И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИУРЕТАНОВОГО СВЯЗУЮЩЕГО




ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

"НИЖЕГОРОДСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. И. ЛОБАЧЕВСКОГО"

Химический факультет

Кафедра высокомолекулярных соединений

И коллоидной химии

 

Реферат по истории и философии науки

 

 

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИУРЕТАНОВОГО СВЯЗУЮЩЕГО

 

 

Научный руководитель: доцент, к.х.н. Рябов С.А.

 

Исполнитель: аспирант химического факультета Минеев А.Е.

 

 

Нижний Новгород, 2017

Полимеры внедрились во все сферы человеческой деятельности - технику, здравоохранение, быт. Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнами. Полимерные материалы обладают многими полезными свойствами: они высокоустойчивы в агрессивных средах, хорошие диэлектрики и теплоизоляторы.

Популярность пенополиуретанов объясняется простотой процесса их получения на месте применения. Это достигается тем, что исходным сырьем для получения пенополиуретанов служат жидкие продукты, разной степени вязкости, при смешении которых образуется полимер.

Полиуретан широко используется в различных отраслях промышленности благодаря низкому значению коэффициента теплопроводности, широкому диапазону показателей средней плотности, возможности наполнения различными материалами, адаптируемости технологии производства и вероятности переработки разными способами: экструзией, прессованием, литьем, заливкой.

Существенно улучшить эксплуатационные свойства полимеров позволяет создание на их основе полимерных композиционных материалов.

Одним из перспективных направлений в этой области является создание полимерных композитов на основе углеродных нанотрубок (УНТ), которые представляют собой протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку графеновых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена.


Фуллерены – аллотропная модификация углерода – были открыты в 1985 году учеными Ричардом Смолли и Робертом Керлом (США) и Гарольдом Крото (Великобритания). За это открытие в 1996 году они были награждены Нобелевской премией.


на фото Р. Смолли,

 

Первооткрыватели назвали новую модификацию углерода фуллереном в честь американского архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, который разработал конструкцию куполообразной крыши из пяти- и шестиугольников наподобие футбольного мяча («геодезический купол»).


Двое ученых, Вольфганг Кречмер из института Макса Планка в Гейдельберге и Доналд Хоффман из университета Аризоны впервые искусственно синтезировали фуллерены в 1990 году. Молекулы фуллеренов построены из четного числа атомов углерода. Молекула наименьшего из фуллеренов состоит из 20 атомов, тогда как наибольший синтезированный на сегодняшний день фуллерен состоит не менее чем из 960 атомов углерода. Наиболее распространенная разновидность, состоящая из 60 атомов углерода, известна как букибол. Молекулы фуллеренов имеют разнообразную форму, подобную, например, футбольному мячу или трубке.

Фуллерены встречаются, как правило, в виде желтых или бурых кристаллов с плотностью 1,65 г/см3. Они мягкие и скользкие на ощупь подобно графиту. Под большим давлением фуллерены превращаются в аморфную форму, твердость которой приближается к твердости алмаза. Фуллерены легко растворяются в бензоле с образованием красного раствора. Следы фуллеренов можно обнаружить в местах удара молний. Молекулы фуллеренов С60 и С70 были выделены из очень редкого минерала шунгита, встречающегося в Сибири. Скальные породы, содержащие шунгит, образовались по меньшей мере 600 миллионов лет назад.

 



Рис. 1 Схематическая структура фуллерена (Букибол)


История открытия углеродных нанотрубок тесно связана с детальным исследованием фуллеренов. Кретчмером, Хаффманом и др. была создана технология получения фуллеренов в макроскопических количествах, основанной на термическом распылении графита в электрической дуге с графитовыми электродами в атмосфере гелия. Образующаяся в результате распыления графита сажа, которая осаждается на стенках газоразрядной камеры, содержит до 20% фуллеренов, основными компонентами которых являются обычно молекулы С60 и С70. А японский исследователь Иидзима обнаружил, что наряду с молекулами, принадлежащими к семейству фуллеренов, в саже образуются протяженные тонкие графитовые нити. Измерения, выполненные с помощью электронного микроскопа, показали, что диаметр таких нитей не превышает нескольких нанометров, а длина от одного до несколько микрон. Сумев разрезать тонкую трубочку вдоль продольной оси, ученый обнаружили, что она состоит из одного или нескольких слоев, каждый из которых представляет собой гексагональную сетку графита, основу которой составляют шестиугольники с расположенными в вершинах углов атомов углерода. Во всех случаях расстояние между слоями равно 0.34 нм, т.е. такое же, как и между слоями в кристаллическом графите.

Дальнейшие исследования показали, что углеродные нанотрубки сочетают в себе свойства молекул и твердого тела и могут рассматриваться как промежуточные состояния вещества. Указанная особенность, представляющая значительный научный интерес, может быть положена в основу эффективного прикладного использования нанотрубок в различных областях науки и технологии.

Открытие УНТ было совершено в 1991 году ученым из Японии Сумио Иидзимой (фото слева), который родился в 1939, ему сейчас 78 лет. Это великий ученый физик, специалист по нанотехнологиям. Часто упоминается как пионер в области углеродных нанотрубок.

В 1965 году Сумио Иидзима получил степень магистра и в 1968 году получил степень доктора философии в Университете Тохоку. В 1970-1982 годах работал в Университете штата Аризона. С 1987 года работает в компании NEC. Это японская компания, производитель электронной, компьютерной техники, телекоммуникационного оборудования, одна из крупнейших мировых телекоммуникационных компаний. В 1991 году Иидзима опубликовал статью об углеродных нанотрубках в журнале Nature, которую процитировали более 37 тысяч раз.

Сумио был удостоен многочисленных премий, таких как Мемориальная премия Нисины (1985), Премия Асахи (1996), Премия Еврофизика (2002), Императорская премия Японской академии наук (2002), Премия Джеймса Макгруди за исследования в области новых материалов (2002), Медаль Бенджамина Франклина (2002), Премия Фудзивары (2007), Премия Бальцана (2007), Премия принца Астурийского (2008), Премия Кавли (2008), Орден Культуры (2009), а также является членом академий наук:

· иностранный член Национальной академии наук США (2007)

· иностранный член Норвежской академии наук (2009)

· член Японской академии наук (2010)

· иностранный член Китайской академии наук (2011)

С момента открытия УНТ в 1991 году количество исследований в данной области постоянно увеличивается. Уникальная структура УНТ обеспечивает им несравнимые значения прочности при малом удельном весе. Такие свойства УНТ с учетом того, что их диаметр составляет всего несколько нанометров, а длина – от единиц до сотен микрон, обуславливают возможность создания композиционных материалов с высокими значениями электропроводности, расширенным интервалом рабочих температур и некоторыми специальными свойствами, в частности физико-механическими.

 

Рис. 2 Схематическая структура углеродной нанотрубки



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-10-25 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: