Регистрация / Вход
Прислать материал

Поверхностная модификация материалов электропроводящими полимерами

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.434.11.7054
Организация
ИВС РАН

Проведение поисковых исследований и получение новых знаний с использованием возможностей международной кооперации

Этапы проекта

1
07.11.2005 - 08.12.2005
Целью работы является получение новых наноструктурных композитов электропроводящих полимеров с древесиной хвойных и лиственных пород. Древесина является превосходной пористой матрицей для электропроводящих полимеров, обеспечивая необходимый уровень механических свойств. Древесный материал легко деформируется, имеет низкую плотность и высокую степень организации на микронном, субмикронном, и нано-уровне. Совмещение электропроводящих полимеров с отходами деревообрабатывающей промышленности (опилки, древесная мука) решает сразу две проблемы: обеспечивает носитель для электропроводящего полимера и улучшает ситуацию с утилизацией отходов.
В работе была использована древесина ели и дуба как представителей хвойных и лиственных пород, которые сильно различаются содержанием лигнинов. Для получения композиционных материалов нами был применен метод прямой полимеризации анилина или пиррола в объеме пористой древесной матрицы на поверхности древесных волокон. Полимеризация начинается как гомогенный процесс, и водные растворы низкомолекулярных мономеров проникают в субмикронные и нано-размерные поры гидрофильной древесины. Далее происходит окислительная полимеризация, которая в определенных условиях идет непосредственно на границе раздела полимеризационная среда / твердое тело. Волокна природного материалы капсулируются нанослоем электропроводящего полимера, прочно сорбированного на поверхности волокон.
Композиты имеют организованную нано-структуру. Полимеры капсулируют нано-слоем индивидуальные волокна древесины, образуя в древесной матрице пространственную электропроводящую сетку.Перколляционный порог электрической проводимости композитов составляет 1-2% весовых полимера. Это на порядок выше, чем при статистисеском смешении проводящей и непроводящей компонент. Электропроводность порядка 10-2 - 10-1 Сименс см-1 достигается при концентрации полимеров ниже 10% весовых. Подобные материалы получены впервые. Ближайшими аналогами являются композиты полианилина с отдельными компонентами древесины: лигнином и целлюлозой. Они получены смешением природного материала с дисперсией готового полимера и по этой причине не обладают организованной структурой.
  Композиты обладают высокой термостойкостью и высокой стабильностью электрической проводимости. При температурах ниже 50оС электропроводность материалов практически не изменялась в течение 6 месяцев. Капсулированный полимером древесный материал и целлюлозные волокна (бумага) имеют повышенную термостабильность и огнестойкость.
Развернуть
2
01.01.2006 - 30.06.2006
1. Разработан одностадийный метод синтеза композитов типа ядро-оболочка электропроводящего полимера полианилина с ферритами класса шпинелей.
2. Методами электронной и атомно-силовой микроскопии исследована морфология композитов феррит-полианилин.
3. Измерена частотная зависимость комплексной магнитной проницаемости композитов в зависимости от состава композита, размера частиц феррита, толщины слоя проводящего полимера и его проводимости.
4. Измерена комплексная диэлектрическая проницаемость композитов древесины различных пород с полианилином и полипирролом в зависимости от состава. Рассчитаны коэффициенты прохождения электромагнитного излучения в зависимости от толщины слоя композита древисина ели-полианилин.
Развернуть
3
01.07.2006 - 31.10.2006
Настоящее исследование связано с разработкой методов получения широкого класса композитов электропроводящих полимеров с углеродными соединениями, а также с изучением свойств полученных материалов.
В ходе настоящего исследования разработан одностадийный метод синтеза наноструктурных композитов полианилина и полипиррола с углеродными материалами: графитом, углеродными волокнам, углеродными нанотрубами. Метод получения композитов прост и технологичен, он не требует предварительной функционализации, или какой-либо другой обработки углеродного материала. Предложенный метод сводит в одну стадию окислительную полимеризацию мономеров (анилина или пиррола) и процесс формирования капсулирующих нанослоев проводящего полимера на углеродных частицах композита. В ходе синтеза полимерные цепи растут непосредственно на поверхности частиц углеродного материала. Выбранные условия синтеза позволили практически полностью подавить полимеризацию в объеме и образование осадков проводящего полимера. Реакция проходит в водных средах при нормальных условиях в течение нескольких минут. Конверсия мономеров в соответствующий полимер полная, поэтому состав композитов определяется только загрузкой реагентов в полимеризационную смесь. В результате одностадийной реакции образуется композит, содержащий полимер в протонированной (электропроводящей) форме.
Как показали исследования морфологии композитов методами электронной микроскопии, полученные композиционные материалы имеют структуру типа «ядро в оболочке» или «волокно в оболочке», где функцию оболочки выполняет нанослой электропроводящего полимера, покрывающий частицу углеродного материала микронных, субмикронных или нано размеров. Такой наноструктурной организацией обладают композиты широкого диапазона составов, содержащие от нескольких весовых процентов, до 90% электропроводящего полимера. Степень однородности композитов очень высока. Композиты обладают высокой долговременной стабильностью, поскольку полимерный слой имеет хорошую адгезию к поверхности углеродного материала.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.2 Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера
Продолжительность работ
2005 - 2006, 11 мес.
Бюджетные средства
1 млн
Организация
ОАО НИАТ
профинансировано
Продолжительность работ
2014 - 2015, 13 мес.
Бюджетные средства
17,7 млн
Организация
Московский Политех
профинансировано
Тема
Разработка и создание интеллектуального мультисенсорного газоаналитического устройства с применением газовых сенсоров на основе наноструктурированных материалов и электропроводящих органических полимеров.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 17 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера по приоритетным направлениям развития науки и техники в рамках подписанных межправительственных соглашений Российской Федерации по научно-техническому сотрудничеству с зарубежными странами
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
87,79 млн
Количество заявок
217
Тема
«Разработка метода получения наноразмерной модификации диоксида титана с уникальным сочетанием структурных и поверхностных свойств для создания нового класса высокоэффективных сорбентов и катализаторов».
Продолжительность работ
2011 - 2012, 19 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Создание гибкого ультратонкого суперконденсатора на основе композитов из углеродных материалов и электропроводящих полимеров.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
7
Тема
Создание методов и средств измерений динамических характеристик поверхностных плазмонов в наноструктурах и метаматериалах.
Продолжительность работ
2011, 2 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Количество заявок
1