Чернюк О. А. Синтез, модифікування та застосування багатошарових вуглецевих нанотрубок для молекулярного армування склопластиків на основі епоксидних смол

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0824U003075

Облікова картка дисертації

0824U003075.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 102 - Хімія

24-10-2024

Спеціалізована вчена рада

ДФ 26.210.6871

Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка Національної академії наук України

Анотація

Дисертаційна робота присвячена розробці методів модифікування вуглецевих нанотрубок (ВНТ) Оксигеном (О–ВНТ) анодним окисненням, Нітрогеном (N–ВНТ) у процесі CCVD-синтезу ВНТ для одержання ефективних армуючих наповнювачів епоксидного в’яжучого склопластиків з амінним отверджувачем, їх оптимізації за складом і вмістом, та каталізу окисно-відновних реакцій. Оптимізована методика аерозольного синтезу складного оксидного каталізатора (1…3)Al : Fe : (0,04…0,21)Mo–O, що включає використання водного розчину сполуки алюмінію з мурашиною кислотою та сполук феруму (ІІІ) цитрат і цитратний комплекс молібдену (IV), подачу у електропіч або полум’я пропан-бутанового пальника виконують ультразвуковим змішувачем-розпилювачем і збирають порошок каталізатору на електрофільтрі. Розроблено спосіб синтезу N–ВНТ CCVD-методом на складному каталізаторі Al–Fe–Mo–О з використанням як прекурсору ацетонітрилу, етилендіаміну та їх сумішей з пропіленом — основним джерелом Карбону, за температур 750—780 °С, який дає можливість регулювати вміст Нітрогену в межах 0,6-4,6 ат.% та співвідношення його різних станів. Встановлено, що питома поверхня ВНТ і вміст Оксигену за їх анодного окиснення є немонотонною функцією від кількості пропущеної електрики й корелюють між собою. CVD-метод прямого синтезу дозволяє отримати N–ВНТ із більшим вмістом Нітрогену, переважно пірольного та четвертинного типу, і високою каталітичною активністю в окисно-відновних реакціях. Незалежно від методу синтезу N–ВНТ, експериментально встановлено, що максимальна каталітична активність при розкладанні гідроген пероксиду спостерігається при рН 7. Вперше виявлено синергетичний ефект збільшення майже вдвічі міцності модельних зразків склопластику за умови введення нативних (гідрофобних) ВНТ у отверджувач, а окиснених ВНТ (О–ВНТ) в епоксидне в’яжуче проти зразків із таким же вмістом ВНТ в однаковому стані (нативні або окиснені). Із використанням квантово-хімічних розрахунків, запропоновано схему хімічних процесів, що пояснюють ефект впливу хімічного стану поверхні ВНТ на процеси полімеризації епоксидної смоли: в однаково заряджених О–ВНТ відсутня тенденція до зворотної агломерації, вони каталізують полімеризацію епоксидної смоли, а амінний отверджувач виконує функцію ПАР щодо гідрофобних ВНТ, що також перешкоджає зворотній агломерації ВНТ, а разом ці явища приводять до синергетичного ефекту збільшення міцності композиту. Ключові слова: аерозольний синтез, каталітичне осадження з газової фази, вуглецеві нанотрубки, анодне окиснення, N–ВНТ, О–ВНТ, склопластики, синергетичний ефект, каталітична активність, квантово-хімічне моделювання.

Читати повністю

Публікації

M.I. Terets, E.M. Demianenko, S.V. Zhuravsky, О.А. Сhernyuk, V.S. Kuts, A.G. Grebenyuk, Yu.I. Sementsov, L.M. Kokhtych, M.T. Kartel. Quantum chemical study on the interaction of carbon nanotube with polyethylene and polypropylene oligomers. Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni 10, p. 75—86 (2019). https://doi.org/10.15407/hftp10.01.075

M. Kartel, E. Demianenko, О. Сherniuk, M. Terets, Yu. Sementsov, B. Wang. Quantum-Chemical Estimating Interaction of sp2-Carbon Nanoclusters with PE and PP Oligomers. Journal of Materials Science and Chemical Engineering 7, p. 1—11 (2019). https://doi.org/10.4236/msce.2019.77001

Yu. Sementsov, O. Cherniuk, G. Dovbeshko, S. Zhuravskyi, S. Makhno, B. Wang, M. Kartel. Glass-Reinforced Plastic Filled by Multiwall Carbon Nanotubes and Their Modified Forms. Journal of Materials Science and Chemical Engineering 7, p. 26—35 (2019). https://doi.org/10.4236/msce.2019.77004

О.A. Cherniuk, E.M. Demianenko, M.I. Terets, S.V. Zhuravskyi, S.M. Makhno, V.V. Lobanov, M.T. Kartel, Yu.I. Sementsov. Study of the mechanism of influence of carbon nanotubes surface chemistry on the mechanical properties of fiberglass. Applied Nanoscience 10, p. 4797—4807 (2020). https://doi.org/10.1007/s13204-020-01448-1.

Yu. I. Sementsov, O. A. Cherniuk, S. V. Zhuravskyi, Wang Bo, K. V. Voitko, O. M. Bakalinska, M. T. Kartel. Synthesis and catalytic properties of nitrogencontaining carbon nanotubes. Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni 12(2), p. 135— 143 (2021). https://doi.org/10.15407/hftp12.02.135

Yu. Sementsov, Weiyou Yang, O. Cherniuk, K. Ivanenko, M. Kartel, S. Makhno, S. Zhuravskyi1. Synergistic effect of the strength increasing of fiberglass by reinforcing epoxy binder with carbon nanotubes. Applied Nanoscience 13(7), p. 5313—5321. https://doi.org/10.1007/s13204-023-02763-z

Патент № 126624 України від 02.11.2022. Заявка на винахід № а202104609 від 10.08.2021. Бюл. 44 від 02.11.2022. Спосіб виготовлення склопластику // Семенцов Ю.І, Чернюк О. А., Махно С.М., Картель М.Т, Гождзінський С.М., Іваненко К.О., Журавський С.В., Дин Анг (CN), Ван Бо (CN), Ван Дунсин (CN), Ли Тяньцзюнь (CN).

Патент України на корисну модель № 132497 від 25.02.2019, бюл. № 4, 25.02.2019. Спосіб одержання каталізатора для синтезу вуглецевих нанотрубок // Чернюк О.А., Журавський С.В., Ігнатенко О.М., Картель М.Т., Каплуненко В.Г., Махно С.М., Семенцов Ю.І.

O.A. Cherniuk, S.V. Zhuravsky, Yu.I. Sementsov, M.T. Kartel. Characteristics of elastomers filled with carbon nanotubes. Ukrainian Conference with International Participation “Chemistry, physics and technology of surface” (Kyiv, 23—24 May 2018), p. 37.

O.A. Cherniuk, S.V. Zhuravsky, Yu.I. Sementsov, M.T. Kartel. Characteristics of elastomers filled with carbon nanotubes. International research and practice conference «Nanotechnology and nanomaterials» (Kyiv, 27—30 August 2018), p. 344.

O.A. Чернюк, С.В. Журавський, Ю.І. Семенцов, M.Т. Kaртель. Cинтез складного металоксидного каталізатора для росту вуглецевих нанотрубок пірогенним методом. ІІI Всеукраїнська наукова конференція «Актуальні задачі хімії: дослідження та перспективи» (м. Житомир, 17 квітня 2019), с. 166—167.

O.A. Cherniuk, G.I. Dovbeshko, S.V. Zhuravskyi, S. Makhno, M.T. Kartel, Yu.I. Sementsov. Study of glass-reinforced plastic, filled by surface modified multiwall carbon nanotubes. Characteristics of elastomers filled with carbon nanotubes. Ukrainian Conference with International Participation “Chemistry, physics and technology of surface” (Kyiv, 15—17 May 2019), p. 46.

O.A. Cherniuk, S.V. Zhuravskyi, Makhno S. M., Yu.I. Sementsov, M.T. Kartel. Research of structures made of polymer composite materials filled with carbon nanotubes. International research and practice conference «Nanotechnology and nanomaterials» (Lviv, 27—30 August, 2019), p 160.

O. Cherniuk, Weiyou Yang, Yu. Grebelna, K. Ivanenko, M. Kartel, Yu. Sementsov, L. Ushakova, S. Zhuravskyi. Modification of carbon nanotubes by oxygen and nitrogen. Ist International research and practice conference «Nanoobjects and nanostructuring», (Lviv, 20—23 September, 2020), p.10.

О.А. Чернюк, Е.М. Дем’яненко, М.І. Терець, С.В. Журавський, С.М. Махно, В.В. Лобанов, М.Т. Картель, Ю.І. Семенцов. Дослідження механізму впливу хімії поверхні вуглецевих нанотрубок на механічні властивості склопластиків. IV Всеукраїнська наукова конференція «Актуальні задачі хімії: дослідження та перспективи» (м. Житомир, 29 квітня 2020), с. 110—111.

O.A. Cherniuk, S.V. Zhuravskyi, S. Makhno, M.T. Kartel, Yu.I. Sementsov. Synergistic effect of increasing the strength of the composite with the simultaneous addition of carbon nanotubes and their oxidized forms. Characteristics of elastomers filled with carbon nanotubes. Ukrainian Conference with International Participation“Chemistry, physics and technology of surface” (Kyiv, 21—22 October 2020), p. 46.

O.A. Cherniuk, S.V. Zhuravskyi, Yu.I. Sementsov, M.T. Kartel, K.V. Voitko, O.M. Bakalinska. Synthesis and catalytic properties of nitrogen-containing carbon nanotubes. International research and practice conference «Nanotechnology and nanomaterials» (Lviv, 25—27 August, 2021), p. 151.

M.T Kartel., Yu.I. Sementsov, O.A. Cherniuk, E.M. Demianenko, Yu.V. Grebelna, S.M. Makhno, M.I. Terets, S.V Zhuravskyi. Synergistic effect of the strength increasing of fiberglass by reinforcing epoxy binder with carbon nanotubes. EPF European Polymer Congress 2022 (Prague, 26 June—1 July 2022), p. 316.

O. Cherniuk, V. Tolmachova, S. Zhuravskyi, M. Terets, E. Demianenko, Y. Sementsov, M. Kartel Synthesis and Properties of Layered Materials Based on Epoxy Binder Reinforced with Carbon Nanotubes and their Oxygen-modified Forms. IEEE 12th International Conference “Nanomaterials: Applications & Properties” (IEEE NAP-2022). (Kraków, Poland, 11—16 September, 2022), p. 01nssa-34.

Читати повністю

Файли

autoreferat-Анотація_ЧернюкОА.pdf

Дисертація Чернюк ОА.pdf

Схожі дисертації

0824U003079

Гребельна Юлія Валеріївна

Синтез та дослідження вуглець-вуглецевих нанокомпозиційних матеріалів на основі терморозширеного графіту та вуглецевих нанотрубок

0824U003048

Лук'янов Олег Олександрович

Фотоініційовані перетворення піримідин-2(1Н)-онів

0824U002962

Семено Володимир Володимирович

Синтез насичених біциклічних похідних з використанням електрофільної функціоналізації подвійного зв’язку та подальшого внутрішньомолекулярного алкілювання

0824U002993

Ляшук Олександр Сергійович

Реакції [2+2] та [3+2] циклоприєднання ненасичених боронатів

0824U002998

Андріашвілі Владислав Альбертович

ХЕМО- ТА СТЕРЕОСЕЛЕКТИВНИЙ СИНТЕЗ СУЛЬФОНАМІДІВ