Структура углеродных нанотрубок в полимерной матрице
Аннотация
Выполнен аналитический структурный анализ межфазных эффектов и различия армирующей способности углеродных нанотрубок для нанокомпозитов полидициклопентадиен/углеродные нанотрубки с эластомерной и стеклообразной матрицей. Показано, что в общем случае армирующим (усиливающим) элементом структуры полимерных нанокомпозитов является совокупность нанонаполнителя и межфазных областей. Углеродные нанотрубки в полимерной матрице нанокомпозита образуют кольцеобразные формирования, чей радиус сильно зависит от объемного содержания нанонаполнителя. Поэтому структурный армирующий элемент нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки можно рассматривать как кольцеобразные формирования углеродных нанотрубок, покрытых межфазным слоем, чьи структура и свойства отличаются от характеристик объемной полимерной матрицы. В силу такого определения эффективный радиус кольцеобразных формирований увеличивается на величину
толщины межфазного слоя. В свою очередь, уровень межфазной адгезии полимерная матрица-нанонаполнитель однозначно определяется радиусом указанных формирований углеродных нанотрубок. Для рассматриваемых нанокомпозитов более высокая степень усиления для эластомерной матрицы по сравнению со стеклообразной определяется большей толщиной межфазного слоя. Показано, что кольцеобразные формирования нанотрубок успешно моделируются как структурный аналог макромолекулярных клубков разветвленных полимеров, что
позволяет оценить эффективный (реальный) уровень анизотропии этого нанонаполнителя в полимерной матрице нанокомпозита. Указанный уровень, характеризуемый аспектным отношением нанотрубки, однозначно определяет степень усиления нанокомпозитов при фиксированном содержании нанонаполнителя
Скачивания
Литература
Schaefer D. W., Justice R. S. How nano are nanocomposites? Macromolecules. 2007;40(24): 8501–8517. https://doi.org/10.1021/ma070356w
Atlukhanova L. B., Kozlov G. V Fizikokhimiya nanokompozitov polimer-uglerodnye nanotrubki [Physics and chemistry of polymer/carbon nanotube nanocomposites]. Moscow: Sputnik + Publ.; 2020. 292 p. (In Russ.)
Cho H., Lee H., Oh E., Lee S.-H., Park H. J., Yoon S.-B., Lee C.-H., Kwak G.-H., Lee W. J., Kim J., Kim J. E., Lee K.-H. Hierarhical structure of carbon nanotube fibers, and the change of structure during densification by wet stretching. Carbon. 2018;136: 409–416. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.04.071
Ata M. S., Poon R., Syed A. M., Milne J., Zhitomirsky I. New developments in non-covalent surface modification, dispersion and electrophoretic deposition of carbon nanotubes. Carbon. 2018;130: 584 598. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.01.066
Li H., Branicio P. S. Ultra-low friction of graphene/C60/graphene coatings for realistic rough surfaces. Carbon. 2019;152: 727–737. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.06.020
Tan W., Stallard J. C., Smail F. R., Boies A. M., Fleck N. A. The mechanical and electrical properties of direct-spun carbon nanotube mat-epoxy composites. Carbon. 2019;150: 489–504. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.04.118
Smail F., Boies A., Windle A. Direct spinning of CNT fibres: Past, present and future scale up. Carbon. 2019;152: 218–232. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.05.024
Zhang S., Hao A., Nguen N., Oluwalowo A., Liu Zh., Dessureault Y., Park J. G., Liang R. Carbon nanotube/carbon composite fiber with improved strength and electrical conductivity via interface engineering. Carbon. 2019;144: 628–638. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.12.091
Schaefer D. W., Zhao J., Dowty H., Alexander M., Orler E. B. Carbon nanofibre reinforcement of soft materials. Soft Matter. 2008;4(10): 2071–2078. https://doi.org/10.1039/b805314f
Jeong W., Kessler M. R. Toughness enhancement in ROMP functionalized carbon nanotube/polydicyclopentadiene composites. Chemistry of materials. 2008;20(22): 7060–7068. https://doi.org/10.1021/cm8020947
Bridge B. Theoretical modeling of the critical volume fraction for percolation conductivity in fibreloaded conductive polymer composites. Journal of Materials Science Letters. 1989;8(2): 102–103. https://doi.org/10.1007/BF00720265
Mikitaev A. K., Kozlov G. V., Zaikov G. E. Polymer Nanocomposites: Variety of Structural Forms and Applications. New York: Nova Science Publishers, Inc.; 2008. 319 p.
Li W., Zhao J., Xue Y., Ren X., Zhang X., Li Q. Merge multiple carbon nanotube fibers into a robust yarn. Carbon. 2019;145: 266–272. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.01.054
Qiu L., Guo P., Yang X., Ouyang Y., Feng Y., Zhang X., Zhao J., Zhang X., Li Q. Electro curing of oriented bismaleimide between aligned carbon nanotubes for high mechanical and thermal performances. Carbon. 2019;145: 650–657. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.01.074
Liang X., Gao Y., Duan J., Liu Z., Fang Sh., Baughman R.H., Jiang L., Cheng Q. Enhancing the strength, toughness, and electrical conductivity of twist-spun carbon nanotube yarns in π bridging. Carbon. 2019;150: 268–274. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.05.023
Coleman J. N., Cadek M., Ryan K. P., Fonseca A., Nady J. B., Blau W. J., Ferreira M. S. Reinforcement of polymers with carbon nanotubes. The role of an ordered polymer interfacial regions. Experiment and modeling. Polymer. 2006;47(23): 8556–8561. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2006.10.014
Schadler L. S., Giannaris S. C., Ajayan P. M. Load transfer in carbon nanotube epoxy composites. Applied Physics Letters. 1998;73(26): 3842–3844. https://doi.org/10.1063/1.122911
Zhong-can O.-Y., Su Z.-B., Wang C.-L. Coil formation in multishell carbon nanotubes: competition between curvature elasticity and interlayer adhesion. Physical Review Letters. 1997;78(21): 4055–4058. https://doi.org/10.1103/physrevlett.78.4055
Kozlov G. V., Dolbin I. V., Zaikov G. E. (eds.) The fractal physical chemistry of polymer solutions and melts. Toronto, New Jersey: Apple Academic Press; 2013. 316 p. https://doi.org/10.1201/b16305
Moniruzzaman M., Winey K. I. Polymer nanocomposites containing carbon nanotubes. Macromolecules. 2006;39(16): 5194–5205. https://doi.org/10.1021/ma060733p
Copyright (c) 2021 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
