Чередниченко С. В. Синтез та особливості фізичних властивостей вуглецевих наноструктур і композитів

Дисертаційну роботу присвячено дослідженню особливостей нових вуглецевих наноструктур та композитів, зокрема, модифікованого високочастотним розрядом в атмосфері водню термічно відновленого декількашарового оксиду графену (МТВОГ), заснованих на модифікованому графені полімерних композитів та отриманого методом термовакуумної кріогенної сублімації гідратованого фулерену С60. Виявлено, що і) обробка високочастотним розрядом в атмосфері водню термічно відновленого декількашарового оксиду графену (ТВОГ) суттєво змінює його адсорбційні характеристики; іі) композитні структури на основі епоксидного компаунду та поліефірної смоли з додаванням ТВОГ та МТВОГ набувають підвищених механічних характеристик; iii) якісно підтверджено можливість отримання стабільного розчину фулерена С60 у воді вакуумно-кріогенно-сублімаційним методом без використання органічних розчинників. У першому розділі «Вуглецеві наноструктури, їх основні характеристики (огляд літератури)» наведено літературний огляд впливу енергетичного-геометричного стану конденсованого вуглецю на морфологію і сорбційні властивості графену та розглянуті відмінності енергетичної структури графену та фулерену. Окрему увагу приділено фізичній і хімічній модифікації та методам синтезу означених наноструктур. У другому розділі «Методика експерименту, сорбційні властивості відновленого оксиду графена» наведено опис методики отримання та наступної характеризації термічно відновленого оксиду графену (ТВОГ). Також у цьому розділі надано опис розробленого в дисертаційній роботі оригінального методу модифікації ТВОГ шляхом обробки високочастотним імпульсним розрядом в атмосфері газового водню. У третьому розділі «Вплив обробки імпульсним високочастотним розрядом на сорбційні властивості термічно відновленого оксиду графена» методом скануючої електронної мікроскопії досліджено морфологію модифіковано зразка ТВОГ, показано, що обробка високочастотним розрядом в середовищі водню приводить до розшарування, та деформації вуглецевих площин МТВОГ та хімічної модифікації воднем. Було виявлено збільшення міжшарових відстаней, часткове руйнування вуглецевих шарів та наявність хімічної модифікації площин графену воднем в процесі обробки. Виявлено фізичну взаємодію молекулярного водню (сорбату) з хімічно сорбованим воднем шарами МТВОГ. Загальна концентрація хімічно сорбованого зразком МТВОГ атомарного водню становила 15,4 ат. % (або 1,3% маси). Виявлено, що обробка ТВОГ імпульсним газовим розрядом збільшила фізичну сорбцію водню в 1,5 рази. Четвертий розділ «Вплив домішки термічно відновленого оксиду графену на механічні властивості полімерних композитів» присвячено створенню та механічним випробуванням полімерних композитів: 1 клейовий композит епоксидна смола – оксид графену; міцність клейового з‘єднання виросла більше ніж у 3 рази (концентрація ТВОГ 1%/епоксидна смола) порівняно з клейовим з‘єднанням з чистою епоксидною матрицею 2 конструкційний композит поліефірна смола – скловолокно – оксид графену (термічно відновлений та оброблений плазмою водню 1%/поліефірна смола); мікротвердість виросла до 80%, ударна в‘язкість до 37%, міцність при статичному вигині збільшилася на 52 % відносно контрольного зразка без ТВОГ. У разі додавання МТВОГ до поліефірної матриці (1%) мікротвердість зросла до 100%, ударна в‘язкість до 43 %, міцність при статичному вигині до 54% відносно контрольного зразка. У п’ятому розділі «Отримання та властивості гідратованого фулерену» розглянуто застосування оригінального методу вакуумно-сублімаційного кріогенного осадження (Vacuum-sublimation cryogenic deposition (VS-CD)) для одержання водно-колоїдного розчину фулерену (FWCS). Показано, що тверда фаза, отримана конденсацією суміші парів фулерену С60 і води на металевій підкладці (температура підкладки 90 К), являє собою стабільний водний колоїдний розчин фулерену С60. Характеризація компаунду за допомогою, UV-Vis спектроскопії поглинання, ІЧ спектроскопії поглинання, трансмісійної електронної мікроскопії та лазерно іноційованої масспектрометрії підтвердила наявність у компаунді комплексів гідратованого фулерену C60. Отримані в дисертаційній роботі результати поглиблюють фундаментальне знання щодо властивостей вуглецевих структур, та мають практичне значення. Модифікований високочастотним імпульсним розрядом термічно відновлений оксид графену являє собою новий матеріал, який має підвищені сорбційні характеристики відносно водню. Цей матеріал може бути застосований для створення нанокомпозитів на полімерній основі, які можуть бути використаний у якості клеїв або конструкційних матеріалів, з високими механічними характеристиками. Це перспективні матеріали для використання у БПЛА, у літакобудуванні та аерокосмічній техніці. Отриманий кріогенно-вакуумно-сублімаційним методом водний колоїдний розчин фулерену може бути застосовано для створення стабільних водних комплексів органічних і неорганічних сполук для застосувань у якості молекулярних маркерів та каталізаторів, інгібіторів та у біофізиці.