Polymerní nanomateriály

Prezentace na téma: "Polymerní nanomateriály"— Transkript prezentace:

1 Polymerní nanomateriály
1 1 1

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

3 Fulleren Pojmenováno podle Richarda Buckminstera Fullera,
který se zabýval stavbou kulových staveb. C60 popsán v r. 1985, Nobelova cena za chemii v r (H. Kroto, R.Curl, R.F.Smalley) molekula C60 3 3 3

4 fulleren - počet izomerů
Fullereny a b c fulleren - počet izomerů C60 - 1 C70 - 1 C76 - 1 C78 - 5 C80 - 7 C82 - 9 C ... Izomery C80 G.A.Dolgonos, G.H.Peslherbe, Chem. Phys. Lett 398 (2004) 4 4 4

5 Fullereny způsoby přípravy
Použití plazmatu či ohřevu v inertní atmosféře - obloukový výboj mezi C elektrodami - laserová ablace C terče - odporové zahřívání C tyče - oxidační spalování z prekurzorů Obloukový výboj Laserová ablace Odporové zahřívání Y-K.Choi, H-S. Im, K-W. Jung, Int. J. Mass Spec. 189 (1999) 5 5 5

6 Fullereny čištění - Rozpouštěcí metoda - fulleren do roztoku (toluen), saze nerozpustné, následná filtrace nebo dekantace - Sublimační metoda - ohřev v křemenné trubici (He atmosféra) - fullereny sublimují a kondenzují na studených částech, saze zůstávají v teplých místech - Chromatografie 6 6 6

7 Fullerity Fullereny tvořící krystalické struktury
Fullerit z vrstev C60 - kubická Fullerit z vrstev C70 - čtverečná V.D. Blank, B.A. Kulnitskiy, O.M. Zhigalina, Carbon 38 (2000), Teplota a tlak - snižování mřížových parametrů, vznik jiných struktur (romboedrická u C60). 7 7 7

8 Fulleridy Fullereny či fullerity dopované cizími atomy či organickými molekulami - endoedrické - substituční - exoedrické 8 8 8

9 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 9 9 9

10 Youngův modul pružnosti
Uhlíkatá vlákna Youngův modul pružnosti (Hookeův zákon) napětí deformace 10 10 10

11 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 až 7 1,75 Podle Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 11 11 11

12 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 12 12 12

13 Uhlíkatá vlákna Výroba PAN – wet spinning PAN – stabilizace 13 13 13
Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 13 13 13

14 Uhlíkatá vlákna Výroba 14 14 14 .
Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 14 14 14

15 Uhlíkatá vlákna Výroba Smola, mezofáze – melt spinning 15 15 15 .
D.D.Edie, Carbon 39 (1998) Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 15 15 15

16 Nanotubulární uhlík Poprvé popsán v r (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 16 16 16

17 Nanotubulární uhlík . 17 17 17

18 Nanotubulární uhlík Vysoká pevnost v tahu (SWNT cca 60GPa)
Předpokládané mechanismy růstu CNT . 18 18 18

19 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 . 19 19 19