Композиции полилактида с углеродными нанонаполнителями: получение, структура, свойства

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Рассмотрено современное состояние исследований композиций, содержащих в качестве нанонаполнителей производные графена. Обобщены результаты работ, проведенных в Федеральном исследовательском центре химической физики Российской академии наук по получению наполненных композиций на основе полилактида и углеродных нанонаполнителей – восстановленного оксида графена и нанопластин графита с использованием двух независимых методов – экологически чистого твердофазного смешения компонентов под действием сдвиговых деформаций и жидкофазного синтеза. Проведено сравнительное изучение механических, термических и электрических свойств композиций в зависимости от метода получения и природы используемых нанонаполнителей и установлено их влияние на структуру и комплекс свойств образующихся композиционных материалов.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

С. Роговина

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Autor responsável pela correspondência
Email: s.rogovina@mail.ru
Rússia, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

О. Кузнецова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Rússia, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

М. Гасымов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Rússia, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

С. Ломакин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Rússia, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4; 119334 Москва, ул. Косыгина, 4

В. Шевченко

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук; Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Rússia, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4; 117393 Москва, ул. Профсоюзная, 70

А. Берлин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Rússia, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

Bibliografia

  1. Tiwari S., Sahoo S., Wang N., Huczko A. // J. Sci.: Adv. Mater. Devices. 2020. V. 5. P. 10.
  2. Mbayachi V.B., Ndayiragije E., Sammani T., Taj S., Mbuta E.R., Khan A.U. // Results Chem. 2021. V. 3. P. 100163.
  3. Urade A.R., Lahiri I., Suresh K.S. // JOM. 2023. V. 75. P. 614.
  4. Zhu Y, Ji H., Cheng H.-M., Ruoff R.S. // Natl. Sci. Rev. 2018. V. 5. P. 90.
  5. Choi S.H., Yun S.J., Won S.B., Oh C.S., Kim S.M., Kim K.K., Lee Y.H. // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 1484.
  6. Kamali A.R., Fray D.J. // Nanoscale. 2015. V. 7. P. 11310.
  7. Eigler S., Enzelberger-Heim M., Grimm S., Hofmann P., Kroener W., Geworski A., Dotzer C., Röckert M., Xiao J., Papp C., Lytken O., Steinruck H.- P., Muller P., Hirsch A. // Adv. Mater. 2013. V. 25. P. 3583.
  8. Mattevi C., Kim H., Chhowalla M. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 3324.
  9. Bae S., Kim H., Lee Y., Xu X., Park J.-S., Zheng Y., Balakrishnan J., Lei T., Kim H.R., Song Y., Kim Y.-J., Kim K.S., Ozyilmaz B., Ahn J.-H., Hong B.H., Iijima S. // Nat. Nanotechnol. 2010. V. 5. P. 574.
  10. Allen M.J., Tung V.C., Kaner R.B. // Chem. Rev. 2010. V. 110. P. 132.
  11. Yi M., Shen Z. // J. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. P. 11700.
  12. Hernandez Y., Nicolosi V., Lotya M., Blighe F.M., Sun Z., De S., McGovern I.T., Holland B., Byrne M., Gun’Ko Y.K., Boland J.J., Niraj P., Duesberg G., Krishnamurthy S., Goodhue R., Hutchison J., Scardaci V., Ferrari A.C.,Coleman J.N. // Nat. Nanotechnol. 2008. V. 3. P. 563.
  13. Li D., Müller M.B., Gilje S., Kaner R.B., Wallace G.G. // Nat. Nanotechnol. 2008. V. 3. P. 101.
  14. Lin L., Peng H., Liu Z. // Nat. Mater. 2019. V. 18. P. 520.
  15. Zhang X., Hikal W.M., Zhang Y., Bhattacharia S.K., Li L., Panditrao S., Wang S., Weeks B.L. // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 102. P. 141905.
  16. Zhang Z.Z., Fu X.L., Yu H.J., Tao W.J., Mao C.J., Chen J.S., Wu M., Chen P. // Compos. Commun. 2021. V. 24. P. 100661.
  17. Aftab S.M.A., Shaikh R.B., Saifullah B., Hussein M.Z., Ahmed K.A. // AIP Conf. Proc. 2019. V. 2083. P. 030002.
  18. Kausar A., Ahmad I., Eisa M.H., Maaza M. // C – J. Carb. Res. 2023. V. 9. P. 29.
  19. Bagade S.S., Patel S., Malik M.M., Patel P.K. // C – J. Carb. Res. 2023. V. 9. P. 70.
  20. Mahmoudi T., Wang Y., Hahn Y.-B. // Nano Energy. 2018. V. 47. P. 51.
  21. Iqbal T., Fatima S., Bibi T., Zafar M. // Opt. Quantum Electron. 2021. V. 53. P. 228.
  22. Sengupta J., Hussain C.M. // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 3146.
  23. El-Kady M.F., Shao Y., Kaner R.B. // Nat. Rev. Mater. 2016. V. 1. P. 16033.
  24. Li C., Zhang X., Sun C., Wang K., Sun X., Ma Y. // J. Phys., Appl. Phys. 2019. V. 52. P. 143001.
  25. Dong Y., Wu Z.-S., Ren W., Cheng H.-M., Bao X. // Sci. Bull. 2017. V. 62. P. 724.
  26. Velasco A., Ryu Y.K., Bosca A., Ladron-de-Guevara A., Hunt E., Zuo J., Pedros J., Calle F., Martinez J. // Sustain. Energy Fuels. 2021. V. 5. P. 1235.
  27. Ke Q., Wang J. // J. Materiomics. 2016. V. 2. P. 37.
  28. Yang C. // Int. J. Smart Grid Clean Energy. 2021. V. 12. P. 1.
  29. Bokhari S.W., Siddique A.H., Sherrell P.C., Yue X., Karumbaiah K.M., Wei S., Ellis A.V., Gao W. // Energy Reports. 2020. V. 6. P. 2768.
  30. Achoa G.L., Mattos P.A., Clements A., Roca Y., Brooks Z.E. // J. Biomater. Appl. 2023. V. 38. P. 313.
  31. Daneshmandi L., Barajaa M., Rad T.A., Sydlik S.A., Laurencin C.T. // Adv. Healthc. Mater. 2021. V. 10. P. 1.
  32. Malisz K., Swieczko-Zurek B. // Crystals. 2023. V. 13. P. 1413.
  33. Arshad F., Nabi F., Iqbal S., Khan R.H. // Colloids Surf., Biointerfaces. 2022. V. 212. P. 112356.
  34. Ruh G., Wittmann G., Koenig G., Neumaier D. // Beilstein J. Nanotechnol. 2017. V. 8. P. 1056.
  35. Majumder S., Patil N., Dutta S. // Carbon. 2024. V. 216. P. 118557.
  36. Quinones J.T., Yun M. // Microelectron. Eng. 2023. V. 269. P. 111915.
  37. Rosso M.D., Brodie C.H., Ramalingam S., Cabral D.M., Pensini, Singh E.A., Collier C.M. // Scientific Reports. 2019. V. 9. P. 5773.
  38. Liu J., Bao S., Wang X. // Micromachines. 2022. V. 13. P. 184.
  39. Lee G., Yang G., Cho A., Han J.M., Kim J. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. P. 14198.
  40. Zhang R., Yu X., Yang Q., Cui G., Li Z. // Constr. Build. Mater. 2021. V. 294. P. 123613.
  41. Tang S., Lei B., Feng Z., Guo H., Meng P.Z.G. // Coatings. 2023. V. 13. P. 1120.
  42. Wang P., Cai D. // Int. J. Photoenergy. 2020. V. 2020. P. 1.
  43. Ollik K., Lieder M. // Coatings. 2020. V. 10. P. 883.
  44. Yan Q.L., Gozin M., Zhao F.Q., Cohen A., Pang S.P. // Nanoscale. 2016. V. 8. P. 4799.
  45. Yin S., Lu Z.H., Bai H.R., Liu X.Y., Li H., Hu Y.B. // Polymers. 2022. V. 14. P. 3315.
  46. Li S.N., Niu Z.T., Jiao Y.K., Jin P., Yang D.S., Bai C.F., Liu J., Li G., Luo Y. // RSC Adv. 2022. V. 12. P. 22806.
  47. Lin L.P., Tan M.T.T. // Biosens. Bioelectron. 2023. V. 237. P. 115492.
  48. Ashraf G., Aziz A., Iftikhar T., Zhong Z.-T., Asif M., Chen W. // Biosensors. 2022. V. 12. P. 1183.
  49. Ansari G., Pal A., Srivastava A.K., Verma G. // Opt. Laser Technol. 2023. V. 164. P. 109495.
  50. Soman G., Vandana M., Hegde G. // Sens. Int. 2023. V. 4. P. 100243.
  51. Li B., Wu X., Shi C., Dai Y., Zhang J., Liu W., Wu C., Zhang Y., Huang X., Zeng W. // Surf. Interfaces. 2023. V. 36. P. 102525.
  52. Pareek S., Jain U., Bharadwaj M., Saxena K., Roy S., Chauhan N. // Anal. Biochem. 2023. V. 663. P. 115015.
  53. Shahnaz T., Hayder G., Shah M.A., Ramli M.Z., Ismail N., Hua C.K., Zahari N.M., Mardi N.H., Selamat F.E., Kabilmiharbi N. // J. Mater. Res. Technol. 2024. V. 28. P. 2671.
  54. Fu X., Lin J., Liang Z., Yao R., Wu W., Fang Z., Zou W., Wu Z., Ning H., Peng J. // Surf. Interfaces. 2023. V. 37. P. 102747.
  55. Li J., Gunister E., Barsoum I. // J. Compos. Mater. 2019. V. 53. P. 1.
  56. Lewis J.S., Perrier T., Barani Z., Kargar F., Balandin A.A. // Nanotechnology. 2021. V. 32. P. 142003.
  57. Harito C., Zaidi S.Z.J., Putra B.R., Hardiansyah A., Khalil M., Yuliarto B. // Sci. Eng. Compos. Mater. 2022. P. 49.
  58. Bao T., Wangb Z., Zhao Y., Wangb Y., Yi X. // RSC Adv. 2020. V. 10. P. 26646.
  59. Mohan V., Mariappan V.K, Pazhamalai P., Krishnamoorthy K., Kim S.J. // Carbon. 2023. V. 205. P. 328.
  60. Papageorgiou D.G., Kinloch I.A., Young R.J. // Prog. Mater. Sci. 2017. V. 90. P. 75.
  61. Shen C., Oyadiji S.O. // Mater. Today Phys. 2020. V. 15. P. 100257.
  62. Sun Y.W., Papageorgiou D.G., Humphreys C.J., Dunstan D.J., Puech P. // Appl. Phys. Rev. 2021. V. 8. P. 021310.
  63. Balandin A.A. // Nat. Mater. 2011. V.10. P. 569.
  64. Ma W., Liu Y., Yan S., Miao T., Shi S., Xu Z., Zhang X., Gao C.J.N.R. // Nano Res. 2018. V. 11. P. 741.
  65. Sharma N., Tomar S., Shkir M., Choubey R.K., Singh A. // Mater. Today: Proc. 2021. V. 36. P. 730.
  66. Chen L., Li N., Yu X., Zhang S., Liu C., Song Y., Li Z., Han S., Wang W., Yang P., Hong N., Ali S., Wang Z. // J. Chem. Eng. 2023. V. 462. P. 142139.
  67. Tarhini A., Tehrani-Bagha A.R. // Appl. Compos. Mater. 2023. V. 30. P. 1737.
  68. Jonoush Z.A., Farahani M., Bohlouli M., Niknam Z., Golchin A., Hatamie S., Rezaei-Tavirani M., Omidi M., Zali H. // Mini-Rev. Org. Chem. 2021. V. 18. P. 78.
  69. Jilani A., Othman M.H.D., Ansari M.O., Hussain S.Z., Ismail A.F., Khan I.U. // Environ. Chem. Lett. 2018. V. 16. P. 1301.
  70. Al-Sherbini A.-S., Bakr M., Ghoneim I., Saad M. // J. Adv. Res. 2017. V. 8. P. 209.
  71. Compagnini G., Russo P., Tomarchio F., Puglisi O., D’Urso L., Scalese S. // Nanotechnology. 2012. V. 23. P. 505601.
  72. Diagboya P.N., Olu-Owolabi B.I., Adebowale K.O. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 2536.
  73. Mortazavi B., Hassouna F., Laachachi A., Rajabpour A., Ahzi S., Chapron D., Toniazzo V., Ruch D. // Thermochim. Acta. 2013. V. 552. P. 106.
  74. Fu Y., Liu L., Zhang J., Hiscox W.C. // Polymer. 2014. V. 55. P. 6381.
  75. Fu Y., Liu L., Zhang J. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6. P. 14069.
  76. Enikolopian N.S. // Macromol. Chem. Phys. 1984. № 8. Р. 109.
  77. Акопян Е.Л., Кармилов А.Ю., Никольский В.Г., Хачатрян А. М., Ениколопян Н.С. // Докл. АН СССР. 1986. Т. 291. №1. С. 133.
  78. Rogovina S.Z., Gasymov M.M., Lomakin S.M., Kuznetsova O.P., Ermolaev I.M., Shevchenko V.G., Shapagin A.V., Arbuzov A.A., Berlin A.A. // Mech. Compos. Mater. 2023. V. 58. P. 845.
  79. Rogovina S.Z., Lomakin S.M., Usachev S.V., Gasymov M.M., Kuznetsova O.P., Shilkina N., Shapagin A., Prut E., Berlin A. // Polym. Crystallization. 2022. V. 2022. P. 1.
  80. Gasymov M.M., Rogovina S.Z., Kuznetsova O.P., Shevchenko V.G., Berlin A.A. // Polymer Science A. 2023. V. 65. P.550.
  81. Rogovina S.Z., Lomakin S.M., Gasymov M.M., Kuznetsova O.P., Shevchenko V.G., Mel’nikov V.P., Berlin A.A. // Polymer Science D. 2023. V. 16. P. 161.
  82. Rogovina S.Z., Gasymov M.M., Lomakin S.M., Kuznetsova O.P., Shevchenko V.G., Arbuzov A.A., Berlin A.A. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2023. V. 17. P. 1376.
  83. Hummers W.S., Offeman R.E. // J. Am. Chem. Soc. 1958. V. 80. P. 1339.
  84. McAllister M.J., Li J.L., Adamson D.H., Schniepp H.C., Abdala A.A., Liu J., Alonso M.H., Milius D.L., Car R., Prud´homme R.K., Aksay I.A. // Chem. Materials. 2007. V. 19. P. 4396.
  85. Sengupta I., Chakraborty S., Talukdar M., Pal S.K., Chakraborty S. // J. Mater. Sci. Res. 2018. V. 33. P. 4113.
  86. Ceniceros-Reyes M.A., Marín-Hernández K.S., Sierra U., Saucedo-Salazar E.M., Mendoza-Resendez R., Luna C., Hernández-Belmares P.J., Rodríguez-Fernández O.S., Fernández-Tavizón S., Hernández-Hernández E., Díaz Barriga-Castro E. // Surf. Interfaces. 2022. V. 35. P. 102448.
  87. Zhu Y., Murali S., Stoller M.D., Velamakanni A., Piner R.D., Ruoff R.S. // Carbon. 2010. V. 48. P. 2118.
  88. Jakhar R., Yap J.E., Joshi R. // Carbon. 2020. V. 170. P. 277.
  89. Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Firsov A.A. // Science. 2004. V. 306. P. 666.
  90. Alexandre M., Dubois P. // Mater. Sci. Eng. 2000. V. 28. P. 1.
  91. Fornes T.D., Paul D.R. // Polymer. 2003. V. 44. P. 4993.
  92. Goncalves C., Goncalves I.C., Magalhaes F.D., Pinto A.M. // Polymers. 2017. V. 9. P. 269.
  93. Murariu M., Dechief A.L., Bonnaud L., Paint Y., Gallos A., Fontaine G., Bourbigot S., Dubois P. // Polym. Degrad. Stab. 2010. V. 95. P. 889.
  94. Ivanov E., Kotsilkova R., Xia H., Chen Y., Donato R.K., Donato K., Godoy A.P., Di Maio R., Silvestre C., Cimmino S., Angelov V. // Appl. Sci. 2019. V. 9. P. 1209.
  95. Anwer M.A.S., Naguib H.E. // Compos. B. Eng. 2016. V. 91. P. 631.
  96. Jonscher A.K. // Nature. 1977. V. 267. P. 673.
  97. Kim D.W., Lim J.H., Yu J. // Compos. B. Eng. 2019. V. 168. P. 387.
  98. De Sousa D.E.S., Scuracchio C.H., De Barra G.M., De Lucas A.A. // Multifunc. Polym. Comp. 2015. V. 7. P. 245.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Distribution curves of RGO (a) and NPG (c) particles by size and their SEM images (b) and (d), respectively.

Baixar (460KB)
Metadados
3. Fig. 2. Dependence of the elastic modulus E (a), ultimate strength sp (b) and elongation at break eр (c) on the RGO content in polylactide–RGO composites obtained by liquid-phase (1) and solid-phase (2) methods.

Baixar (218KB)
Metadados
4. Fig. 3. Dependence of the elastic modulus E (a), ultimate strength sp (b) and elongation at break eр (c) on the content of NPG in polylactide–NPG composites obtained by liquid-phase (1) and solid-phase (2) methods.

Baixar (230KB)
Metadados
5. Fig. 4. DSC curves of polylactide–RGO composites obtained in a chloroform solution containing 0.05 (1), 0.1 (2), 0.25 (3), 1.0 wt. % RGO (4) (a), as well as under solid-phase mixing conditions for the initial polylactide (1) and polylactide–RGO composites containing 0.05 (2), 0.15 (3), 0.5 wt. % RGO (4) (b), during primary heating [78].

Baixar (151KB)
Metadados
6. Fig. 5. Dependence of the degree of crystallinity of polylactide on the content of RGO in compositions obtained in a chloroform solution (1) and under solid-phase mixing conditions (2) [78].

Baixar (98KB)
Metadados
7. Fig. 6. DSC thermograms of polylactide (1) and its composites containing 1.0 wt.% NPG (2), RGO (3) and 5.0 wt.% NPG (4), RGO (5) during primary (a) and secondary heating (b) [82].

Baixar (152KB)
Metadados
8. Fig. 7. Dependence of the degree of crystallinity of polylactide in polylactide–NPG compositions on the content of NPG during primary (1) and secondary (2) heating [79].

Baixar (64KB)
Metadados
9. Fig. 8. Thermograms of polylactide (1) and polylactide–NPG composites containing 1.0 (2), 5.0 (3), 10.0 (4), 20.0 wt. % NPG (5) [79].

Baixar (80KB)
Metadados
10. Fig. 9. Dependence of conductivity s on frequency at RGO concentrations of 0.25 (1), 1.0 (2), 3.0 (3), 5.0 (4), 10.0 (5), 15.0 wt. % (6) (a) and at low frequencies on the RGO concentration (b) of compositions obtained by the liquid-phase method [78].

Baixar (179KB)
Metadados
11. Fig. 10. Dependence of conductivity (at low frequencies) (1) and permittivity (2) on the filler concentration of NPG compositions obtained by the liquid-phase method [82].

Baixar (65KB)
Metadados
12. Fig. 11. SEM images of polylactide–RGO composites obtained by the liquid-phase method with a filler content of 0.25 (a) and 10.0 wt.% (b).

Baixar (295KB)
Metadados
13. Fig. 12. SEM images of polylactide–RGO composites obtained by the solid-phase method, containing 0.25 wt.% RGO.

Baixar (197KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024