Архив

В данной работе проведено сравнение методов определения площади поверхности применительно к электродным материалам на примере коммерческих углеродных войлоков различной структуры. Для более полного анализа дополнительно привлечена сканирующая электронная микроскопия, позволившая охарактеризовать морфологию поверхности материала и спектроскопия комбинационного рассеяния, с помощью которой оценивали количество дефектов в кристаллической структуре углерода, а также содержание аморфной фазы. Показана селективность электрохимических методов определения площади поверхности по отношению к краевой плоскости графита, что может являться как преимуществом, так и недостатком, в зависимости от целей исследования. Выявлено, что применение классического метода низкотемпературной адсорбции газов далеко не всегда оправдано, ввиду сложности подбора корректной модели, описывающей исследуемую систему. Кроме того, при исследовании приведенным методом электродных материалов полученные данные будут сильно завышены из-за лучшей смачиваемости углеродного материала азотом, чем водой. Адсорбция красителей из водных растворов, по-видимому, является наиболее подходящим методом для определения смоченной поверхности материала, однако требует наличия большого числа образцов, характеризуется значительной погрешностью и может давать несколько завышенные результаты, хоть и меньшие, чем низкотемпературная адсорбция азота.

В статье разработан графенсодержащий сорбционный материал на основе активированного рапсового биоугля, определены физико-химические свойства сорбента и особенности его морфологического строения. Установлено, что нанокомпозит имеет аморфные характеристики с графеноподобной структурой. Морфологический анализ подтвердил образование внутреннего углеродного каркаса и внешней трехмерной многослойной графеновой структуры, которая превосходно подходит для массопереноса между загрязнителями и поверхностью адсорбента. Также целью исследований являлось определение важных параметров сорбции органических соединений – синтетических красителей конго красного (КК) и малахитового зеленого (МЗ), на разработанном материале из водных растворов в ограниченном объеме. Согласно кинетическим исследованиям, экспериментальная сорбционная емкость материала по МЗ составила 1860 мг/г (время сорбции 60 мин) и 642 мг/г по КК (время сорбции 15 мин). Теоретическая максимальная адсорбционная емкость сорбента, рассчитанная по модели Ленгмюра, достигла значений 769,23 мг/г по КК и 3333,33 мг/г по МЗ. Обнаружено, что извлечение молекул красителей контролируется реакцией второго порядка согласно модели псевдо-второго порядка и проходит преимущественно по смешанно-диффузионному механизму. Энергия активации имеет значение 0,01 кДж/моль по молекулам КК и 0,02 кДж/моль для МЗ, что подтверждает физический механизм поглощения красителей. В целом, в работе показана высокая эффективность адсорбции органических красителей на графенсодержащем сорбционном материале на основе активированного рапсового биоугля, что позволяет говорить о целесообразности его практического применения при очистке сточных вод.

Предложен новый подход к получению углеродных мембран при помощи ИК-пиролиза половолоконных мембран из полиакрилонитрила (ПАН) и сополимеров акрилонитрила с метилакрилатом (ПАН-МА) и итаконовой кислотой (ПАН-ИА). Предложенный способ включает термостабилизацию мембран при 250 °С и последующий ИК-пиролиз. Установлено, что половолоконные мембраны, изготовленные из ПАН-ИА и ПАН, наименее подвержены разрушению при повышении температуры. Для образцов на основе ПАН-МА деформация половолоконных мембран в результате ИК-пиролиза регистрируется при температурах выше 200…300 °С. Исследование структуры углеродных мембран методом растровой электронной микроскопии выявило, что использование глицерина в качестве импрегнирующего агента (независимо от химического состава сополимеров акрилонитрила) приводит к менее регулярной и более дефектной структуре получаемых углеродных мембран. Установлено, что термостабилизация при 250 °С сохраняет структурную целостность и способствует получению механически стабильных углеродных мембран. Методом ИК-спектроскопии доказано, что ИК-излучение способствует существенному преобразованию структуры полимера. Показано, что 15-минутной предварительной обработки и пятиминутного пиролиза достаточно для эффективной стабилизации структуры мембраны.

Рассмотрены в неоднородных поверхностных наноструктурах топологического класса на твердом теле вопросы управления функциональными характеристиками, в частности, электронными транспортными свойствами для задач повышения электропроводимости и управления ее режимами в металлоуглеродных композитах кластерного типа. В аспекте общих положений физики твердого тела, в частности, для гранулированных металлов, речь идет о структурных мелкокристаллических дефектах, в данном случае – наномасштабных. В условиях внедрения нанотрубок в непроводящую матрицу как присадки с оптимальной концентрацией, или наоборот – атомов металлов (обычно – благородных) в систему из нанотрубок проведено моделирование формирования подобных систем с нанокластерными структурами в аспекте цифрового материаловедения с демонстрацией ряда экспериментальных результатов. Рассмотрена двухэтапная схема с лазерной абляцией различных мишеней, в том числе, и через первый этап получения наночастиц и нанокластеров с достаточно большим числом атомов в коллоидных системах в определенных жидкостях. На втором этапе реализуется последующее их осаждение на твердотельную, как правило, – диэлектрическую, поверхность – с получением матрицы требуемой геометрии с заданной топологией нанокластеров. Исследуемые эффекты и возможность управления ими лазерными методами имеют большую перспективу при разработке элементов и систем микро- наноэлектроники на новых физических принципах. Обсуждаются тренды и тенденции в синтезе высокотемпературных состояний в сверхпроводимости в топологических структурах разного класса.

Полититанаты калия (ППТ), модифицированные в водных растворах, содержащих смеси водорастворимых солей Mn2+ и трехвалентных металлов (R3+ = Fe3+, Cr3+ или Al3+), используются в качестве полупродуктов для получения керамических агломератов, состоящих из голландитоподобных твердых растворов, соответствующих химическому составу K1,3±0,1Mn1,5±0,1R0,2Ti6,3±0,1O16. Показано, что введение различных трехвалентных металлов в солевые композиции, используемые для получения Mn-содержащего порошкообразного полититаната калия (ППТ-Mn/R3+), позволяет получать однофазную керамику на основе полученных продуктов методом спекания. Полученные керамические материалы характеризуются колоссальной диэлектрической проницаемостью на низких частотах и проводимостью на переменном токе, варьирующейся в широком диапазоне значений в зависимости от типа R3+. Рассмотрен механизм релаксационных процессов, происходящих в полученных керамических материалах, и перспективы их применения. Керамика на основе полупродуктов ППТ-Mn/Cr характеризуется относительно высокими значениями электропроводности (10–7,5 См/см) и диэлектрической проницаемости (108 при 10–2 Гц) и может быть использована в производстве BLC-электродных материалов, тогда как керамика Полученный с использованием интермедиата ППТ-Mn/Fe, характеризующийся относительно низкой электропроводностью (10–9,2 См/см) и высокой диэлектрической проницаемостью (107,3 при 10–2 Гц), перспективен для использования в качестве диэлектрического материала при производстве керамические конденсаторы.