Композиции полилактида с углеродными нанонаполнителями: получение, структура, свойства

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. З. Роговина

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.rogovina@mail.ru
Россия, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

О. П. Кузнецова

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

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

М. М. Гасымов

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

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

С. М. 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
Россия, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4; 119334 Москва, ул. Косыгина, 4

В. Г. 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
Россия, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4; 117393 Москва, ул. Профсоюзная, 70

А. А. Берлин

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

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

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кривые распределения частиц ВОГ (а) и НПГ (в) по размерам и их СЭМ-изображения (б) и (г) соответственно.

Скачать (460KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость модуля упругости Е (а), предельной прочности sр (б) и удлинения при разрыве eр (в) от содержания ВОГ в композициях полилактид–ВОГ, полученных жидкофазным (1) и твердофазным (2) методами.

Скачать (218KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость модуля упругости Е (а), предельной прочности sр (б) и удлинения при разрыве eр (в) от содержания НПГ в композициях полилактид–НПГ, полученных жидкофазным (1) и твердофазным (2) методами.

Скачать (230KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ДСК-кривые композиций полилактид–ВОГ, полученных в растворе хлороформа, содержащих 0.05 (1), 0.1 (2), 0.25 (3), 1.0 мас. % ВОГ (4) (а), а также в условиях твердофазного смешения для исходного полилактида (1) и композиций полилактид–ВОГ, содержащих 0.05 (2), 0.15 (3), 0.5 мас. % ВОГ (4) (б), при первичном нагревании [78].

Скачать (151KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость степени кристалличности c полилактида от содержания ВОГ в композициях, полученных в растворе хлороформа (1) и в условиях твердофазного смешения (2) [78].

Скачать (98KB)
Метаданные
7. Рис. 6. ДСК-термограммы полилактида (1) и его композиций, содержащих 1.0 мас. % НПГ (2), ВОГ (3) и 5.0 мас. % НПГ(4), ВОГ (5) при первичном (а) и вторичном нагревании (б) [82].

Скачать (152KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость степени кристалличности полилактида в композициях полилактид–НПГ от содержания НПГ при первичном (1) и вторичном (2) нагревании [79].

Скачать (64KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Термограммы полилактида (1) и композиций полилактид–НПГ, содержащих 1.0 (2), 5.0 (3), 10.0 (4), 20.0 мас. % НПГ (5) [79].

Скачать (80KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость проводимости s от частоты при концентрациях ВОГ 0.25 (1), 1.0 (2), 3.0 (3), 5.0 (4), 10.0 (5), 15.0 мас. % (6) (а) и на низких частотах от концентрации ВОГ (б) композиций, полученных жидкофазным способом [78].

Скачать (179KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость проводимости (на низких частотах) (1) и диэлектрической проницаемости (2) от концентрации наполнителя НПГ композиций, полученных жидкофазным методом [82].

Скачать (65KB)
Метаданные
12. Рис. 11. СЭМ-изображения композиций полилактид–ВОГ, полученных жидкофазным способом, с содержанием наполнителя 0.25 (а) и 10.0 мас. % (б).

Скачать (295KB)
Метаданные
13. Рис. 12. СЭМ-изображения композиций полилактид–ВОГ, полученных твердофазным способом, содержащих 0.25 мас. % ВОГ.

Скачать (197KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024