaval.ca/archimede/fichiers/24189/ch02.html . http://theses.ulaval.ca/archimede/fichiers/24189/ch02.html 15 15 15

Plazmatické modifikace povrchů Rozdělení energií elektronů v doutnavém výboji. Podle *) Energie vazeb podle *) Ei ionizační energie, Ea průměrná energie na vytvoření iont-elektronového páru. Podle **) **) H.Biederman, Y. Osada, Fundamentals in Plasma Chemistry (Chap.3) in: Plasma polymerization processes, Amsterdam – London – New York – Tokyo 1992, ISBN: 0 444 88724 5 *) http://theses.ulaval.ca/archimede/fichiers/24189/ch02.html 16 16 16

Plazmatické modifikace povrchů Reakce na površích v kontaktu s plazmatem (uzemněné či „floating“ povrchy) Ionty: - ionizace, excitace, fragmentace adsorbovaných molekul. - tvorba povrchových defektů - čištění - při velkém toku iontů – ohřev substrátu – potřeba chlazení - ne odprašování (sputtering) – nedostatečná energie dopadajících částic Elektrony: - ionizace, excitace, fragmentace adsorbovaných molekul - elektrony stimulovaná desorpce/adsorpce - při velkém toku elektronů – ohřev substrátu . H.Biederman, Y. Osada, Fundamentals in Plasma Chemistry (Chap.3) in: Plasma polymerization processes, Amsterdam – London – New York – Tokyo 1992, ISBN: 0 444 88724 5 17 17 17

Měření kontaktního úhlu Modely: Kapková metoda Homogenní povrch Vlivy: - morfologie povrchu - chemie povrchu Wenzel Heterogenní povrch . Cassie-Baxter http://www.imel.demokritos.gr/projects/desiredrop/ http://en.wikipedia.org/wiki/Wetting 18 18 18

Hydrofilní / hydrofobní skupiny Více smáčivé -OH -COO- -Aln(OH)m -SiO2 -dusík obsahující skupiny -atd. (zpravidla polární) Méně smáčivé -CH3 -CH2-CH2- -CF3 -atd. http://cs.wikipedia.org/wiki/Mýdlo 19 19 19 19

Hydrofilní, hydrofobní povrchy OH COOH OH OH C=O OH C=O Hydrofilní CF3 CHF2 CH3 CF3 CF3 CF2 CF2 CF2 . Hydrofobní http://wewanttolearn.wordpress.com/2011/09/21/the-lotus-effect/ 20 20 20

Plazmatické modifikace povrchů Doutnavý výboj Tubular reactor (glass or silica deposition system) Ar-argon, M - monomer, S1,S2, P - pumps Parallel plate electrode reactor PS - to power supply, C - cooling, W - window, P - to pumps, M - monomer, Sh - shutter, S - substrate Plasma tužka (plasma jet) Dielektrický bariérový výboj V.I.Gibalov, G.J.Pietsch, Plasma Sources Sci. Technol. 21 (2012), doi:10.1088/0963-0252/21/2/024010 21 21 21 21

Plazmatické modifikace povrchů Aplikace: - Automobilový průmysl Elektronika (mobilní telefony) Modifikace tkanin Samočistící povrchy Biokompatibilní povrchy Potravinářský průmysl (barvení) . H.Biederman, Y. Osada, Fundamentals in Plasma Chemistry (Chap.3) in: Plasma polymerization processes, Amsterdam – London – New York – Tokyo 1992, ISBN: 0 444 88724 5 22 22 22 22