Одностенные углеродные нанотрубки, оксид графена и их производные: получение, строение, свойства и применение в композитных материалах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Хамидуллин Тимур Ленарович

• Хамидуллин Тимур Ленарович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Хамидуллин Тимур Ленарович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Особенности одностенных углеродных нанотрубок и методы их разделения

1.2 Структура, свойства оксида графена. Растворимость оксида графена в органических растворителях

1.3 Диэлектрическая проницаемость полимерных композитов с оксидом графена

1.4. Полимерные композиты с углеродными нанотрубками и их проводящие свойства

1.5. Полимерные композиты с анизотропией свойств

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.0. Объекты исследования

2.1. Разделение углеродных нанотрубок

2.1.1. Приготовление дисперсии углеродных нанотрубок в растворе поверхностно активных веществ

2.1.2. Приготовление химически модифицированного хлопка

2.1.3. Разделение дисперсии углеродных нанотрубок на делительной колонке

2.1.4. Исследование образцов углеродных нанотрубок с помощью просвечивающего электронного микроскопа

2.1.5. Метод оценки дисперсий углеродных нанотрубок. Спектрофотометрия, спектроскопия комбинационного рассеяния света и фотолюминисценция

2.2. Применение одностенных углеродных нанотрубок и их производных в качестве наполнителя для полимерных композитов

2.2.1. Приготовление композитов на основе силиконовой матрицы с одностенными углеродными нанотрубками

2.2.2. Окислительная модификация одностенных углеродных нанотрубок

2.2.3. Термогравиметрия и спектроскопия комбинационного рассеяния света модифицированных углеродных нанотрубок

2.2.4. Приготовление смеси эпоксидной смолы с модифицированными углеродными нанотрубками. Контроль степени агломерации

2.2.5. Отверждение образцов эпоксидной смолы с модифицированными нанотрубками

2.5.6. Приготовление композитов из эпоксидной смолы с модифицированными углеродными нанотрубками для анализа на сканирующем электронном микроскопе

2.3. Получение и исследование производных оксида графена и получение полимерных эпоксидных композитов на их основе

2.3.1 Синтез оксида графена

2.3.2 Приготовление раствора оксида графена в изопропиловом спирте

2.3.3 Приготовление образцов оксида графена для анализа с помощью сканирующей электронной микроскопии

2.3.4 Изготовление смеси оксида графена и эпоксидной смолы

2.3.5. Химическое восстановление оксида графена в эпоксидной смоле

2.3.6. Отверждение композитов эпоксидной смолы с оксидом графена

2.3.7. Приготовление дисперсии наночастиц магнетита

2.3.8. Приготовление дисперсии оксида графена с наночастицами магнетита в смеси органических растворителей

2.3.9 Приготовление композита оксид графена/наночастицы магнетита/эпоксидная смола

2.3.10. Измерения диэлектрической проницаемости образцов

2.3.11 Измерения намагниченности анизотропных композитов эпоксидной смолы с оксидом графена

ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Разделение одностенных углеродных нанотрубок методом селективной адсорбции на поверхности модифицированного хлопка

3.2. Модификация углеродных нанотрубок, исследование влияния параметров одностенных углеродных нанотрубок на свойства полимерных композитов с УНТ

3.2.1. Влияние степени агрегации углеродных нанотрубок на диэлектрическую проницаемость полимерных композитов

3.2.2. Полимерные композиты на основе силиконовой матрицы с углеродными нанотрубками, обогащенными нанотрубками с металлическим типом проводимости

3.3. Получение и исследование производных оксида графена и получение полимерных эпоксидных композитов на их основе

3.3.1. Восстановление оксида графена и изготовление эпоксидного композита с оксидом графена с повышенными проводящими свойствами

3.3.2. Получение нанокомпозита оксид графена-наночастицы магнетита и изготовление эпоксидного композита на их основе с анизотропией проводящих свойств

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Одностенные углеродные нанотрубки, оксид графена и их производные: получение, строение, свойства и применение в композитных материалах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Углеродные одно- и двумерные наноматериалы приковывают огромный интерес исследователей на протяжении двух последних десятилетий. Углеродные нанотрубки, графен и их производные являются одними из наиболее интенсивно исследуемых материалов. Повышенный интерес к углеродным наноматериалам вызван их особыми свойствами, такими как высокая механическая прочность в совокупности с повышенной электропроводностью. Реальное применение углеродных наноматериалов ограничено технологическими сложностями, для решения которых требуется комплексные научные исследования и разработка новых методов и технологий. В настоящее время, несмотря на большое количество исследовательских работ, тема остаётся не до конца изученной, оставляя большой простор для более глубокого изучения.

К технологическим ограничениям, связанным с применением углеродных

нанотрубок, можно отнести тот факт, что в настоящее время не существует

эффективного и производительного метода получения углеродных нанотрубок с

конкретной заданной структурой, обуславливающей ее физические свойства. В то

же время для эффективного применения во многих высокотехнологичных областях

требуются нанотрубки определенной структуры, или хотя бы обладающие

одинаковым типом проводимости. Современные технологии синтеза углеродных

нанотрубок производят нанотрубки в виде смеси, содержащей широкий набор

диаметров и структур (хиральностей). Современные описанные в литературе

методы разделения производственной смеси нанотрубок отличаются низкой

производительностью, что приводит к высокой цене разделенных нанотрубок. В

настоящее время данная проблема не решена, поэтому разработка эффективного,

производительного и дешевого метода разделения нанотрубок по типу

проводимости имеет большое прикладное значение. Кроме того, исследование

процесса разделения углеродных нанотрубок и разработка нового метода также

ценны с точки зрения фундаментальной науки, так как могут привести к лучшему

5

пониманию адсорбционных процессов на неподвижной фазе в колоночной хроматографии. Выделение и характеризация фракций углеродных нанотрубок, обогащенных нанотрубками с определенной хиральностью и типом проводимости, полученных при разделении, имеет важное значение для последующего создания композитных материалов, обладающих требуемыми свойствами. Изучение влияние размеров, образуемых углеродными нанотрубками агломератов, на проводящие свойства дисперсионно наполненных полимерных композитов является важной исследовательской задачей. Решение данной задачи способно пролить свет на природу взаимодействия электромагнитного излучения с полимерными композитами, лучше понять причины, влияющие на диэлектрическую проницаемость композитов. Кроме того, решение данной задачи способно повлиять на методологию изготовления полимерных композитов с углеродными наночастицами.

В отличие от одномерных нанотрубок, структурирование полимеров двумерными наполнителями такими как графен и его производные, открывает дополнительные возможности в получении материалов с заданными свойствами. В данном вопросе ключевую роль играет степень эксфолиированности графеновых материалов в полимерной матрице, что непосредственно влияет на свойства получаемого композита. Двумерные нанокомпозитные материалы, представляющих собой одноатомные листы оксида графена, с координационно-связанными наночастицами магнетита являются примером интересного наполнителя, который может быть ориентирован в пространстве под воздействие внешнего магнитного поля, открывая возможность получения анизотропных композитных материалов. Кроме того, изучение анизотропных композитов способно выявить процессы, стоящие за проводящими свойствами полимерных композитов, в частности, пролить свет на «модель микроконденсаторов», которая в последние годы часто упоминается в научной литературе.

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время в

научной литературе публикуется большое количество работ, посвященных

углеродным наноматериалам таким как оксид графена и углеродные нанотрубки.

Это связано с уникальными электрическими, механическими и оптическими

свойствами данных объектов исследования. Однако в настоящий момент остаётся

множество открытых вопросов и большой простор для исследования. До сих пор

нет эффективного решения актуальная задачи по разделению смесей углеродных

нанотрубок по типу проводимости. Особенно мало работ, посвященных длинным

углеродным нанотрубкам марки Tuball, которые в данный момент захватывают

рынок наноматериалов благодаря своей феноменально низкой стоимости. Текущие

методы разделения нанотрубок, описанные в литературе, отличаются низкой

производительностью и высокой ценой готового продукта. Работ, посвященных

изучению проводящих свойств полимерных композитов с углеродными

наночастицами много. Однако большинство авторов используют схожие

малоэффективные подходы как в изготовлении композитных материалов, так и в

интерпретации полученных экспериментальных данных. В литературе на раскрыта

роль агрегации углеродных нанотрубок в полимерной матрице на проводящие

свойства полимерных композитов. Большинство авторов избегают рассуждений по

данному вопросу, лишь демонстрируя свойства композитов. И эта тема требует

дополнительного исследования. Большинство работ по изготовлению полимерных

композитов с оксидом графена использует малоэффективный способ внедрения

оксида графена в матрицу, не обеспечивающий высокой степени

эксфолиированности графена, что открывает простор для изучения новых подходов

изготовления композитов с графеновыми наполнителями. Нами не обнаружено

работ по восстановлению оксида графена непосредственно в полимерной матрице.

Соответственно не исследованы физико-химические свойства композитов с

эпоксидной матрицей, содержащих восстановленный оксид графена с высокой

степенью эксфолиации. В литературе нет описания применения двумерных

наноструктурированных материалов, представляющие собой одноатомные листы

оксида графена, с координационно-связанными наночастицами магнетита в

7

качестве наполнителя для полимерных композитов. Несмотря на большое количество работ, посвященных полимерным композитам с оксидом графена, практически нет работ, описывающих изготовление и свойства объёмных анизотропных композитов

Цель и задачи исследования. Цель исследования заключалась в разработке способов получения и модификации одномерных и двумерных углеродных наноматериалов, оценке их функциональных свойств, и изготовлении на их основе полимерных композитных материалов.

Для достижения этой цели были решены следующий задачи:

- Разработка и оптимизация нового метода разделения производственной смеси одностенных углеродных нанотрубок марки Tuball на фракции, обогащенные нанотрубками со структурой, соответствующей металлическому и полупроводниковому типам проводимости.

- Изучение хирального состава и физико-химических свойств углеродных нанотрубок в особо чистых фракциях, полученных при разделении.

- Разработка способа окислительной модификации углеродных нанотрубок; получение и изучение проводящих свойств композитов, содержащих модифицированные углеродные нанотрубки в эпоксидной матрице. Изучение влияния степени агломерации нанотрубок в матрице на проводящие свойства композитов.

- Разработка способа химического восстановления оксида графена иодидом калия внутри эпоксидной матрицы, с сохранением высокой степени эксфолиации восстановленного оксида графена. Исследование физико-химических свойств получаемых жидких составов и твердых композитов.

- Синтез и характеризация двумерных наноструктурированных материалов на основе оксида графена и наночастиц магнетита.

- Разработка способа изготовления полимерного композитного материала на основе эпоксидной смолы с наноразмерным наполнителем «оксид графена/наночастицы магнетита», обладающего анизотропией проводящих свойств.

Научная новизна работы. Разработанный метод разделения углеродных нанотрубок марки Tuball с использованием химически модифицированного хлопка в качестве неподвижной фазы в хроматографической колонке является принципиально новым и уникальным решением проблемы. Ранее использование хлопка и любых иных производных целлюлозы для решения подобных задач в литературе не упоминается. Известные способы разделения УНТ основаны на использовании принципиально иных дорогостоящих материалов. Модификация хлопка представляет частичную этерификацию в смеси серной и азотной кислот. Модификация хлопка, обеспечивающая наиболее эффективное деление соответствует образованию азотнокислого сложного эфира целлюлозы со степенью этерификации, при которой в молекуле целлюлозы одна гидроксильная группа замещена сложным эфиром азотной кислоты. При такой степени этерификация обеспечивается селективная адсорбция УНТ с металлическим типом проводимости на поверхности модифицированного хлопка при элюировании раствором додецил сульфата натрия. Пропускание через колонку дисперсии УНТ в растворах различных ПАВ и последующее элюирование растворами разных ПАВ обеспечивает возможность последовательного получения двух и более фракций УНТ, различающихся по строению и типу проводимости.

Предложен способ химической модификации углеродных нанотрубок, позволивший впервые достичь равномерного распределения нанотрубок в эпоксидной смоле с сохранением низкой степени агрегации. Впервые экспериментально продемонстрировано влияние степени агрегации модифицированных УНТ в эпоксидной матрице на проводящие свойства композитов. Установлено, что, вопреки ожиданиям, значения диэлектрической

проницаемости изготавливаемых композитов повышаются со степенью агрегированности УНТ в образце.

Впервые были изготовлены полимерные композиты на основе эпоксидной смолы с восстановленным оксидом графена, в которых восстановление оксида графена было проведено непосредственно в жидкой смоле, благодаря чему в композитах сохраняется высокая степень эксфолиации восстановленного оксида графена. Экспериментально определена оптимальная температура восстановления оксида графена йодидом калия в жидкой эпоксидной смоле, обеспечивающая наибольшие значения диэлектрической проницаемости отверждённых композитов.

Проведен синтез двумерных нанокомпозитных материалов, представляющих собой одноатомные листы оксида графена, с координационно-связанными наночастицами магнетита. Впервые были изготовлены твердые полимерные композиты на основе эпоксидной смолы с нанокомпозитом оксид графена/наночастицы магнетита, обладающие анизотропией проводящих свойств, обусловленной ориентацией двумерных листов оксида графена в полимерной матрице.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанный в работе новый метод разделения углеродных нанотрубок по типу проводимости углубляет понимание взаимодействия углеродных нанотрубок, опутанных молекулами ПАВ, с поверхностью модифицированного хлопка. Новый метод разделения углеродных нанотрубок обладает практической значимостью, так как превосходит известные в литературе аналоги по эффективности, производительности и стоимости и, потому, может найти применение в реальном секторе экономики. На способ разделения углеродных нанотрубок с применением модифицированной целлюлозы получен патент РФ.

Результаты исследования влияния размеров агломератов углеродных нанотрубок углубляют понимание природы поляризации диэлектрических полимерных композитов с проводящими включениями. Полученные результаты

способствуют разработке технологии изготовления композитов с заданными свойствами. Представленные в работе твердые полимерные композиты на основе силиконового эластомера с длинными углеродными нанотрубками марки Tuball продемонстрировали высокие и контролируемые значения диэлектрической проницаемости, что выгодно отличает их относительно литературных аналогов. Данное обстоятельство подразумевает возможное практическое применение данных материалов.

Новый метод изготовления эпоксидных композитов с восстановленным оксидом графена, сохраняющим высокую степень эксфолиации в полимерной матрице, обеспечивает повышение вязкости жидких составов и проводящих свойства твердых композитов. Экспериментально определенные оптимальные параметры восстановления оксида графена в жидкой эпоксидной смоле облегчают разработку новых композитов с восстановленным оксидом графена.

Разработанный в работе метод изготовления анизотропных композитных материалов с оксидом графена позволяет создавать новые материалы с наведенной анизотропией свойств, ранее не описанные в литературе. Новые анизотропные эпоксидные композиты, содержание нанокомпозит оксида графена с наночастицами магнетита, обладают повышенными проводящими свойствами в выделенном направлении, что выгодно отличает их относительно материалов, описанных в литературе.

Методология и методы исследования. В работе получил дальнейшее развитие разработанный ранее подход жидкофазного введения оксида графена в эпоксидную матрицу с разработкой способа его термического и химического восстановления в полимерной матрице. Кроме того, в диссертации впервые было использовано колоночное разделение углеродных нанотрубок с неподвижной фазой из модифицированного хлопка.

Полученные результаты анализировались на основе широкого привлечения литературных и собственных данных, накопленных в НИЛ «Перспективные

углеродные наноматериалы» КФУ В работе были использованы такие экспериментальные приемы и методы, как термогравиметрия, оптическая микроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния света, электронная сканирующая микроскопия, ИК-спектроскопия с Фурье преобразованием, просвечивающая электронная микроскопия, атомно силовая микроскопия, фотолюминесцентный анализ, спектроскопия света УФ-видимой области. Диэлектрических свойств полимерных композитов измеряли методом импеданса с использованием анализатора импеданса Novocontrol BDS Concept-80 и сетевой анализатор PNA-X N5247A. Реологические свойства жидких составов измеряли с помощью реометра DHR-2.

Положения, выносимые на защиту:

- Метод разделения одностенных углеродных нанотрубок Tuball на фракции, обогащенные нанотрубками с металлическим и полупроводниковым типом проводимости.

- Строение и физико-химические свойства нанотрубок в отдельных особо чистых фракциях, описанные с использованием комплекса инструментальных методов.

- Способ химической модификации углеродных нанотрубок с целью их равномерного распределения в эпоксидной смоле.

- Влияние степени агрегации углеродных нанотрубок в полимерной матрице на диэлектрическую проницаемость композитов; рекордные значения диэлектрической проницаемости композитов непроводящий полимер/нанотрубки при низком содержании проводящего наполнителя в полимерной матрице.

- Способ химического восстановления оксида графена, находящегося в объеме жидкой эпоксидной смолы в высоко эксфолиированном состоянии, обеспечивающий сохранение высокоэксфолиированного состояния и наибольшие значения диэлектрической проницаемости получаемого композита.

- Синтез и строение двумерных нанокомпозитных материалов, представляющих собой одноатомные листы оксида графена, с координационно-связанными наночастицами магнетита.

- Способ изготовления полимерного композита на основе эпоксидной смолы с наполнителем «оксид графена/магнетит», обладающего выраженной анизотропией электрических свойств.

Личный вклад автора состоит в анализе литературных данных, разработке нового метода по разделению углеродных нанотрубок (УНТ), подготовке дисперсий УНТ в растворах ПАВ для разделения, химической модификации хлопка, проведении процесса разделения дисперсий УНТ колоночной хроматографией, характеризации разделенных фракций УНТ с помощью спектрофотометрии УФ-видимой области и спектроскопии комбинационного рассеяния света, обработке и анализе экспериментальных данных, синтезе оксида графена, изготовлении композитов с оксидом графена и эпоксидной смолой, подготовки образцов для реологических измерений, подготовки образцов для анализа с помощью электронной микроскопии, проведении окислительной модификации УНТ, характеризации модифицированных УНТ с помощью термогравиметрии и спектроскопии комбинационного рассеяния света, разработки метода контроля степени агломерации УНТ, изготовлении композитов с модифицированными УНТ в эпоксидной смоле, изготовлении анизотропных композитов с оксидом графена в эпоксидной смоле, подготовке научных публикаций по теме исследования, оформлении графических материалов и подготовке диссертационной работы.

Степень достоверности результатов исследования. Развитые в работе

методологические подходы и критический анализ результатов эксперимента

гарантировали получение высокоточной и достоверной информации об

исследованных системах. Достоверность результатов исследования

подтверждается согласованностью данных, полученных с использованием

различных методов характеризации получаемых материалов. Все результаты,

представленные в данной работе, являются воспроизводимыми. Все образцы

13

полимерных композитов были изготовлены как минимум в трёх экземплярах. Результаты измерения свойств образцов принимались достоверными только в случае незначительного расхождения в свойствах образцов с одной серии. Все данные многократно перепроверялись, а сомнительные результаты отбраковывались.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: международная онлайн конференции «ACNS'2021 15th International Conference Advanced Carbon NanoStructures Online Conference» (Казань, 2021 г.); «Итоговая научная конференция сотрудников химического института им. А.М. Бутлерова за 2021» (Казань, 2022 г.); «V Всероссийская с международным участием школа-конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2022 г.), XXXII Российская молодёжная научная конференция с международным участием «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2023 г.), 15-я Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» CFPMST 2023» (Москва, 2023 г.).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных изданиях из перечня Министерства науки и высшего образования РФ, а также в научных изданиях, индексируемых в международных базах данных Web of Science и Scopus, 1 патент РФ, материалы и тезисы 5 докладов на конференциях различного уровня. Соавторами публикаций являются научный руководитель, д.х.н. заведующий НИЛ «Перспективные углеродные наноматериалы» КФУ Димиев А.М., к.х.н., старший научный сотрудник Галялтдинов Ш.Ф., к.х.н., старший научный сотрудник Брусько В.В., к.х.н., старший научный сотрудник, доцент Ханнанов А.А., к.ф.-м.н., доцент Лунев И.В., к.х.н., Солодов А.Н., инженер Прыткова А.В., Вахитов И.Р., Валимухаметова А.Р., Сурнова А.В.

Объём и структура работы Диссертационная работа изложена на 162 страницах, содержит 3 таблицы, 54 рисунка, 122 библиографические ссылки. Основными разделами работы являются: введение, литературный обзор, экспериментальная часть, обсуждение результатов и заключение.

В первой главе представлен литературный обзор, посвященный особенностям углеродных наноматериалов и свойствам полимерных композитов на их основе. Приводятся структурные особенности одностенных углеродных нанотрубок, способы их разделения, свойства оксида графена. Данные углеродные наноматериалы могут служить перспективным наполнителем для создания полимерных композитов. Обсуждаются растворители для диспергирования оксида графена и его последующего введения в полимерную матрицу. Анализируется влияние содержания нанотрубок и степени их агрегирования на диэлектрические свойства композитов. И наконец, приводятся способы достижения анизотропии электрических свойств полимерных композитов.

Во второй главе описаны материалы, их синтез и методы исследования, применявшиеся в настоящей работе.

Третья глава посвящена анализу полученных экспериментальных данных. Описан способ химической модификации хлопка и характеризация модифицированного продукта. Описывается исследование процесса адсорбции углеродных нанотрубок, связанных с молекулами ПАВ, к химически модифицированному хлопку. Изучается хиральный состав и физико-химические свойства нанотрубок в отдельных особо чистых фракциях. Разделенные по хиральному составу углеродные нанотрубки характеризуются с помощью спектральных методов. Описываются разработанные способы внедрения УНТ в полимерную матрицу. Приводятся проводящие свойства полученных полимерных композитов на основе силиконового полимера с одностенными длинными углеродными нанотрубками в широком диапазоне частот. Описывается влияние степени агрегации наполнителя на свойства композитов с углеродными нанотрубками в эпоксидной смоле. Исследуется влияние температуры химического

15

восстановления оксида графена, находящегося в жидкой эпоксидной смоле, на проводящие свойства наполненных эпоксидных композитов. Приводятся способ изготовления и свойства полимерных композитов на основе эпоксидной смолы с наполнителем «оксид графена/наночастицы магнетита», обладающего выраженной анизотропией проводящих свойств.

Работа выполнена в НИЛ «Перспективные углеродные наноматериалы» и на кафедре неорганической химии Химического института им. А.М. Бутлерова ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет».

Диссертационная работа была выполнена при поддержке грантов РНФ (грант № 21-73-20024), (грант №16-13-10291). Измерения диэлектрической проницаемости были проведены в институте физики КФУ доцентом к.н. Луневым И.В.; измерения магнитных свойств образцов были проведены в институте физики КФУ научным сотрудником НИЛ «Гетероструктуры для посткремниевой электроники» Вахитовым И.Р.; реологические измерения были проведены на кафедре неорганической химии химического института им. Бутлерова КФУ д.х.н., профессором Амировой Л.М.; исследования методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии проведены в Междисциплинарном центре Аналитической микроскопии КФУ Роговым А. М. и к.б.н. Евтюгиным В.Г.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Особенности одностенных углеродных нанотрубок и методы их

разделения

Углеродные нанотрубки (УНТ) - это наноразмерные частицы на основе углерода, которые обладают рядом выдающихся свойств, в частности значительной электрической проводимостью, а также крайне высокой удельной прочностью. Первые упоминания углеродных нанотрубок в научных публикациях были еще в 50-70х годах 20 века [1,2]. С момента открытия углеродных нанотрубок они вызывают высокий научный интерес. Количество публикаций, где в качестве объектов исследования используют УНТ или композиты на основе УНТ, растет и по сей день. Благодаря выдающимся свойствам УНТ их применение перспективно в самых разных областях промышленности, например в области материаловедения, медицине, химической промышленности, электронике. Однако, несмотря на перспективные свойства и повышенный интерес к УНТ, их применение до сих пор затруднено, поэтому исследование УНТ является актуальной задачей.

Углеродные нанотрубки можно представить, как свёрнутый в цилиндр (трубку) лист графена. Кристаллическая структура графена, как и УНТ, представлена в виде атомов углерода, соединенных в шестигранные соты. В такой структуре атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации. sp2-гибридизация приводит к п-электронному сопряжению, определяющему уникальную природу проводимости углеродных наноматериалов. Именно эта п-сопряженная структура отвечает за высокую проводимость графена. Диаметр УНТ может колебаться от одного нм до нескольких десятков нм для многостенных УНТ, однако длина УНТ может достигать нескольких десятков микрон. Поэтому можно считать, что УНТ - это одномерный материал. УНТ разделяют на 2 категории: многостенные УНТ (МУНТ) и одностенные УНТ (ОУНТ). МУНТ представляют из себя вложенные друг в друга углеродные цилиндры разного диаметра с кристаллической решеткой графена, такая структура самопроизвольно образуется в процессе синтеза МУНТ. МУНТ и ОУНТ различаются по методу синтеза,

свойствам и области потенциального применения. Вероятно, использование ОУНТ более перспективно, например в микроэлектронике. Однако у применения ОУНТ есть свои недостатки и технологические сложности. В данной диссертационной работе объектом изучения являются именно ОУНТ ввиду их более высоких перспектив и более низкой разработанности темы в научной литературе.

Отдельные УНТ могут отличаться друг от друга по длине, диаметру, наличию примесей, а также по хиральности. Хиральность УНТ не является свойством молекулы не совмещаться в пространстве со своим зеркальным отражением, как это принято в химии. В контексте обсуждения УНТ хиральность определяет угол ориентации графитовой плоскости, формирующей УНТ, по отношению к оси трубки. Хиральность УНТ значительно влияет на электропроводящие свойства УНТ, что крайне важно в некоторых областях применения. К сожалению, в реальности невозможно получить УНТ строго заданной хиральности. Хиральность УНТ удобнее всего представить в виде вектора, по которому загнут лист графена (рис. 1.)

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хамидуллин Тимур Ленарович, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ

1. Радушкевич Л.В. О структуре углерода, образующегося при термическом разложении окиси углерода на железном контакте / Радушкевич Л.В., Лукьянович В.М. // Журнал Физической Химии. - 1952. - Vol. 26, - P. 88-95.

2. A. Oberlin. Filamentous growth of carbon through benzene decomposition / A. Oberlin, M. Endo, T. Koyama // Journal of Crystal Growth. - 1976. - Vol. 32, P. 335349.

3. Miyake T. Band-gap formation in (n, 0) single-walled carbon nanotubes (n= 9, 12, 15, 18): A first-principles study / Miyake T., Saito S. // Phys. Rev. B. - 2005. - Vol. 72, №. 7.

4. . Matsuda Y. Definitive Band Gaps for Single-Wall Carbon Nanotubes / Matsuda Y., Tahir-Kheli J., Goddard W.A.I.I.I. // The Journal of Physical Chemistry Letters. American Chemical Society. - 2010. - Vol. 1, № 19. P. 2946-2950.

5. Baughman R.H. Carbon nanotubes--the route toward applications / Baughman R.H., Zakhidov A.A., De Heer W.A. // science. American Association for the Advancement of Science. - 2002. - Vol. 297, № 5582. P. 787-792.

6. Wu Z. Transparent, conductive carbon nanotube films. / Z. Wu, Z. Chen, X. Du, J. M. Logan, J. Sippel, M. Nikolou, K. Kamaras, J.R. Reynolds, D.B. Tanner, A.F. Hebard, A.G. Rinzler // Science. American Association for the Advancement of Science.

- 2004. Vol. 305, № 5688. P. 1273-1276.

7. Hecht D.S. Emerging transparent electrodes based on thin films of carbon nanotubes, graphene, and metallic nanostructures. / Hecht D.S., Hu L., Irvin G. // Advanced materials. Wiley Online Library. - 2011. Vol. 23, № 13. P. 1482-1513.

8. Cao Q. Medium-scale carbon nanotube thin-film integrated circuits on flexible plastic substrates. / Q. Cao, H. Kim, N. Pimparkar, J. P. Kulkarni, C. Wang, M. Shim, K. Roy, M. A. Alam, J. A. Rogers // Nature. Nature Publishing Group UK London.

- 2008. Vol. 454, № 7203. P. 495-500.

9. Park S. A review of fabrication and applications of carbon nanotube film-based flexible electronics. / Park S., Vosguerichian M., Bao Z. // Nanoscale. Royal

Society of Chemistry. - 2013. Vol. 5, № 5. P. 1727-1752.

10. Behabtu N. Strong, light, multifunctional fibers of carbon nanotubes with ultrahigh conductivity. / N. Behabtu, C. C. Young, D. E. Tsentalovich, O. Kleinerman, X. Wang, A. W. K. Ma, E. A. Bengio, R. F. ter Waarbeek, J. J. de Jong, R. E. Hoogerwerf, S. B. Fairchild, J. B. Ferguson, B. Maruyama, J. Kono, Y. Talmon, Y. Cohen, M. J. Otto, and M. Pasquali // science. American Association for the Advancement of Science. -2013. Vol. 339, № 6116. P. 182-186.

11. Behabtu N. Carbon nanotube-based neat fibers. / Behabtu N., Green M.J., Pasquali M. // Nano today. Elsevier. - 2008. Vol. 3, № 5-6. P. 24-34.

12. Tans S.J. Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube. / Tans S.J., Verschueren A.R.M., Dekker C. // Nature. Nature Publishing Group UK London. - 1998. Vol. 393, № 6680. P. 49-52.

13. Hasan M.T. Multi-drug/gene NASH therapy delivery and selective hyperspectral NIR imaging using chirality-sorted single-walled carbon nanotubes. / M. T. Hasan, E. Campbell, O. Sizova, V. Lyle, G. Akkaraju, D. L. Kirkpatrick, A. V. Naumov. // Cancers. MDPI. - 2019. Vol. 11, № 8. P. 1175.

14. Khazi-Syed A. Single-walled carbon nanotube-assisted antibiotic delivery and imaging in S. epidermidis strains addressing antibiotic resistance. / A. Khazi-Syed, Md T. Hasan, E. Campbell, R. Gonzalez-Rodriguez, A. V. Naumov // Nanomaterials. MDPI. - 2019. Vol. 9, № 12. P. 1685.

15. Arnold M.S. Sorting carbon nanotubes by electronic structure using density differentiation. / M. S. Arnold, A. A. Green, J. F. Hulvat, S. I. Stupp, M. C. Hersam. // Nature nanotechnology. Nature Publishing Group UK London. - 2006. Vol. 1, № 1. P. 60-65.

16. Arnold M.S. Enrichment of Single-Walled Carbon Nanotubes by Diameter in Density Gradients. / Arnold M.S., Stupp S.I., Hersam M.C. // Nano Letters. American Chemical Society. - 2005. Vol. 5, № 4. P. 713-718.

17. Fagan J.A.. Centrifugal length separation of carbon nanotubes. / J. A. Fagan, M. L. Becker, J. Chun, P. Nie, B. J. Bauer, J. R. Simpson, A. Hight-Walker, E. K. Hobbie. // Langmuir. ACS Publications. - 2008. Vol. 24, № 24. P. 13880-13889.

18. Bonaccorso F. Density gradient ultracentrifugation of nanotubes: Interplay of bundling and surfactants encapsulation. / F. Bonaccorso, T. Hasan, P. H. Tan, C. Sciascia, G. Privitera, G. Di Marco, P. G. Gucciardi, A. C. Ferrari. // The Journal of Physical Chemistry C. ACS Publications. - 2010. Vol. 114, № 41. P. 17267-17285.

19. Han Li. Separation of Small-Diameter Single-Walled Carbon Nanotubes in One to Three Steps with Aqueous Two-Phase Extraction. / Han Li, G. Gordeev, O. Garrity, S. Reich, B. S. Flavel. // ACS Nano. American Chemical Society. - 2019. Vol. 13, № 2. P. 2567-2578.

20. Fagan J.A. Aqueous two-polymer phase extraction of single-wall carbon nanotubes using surfactants. / Fagan J.A. // Nanoscale Advances. Royal Society of Chemistry. - 2019. Vol. 1, № 9. P. 3307-3324.

21. Podlesny B., Shiraki T., Janas D. One-step sorting of single-walled carbon nanotubes using aqueous two-phase extraction in the presence of basic salts // Scientific Reports. 2020. Vol. 10, № 1. P. 9250.

22. Eremina V.A. Separation and optical identification of semiconducting and metallic single-walled carbon nanotubes. / Eremina V.A., A. Eremina, P. A. Obraztsov, P. V. Fedotov, A. I. Chernov, E. D. Obraztsova. // physica status solidi (b). Wiley Online Library. - 2017. Vol. 254, № 5. P. 1600659.

23. Liu L. et al. Separation of metallic and semiconducting single-wall carbon nanotubes using sodium hyodeoxycholate surfactant. / L. Liu, X. Wei, Z. Yao, X. Li, W. Wang, Y. Wang, W. Zhou, F. Xiong, H. Kataura, S. Xie, and H. Liu. // The Journal of Physical Chemistry C. ACS Publications. - 2022. Vol. 126, № 7. P. 3787-3795.

24. Xu Z. A Molecular Simulation Probing of Structure and Interaction for Supramolecular Sodium Dodecyl Sulfate/Single-Wall Carbon Nanotube Assemblies. / Xu Z., Yang X., Yang Z. // Nano Letters. American Chemical Society. - 2010. Vol. 10, № 3. P. 985-991.

25. Silvera-Batista C.A. et al. A Mechanistic Study of the Selective Retention of SDS-Suspended Single-Wall Carbon Nanotubes on Agarose Gels. / C. A. Silvera-Batista, D. C. Scott, S. M. McLeod, K. J. Ziegler. // The Journal of Physical Chemistry C. American Chemical Society. - 2011. Vol. 115, № 19. P. 9361-9369.

26. Kim S. Gel Chromatography for Separation of Single-Walled Carbon Nanotubes. / Kim S., Kim W.-J. // Gels. MDPI. - 2022. Vol. 8, № 2. P. 76.

27. Tanaka T. Simple and scalable gel-based separation of metallic and semiconducting carbon nanotubes. / T. Tanaka, H. Jin, Y. Miyata, S. Fujii, H. Suga, Y. Naitoh, T. Minari, T. Miyadera, K. Tsukagoshi, and H. Kataura. // Nano Letters. ACS Publications. - 2009. Vol. 9, № 4. P. 1497-1500.

28. Liu H. Large-scale single-chirality separation of single-wall carbon nanotubes by simple gel chromatography. / H. Liu, D. Nishide, T. Tanaka, H. Kataura. // Nature communications. Nature Publishing Group UK London. - 2011. Vol. 2, № 1. P. 309.

29. Kleshch V.I. A Comparative Study of Field Emission From Semiconducting and Metallic Single-Walled Carbon Nanotube Planar Emitters. / V. I. Kleshch, V. A. Eremina, P. Serbun, A. S. Orekhov, D. Lützenkirchen-Hecht, E. D. Obraztsova, A. N. Obraztsov. // physica status solidi (b). Wiley Online Library. - 2018. Vol. 255, № 1. P. 1700268.

30. Turek E. Probing the mechanics of aqueous two-phase extraction using large diameter single-walled carbon nanotubes. / E. Turek, T. Wasiak, G. Stando, D. Janas. // Nanotechnology. IOP Publishing. - 2018. Vol. 29, № 40. P. 405704.

31. Krestinin A. V. Characterization of SWCNT products manufactured in Russia and the prospects for their industrial application. / A. V. Krestinin, N. N. Dremova, E. I. Knerel'man, L. N. Blinova, V. G. Zhigalina, N. A. Kiselev. // Nanotechnologies in Russia. Springer. - 2015. Vol. 10. P. 537-548.

32. Maus C. OCSiAl L. TUBALL Single Wall Carbon Nanotubes: A New Additive for Thermoplastics. / Maus C. // Soc. Plast. Eng. - 2017. P. 2193.

33. Erickson K. Determination of the local chemical structure of graphene oxide and reduced graphene oxide. / K. Erickson, R. Erni, Z. Lee, N. Alem, W. Gannett, A. Zettl. // Advanced materials. Wiley Online Library. - 2010. Vol. 22, № 40. P. 4467-4472.

34. Dave S.H. Chemistry and structure of graphene oxide via direct imaging. / S. H. Dave, C. Gong, A. W. Robertson, J. H. Warner, J. C. Grossman. // ACS nano. ACS Publications. - 2016. Vol. 10, № 8. P. 7515-7522.

35. Grote F. Thermal Disproportionate of Oxo-Functionalized Graphene. / F. Grote, C. Gruber, F. Borrnert, U. Kaiser,. S. Eigler. // Angewandte Chemie International Edition. Wiley Online Library. - 2017. Vol. 56, № 31. P. 9222-9225.

36. Eigler S., Dimiev A.M. Graphene Oxide: Fundamentals and Applications. 2016. Print ISBN:9781119069409, 175 p.

37. Димиев А.М. Оксид графена: механизм образования, структура и химические свойства: Диссертация доктора химических наук: 02.00.21, 02.00.01 / Димиев А.М. - Казань, 2022. - 206 с.

38. Lerf A. Structure of graphite oxide revisited. / A. Lerf, H. He, M. Forster, J. Klinowski. // The Journal of Physical Chemistry B. ACS Publications. - 1998. Vol. 102, № 23. P. 4477-4482.

39. Paredes J.I. Graphene oxide dispersions in organic solvents. / J. I. Paredes, S. Villar-Rodil, A. Martínez-Alonso, J. M. D. Tascón. // Langmuir. ACS Publications. -2008. Vol. 24, № 19. P. 10560-10564.

40. Jalili R. Organic Solvent-Based Graphene Oxide Liquid Crystals: A Facile Route toward the Next Generation of Self-Assembled Layer-by-Layer Multifunctional 3d Architectures. / R. Jalili, S. H. Aboutalebi, D. Esrafilzadeh, Ko. Konstantinov, S. E. Moulton, J. M. Razal, G. G. Wallace. // ACS Nano. - 2013. Vol. 7. P. 3981.

41. Gudarzi M.M. Spontaneous exfoliation of graphite oxide in polar aprotic solvents as the route to produce graphene oxide-organic solvents liquid crystals. / Gudarzi M.M., Moghadam M.H.M., Sharif F. // Carbon. Elsevier. - 2013. Vol. 64. P. 403415.

42. Konios D. Dispersion behaviour of graphene oxide and reduced graphene oxide. / D. Konios, M. M. Stylianakis, E. Stratakis, E. Kymakis. // Journal of colloid and interface science. Elsevier. - 2014. Vol. 430. P. 108-112.

43. Tesfai W. Rheology and microstructure of dilute graphene oxide suspension. / Tesfai W., Sing P., Shatilla Y., Muhammad Z. Abdala A. A. // Journal of nanoparticle research. Springer. - 2013. Vol. 15. P. 1-7.

44. Reis T.M.C. Graphene oxide dispersion in epoxy resin prepared by direct phase transfer from ethanol: Rheology and aging. / T.M.C. Reis, V.G. de Castro, L. G.

152

Amurin, G. G. Silva. // Composites Part C: Open Access. - 2023. Vol. 10. P. 100340.

45. Amirova L. Homogeneous liquid phase transfer of graphene oxide into epoxy resins. / Amirova L., Surnova A., Balkaev D., Musin D., Amirov R., Dimiev A M // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2017. Vol. 9. P. 11909.

46. Bortz D.R. Impressive fatigue life and fracture toughness improvements in graphene oxide/epoxy composites. / Bortz D.R., Heras E.G., Martin-Gullon I. // Macromolecules. ACS Publications. - 2012. Vol. 45, № 1. P. 238-245.

47. Wan Y.-J. et al. Grafting of epoxy chains onto graphene oxide for epoxy composites with improved mechanical and thermal properties. / Y.J. Wan, L.C. Tang, L.X. Gong, D. Yan, Y..B Li, L..B Wu, J.X. Jiang, G.Q. Lai. // Carbon. Elsevier. - 2014. Vol. 69. P. 467-480.

48. Li Z. Control of the functionality of graphene oxide for its application in epoxy nanocomposites. / Z. Li, R. Wang, R.J. Young, L. Deng, F. Yang, L. Hao, W. Jiao, W. Liu. // Polymer. Elsevier. - 2013. Vol. 54, № 23. P. 6437-6446.

49. Jiang T. Enhanced mechanical properties of silanized silica nanoparticle attached graphene oxide/epoxy composites^. / T. Jiang, T. Kuila, N.H. Kim, B.C. Ku, J.H. Lee. // Composites Science and Technology. Elsevier. - 2013. Vol. 79. P. 115-125.

50. Wei Y. Influence of graphene oxide with different oxidation levels on the properties of epoxy composites. / Y. Wei, X. Hu, Q. Jiang, Z. Sun, P. Wang, Y. Qiu, W. Liu // Composites Science and Technology. - 2018. Vol. 161. P. 74-84.

51. Yao X. Comparison of carbon nanotubes and graphene oxide coated carbon fiber for improving the interfacial properties of carbon fiber/epoxy composites. / X. Yao, X. Gao, J. Jiang, C. Xu, C. Deng, J. Wang // Composites Part B: Engineering. Elsevier. -2018. Vol. 132. P. 170-177.

52. Yan H. Self-assembly of carbon nanomaterials onto carbon fiber to improve the interfacial properties of epoxy composites. / H. Yan, D. Hu, Y. Dai, X. Zhang, H. Yuan, W. Li, X. Huang, Y. Tan // Journal of Materials Science & Technology. - 2023. Vol. 161. P. 44-49.

53. Boughias O. Field Effect Transistors Based on Composite Films of Poly (4-vinylphenol) with ZnO Nanoparticles. / O. Boughias, M.S. Belkaid, R. Zirmi, T. Trigaud,

153

B. Ratier, N. Ayoub // Journal of Electronic Materials. Springer. - 2018. Vol. 47. P. 24472453.

54. James D.K. Graphene: powder, flakes, ribbons, and sheets. / James D.K., Tour J.M. // Accounts of chemical research. ACS Publications. - 2013. Vol. 46, № 10. P. 2307-2318.

55. Younes H. Gradient 3D-printed honeycomb structure polymer coated with a composite consisting of Fe3O4 multi-granular nanoclusters and multi-walled carbon nanotubes for electromagnetic wave absorption. / H Younes, R. Li, S.E. Lee, Y.K. Kim, D. Choi // Synthetic Metals. - 2021. Vol. 275. P. 116731.

56. Pawar S.P. Extraordinary synergy in attenuating microwave radiation with cobalt-decorated graphene oxide and carbon nanotubes in polycarbonate/poly (styrene-co-acrylonitrile) blends. / Pawar S.P., Bose S. // ChemNanoMat. Wiley Online Library. -2015. Vol. 1, № 8. P. 603-614.

57. Ismail M.M. Electromagnetic interference shielding and microwave absorption properties of cobalt ferrite CoFe2O4/polyaniline composite. / M.M. Ismail, S.N. Rafeeq, J.M.A. Sulaiman, A. Mandal // Applied Physics A. - 2018. Vol. 124, № 5. P. 380.

58. Panda S. Polydimethylsiloxane-Multiwalled Carbon Nanotube Nanocomposites as Dielectric Materials: Frequency, Concentration, and Temperature-Dependence Studies. / Panda S., Goswami S., Acharya B. // Journal of Electronic Materials. - 2019. Vol. 48, № 5. P. 2853-2864.

59. Wang F. Dielectric properties of epoxy composites with modified multiwalled carbon nanotubes. / F Wang, J.W. Wang, S. Li, J. Xiao // Polymer Bulletin. - 2009. Vol. 63, № 1. P. 101-110.

60. Dash K. Fabrication of thermoplastic polyurethane and polyaniline conductive blend with improved mechanical, thermal and excellent dielectric properties: exploring the effect of ultralow-level loading of SWCNT and temperature. / Dash K., Hota N.K., Sahoo B.P. // Journal of Materials Science. - 2020. Vol. 55, № 26. P. 1256812591.

61. Dimiev A. Permittivity of dielectric composite materials comprising

154

graphene nanoribbons. the effect of nanostructure. / A. Dimiev, D. Zakhidov, B. Genorio, K. Oladimeji, B. Crowgey, L. Kempel, E. J. Rothwell, J. M. Tour // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2013. Vol. 5. P. 7567.

62. Dimiev A. Low-loss, high-permittivity composites made from graphene nanoribbons. / A Dimiev, W. Lu, K. Zeller, B. Crowgey, L.C. Kempel, J.M. Tour // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2011. Vol. 3. P. 4657.

63. Liu P. Mechanical, thermal and dielectric properties of graphene oxide/polyimide resin composite. / Liu P., Yao Z., Zhou J. // High Perform. Polym. -2016. Vol. 28. P. 1033.

64. Sharmila T.K.B. Mechanical, thermal and dielectric properties of hybrid composites of epoxy and reduced graphene oxide/iron oxide. / T.K.B. Sharmila, J.V. Antony, M.P. Jayakrishnan, P.M.S. Beegum, E.T. Thachil // Materials & Design. - 2016. Vol. 90. P. 66-75.

65. Cai C. Enhanced Electromechanical Properties of Three-Phased Polydimethylsiloxane Nanocomposites via Surface Encapsulation of Barium Titanate and Multiwalled Carbon Nanotube with Polydopamine. / C. Cai, T. Chen, X. Chen, Y. Zhang, X. Gong, C. Wu, T. Hu // Macromolecular Materials and Engineering. John Wiley & Sons, Ltd. - 2021. Vol. 306, № 6. P. 2100046.

66. Lopes B.H.K. X Band electromagnetic property influence of multi-walled carbon nanotube in hybrid MnZn ferrite and carbonyl iron composites. / B.H.K. Lopes, R.C. Portes, M.A. do Amaral Junior, D.E. Florez-Vergara, A.M. Gama, V.A. Silva // Journal of Materials Research and Technology. - 2020. Vol. 9, № 2. P. 2369-2375.

67. Jun Y. Enhanced electrical and mechanical properties of graphene nano-ribbon/thermoplastic polyurethane composites. / Y. Jun, S. Habibpour, M. Hamidinejad, M.G. Park, W. Ahn, A. Yu, C.B. Park // Carbon. - 2021. Vol. 174. P. 305-316.

68. Shang S. Enhancement of dielectric permittivity in carbon nanotube/polyvinylidene fluoride composites by constructing of segregated structure. / Shang S., Tang C., Jiang B., Song J., Jiang B., Zhao K., Liu Y., Wang X. // Composites Communications. - 2021. Vol. 25. P. 100745.

69. Yuan J.K. Giant dielectric permittivity nanocomposites: Realizing true

155

potential of pristine carbon nanotubes in polyvinylidene fluoride matrix through an enhanced interfacial interaction. / J.K. Yuan, S.H. Yao, Z.M. Dang, A. Sylvestre, M. Genestoux, J. Bai // J. Phys. Chem. C. - 2011. Vol. 115. P. 5515.

70. Grossiord N. On the Crucial Role of Wetting in the Preparation of Conductive Polystyrene-Carbon Nanotube Composites. / N. Grossiord, H.E. Miltner, J. Loos, J. Meuldijk, B. Van Mele, C.E. Koning // Chemistry of Materials. American Chemical Society. - 2007. Vol. 19, № 15. P. 3787-3792.

71. Li J. Correlations between percolation threshold, dispersion state, and aspect ratio of carbon nanotubes. / J. Li, P.C. Ma, W.S. Chow, C.K.. To, B.Z. Tang, J.K. Kim // Advanced Functional Materials. Wiley Online Library. - 2007. Vol. 17, № 16. P. 32073215.

72. Bal S. Carbon nanotube reinforced polymer composites—A state of the art. / Bal S., Samal S.S. // Bulletin of Materials Science. - 2007. Vol. 30, № 4. P. 379-386.

73. Bergman D.J. Critical Behavior of the Complex Dielectric Constant near the Percolation Threshold of a Heterogeneous Material. / Bergman D.J., Imry Y. // Physical Review Letters. American Physical Society. - 1977. Vol. 39, № 19. P. 1222-1225.

74. Feldman Y. Dielectric relaxation phenomena in complex materials. / Feldman Y., Puzenko A., Ryabov Y. // Fractals, Diffusion, and Relaxation in Disordered Complex Systems: Advances in Chemical Physics, Part A. John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, NJ, USA. - 2006. Vol. 133. P. 1-125.

75. Dang Z.M. Giant dielectric permittivities in functionalized carbon-nanotube/electroactive-polymer nanocomposites. / Z.M. Dang, L. Wang, Y.I. Yin, Q. Zhang, Q.Q. Lei // Adv. Mater. - 2007. Vol. 19. P. 852.

76. Wu C. Hyperbranched-polymer functionalization of graphene sheets for enhanced mechanical and dielectric properties of polyurethane composites. / C. Wu, X. Huang, G. Wang, X. Wu, K. Yang, S. Li, .P Jiang // J. Mater. Chem. - 2012. Vol. 22. P. 7010.

77. Yuan J.K. High Dielectric Permittivity and Low Percolation Threshold in Polymer Composites Based on Sic-Carbon Nanotubes Micro/Nano Hybrid. / Yuan, J. K., Li W. L., Yao S. H., Lin Y. Q., Sylvestre A., Bai J. // Appl. Phys. Lett. - 2011. Vol. 98.

156

P. 32901.

78. Luo H. Methoxypolyethylene glycol functionalized carbon nanotube composites with high permittivity and low dielectric loss. / H. Luo, Z. Wu, C. Chen, C. Ma, K. Zhou, D. Zhang // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. Elsevier. - 2016. Vol. 86. P. 57-65.

79. Song Y. Self-orientation of graphite-nanoplates induces anisotropy of nanoplates-epoxy composites. / Y. Song, C. Yang, D. Liu, Y. Lin, C.W. Nan // Ceramics International. - 2012. Vol. 38. P. S91-S94.

80. Liu C. Origin of Increasing Dielectric Constant at Lower Percolation Threshold through Controlling Spatial Distribution of Carbon Nanotubes in Epoxy Resin with Microwave-Assisted Thermal Curing Technique. / C. Liu, L. Zheng, L. Yuan, Q. Guan, A. Gu, G. Liang // The Journal of Physical Chemistry C. American Chemical Society. - 2016. Vol. 120, № 50. P. 28875-28885.

81. Luo F. Anisotropic thermal conductivity and flame retardancy of nanocomposite based on mesogenic epoxy and reduced graphene oxide bulk. / F. Luo, K. Wu, H. Guo, Q. Zhao, M. Lu // Composites Science and Technology. - 2016. Vol. 132. P. 1-8.

82. Chen Y. Electric Field-Induced Assembly and Alignment of Silver-Coated Cellulose for Polymer Composite Films with Enhanced Dielectric Permittivity and Anisotropic Light Transmission. / Y. Chen, Y. Liu, Y. Xia, X. Liu, Z. Qiang, J. Yang, B. Zhang, Z. Hu, Q. Wang, W. Wu, Y. Duan // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2020. Vol. 12. P. 24242.

83. Solodov A. Magneto-Optical Properties of the Magnetite-Graphene Oxide Composites in Organic Solvents. / A. Solodov, V. V. Neklyudov, J. Shayimova, R. R. Amirov, A. M. Dimiev // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2018. Vol. 10. P. 40024.

84. Kiiamov A. Determination of the Size of Complex Iron Oxide Nanoparticles Using Various Physical Experimental Methods. / A.G. Kiiamov, A.G. Ivanova, A.N. Solodov, M.A. Cherosov, D.A. Tayurskii, A. Khannanov // Coatings. - 2023. Vol. 13. P. 1589.

85. Wen X. Preparation of Monodisperse Magnetite Nanoparticles under Mild

157

Conditions. / X. Wen, J. Yang, B. He, Z. Gu // Curr. Appl. Phys. - 2008. Vol. 8. P. 535.

86. Jiang W. Effect of Sodium Oleate as a Buffer on the Synthesis of Superparamagnetic Magnetite Colloids. / W. Jiang, Y. Wu, B. He, X. Zeng, K. Lai, Z. Gu // J. Colloid Interface Sci. - 2010. Vol. 347. P. 1.

87. Khamidullin T. Simple, cost-efficient and high throughput method for separating single-wall carbon nanotubes with modified cotton. Khamidullin T., Galyaltdinov S., Valimukhametova A., Brusko V., Khannanov A., Maat S., Kalinina I., Dimiev A.M. // Carbon. - 2021 - V. 178. - P. 157-163.

88. Wei X. Single-Chirality Separation and Optical Properties of (5,4) SingleWall Carbon Nanotubes. / Wei X., Tanaka T., Akizuki N., Miyauchi Y., Matsuda K., Ohfuchi M., Kataura H. // The Journal of Physical Chemistry C. American Chemical Society. - 2016. Vol. 120, № 19. P. 10705-10710.

89. Alvarez L. Resonant Raman study of the structure and electronic properties of single-wall carbon nanotubes. / Alvarez L., Righi A., Guillard T., Rols S., Anglaret E., Laplaze D., Sauvajol J. L. // Chemical Physics Letters. - 2000. Vol. 316. P. 186-190.

90. Pimenta M.A. Raman modes of metallic carbon nanotubes. / M.A. Pimenta, A. Marucci, S.A. Empedocles, M.G. Bawendi, E.B. Hanlon, A.M. Rao, P.C. Eklund // Physical Review B. American Physical Society. - 1998. Vol. 58, № 24. P. R16016-R16019.

91. Dimiev A.M. Revisiting the Mechanism of Oxidative Unzipping of Multiwall Carbon Nanotubes to Graphene Nanoribbons. / A.M. Dimiev, A. Khannanov, I. Vakhitov, A. Kiiamov, K. Shukhina, J.M. Tour // ACS Nano. American Chemical Society. - 2018. Vol. 12, № 4. P. 3985-3993.

92. Gudarzi M.M. Graphene Oxide: Fundamentals and Applications. / Gudarzi M.M., Aboutalebi S.H., Sharif F., (eds A.M. Dimiev and S. Eigler). - 2016. 314 p.

93. Canfado L.G. Quantifying Defects in Graphene via Raman Spectroscopy at Different Excitation Energies. / L.G. Canfado, A. Jorio, E.H.M. Ferreira, F. Stavale, C.A. Achete, R.B. Capaz, M.V.O. Moutinho // Nano Letters. American Chemical Society. -2011. Vol. 11, № 8. P. 3190-3196.

94. Lucchese M.M. Quantifying ion-induced defects and Raman relaxation

158

length in graphene. / M.M. Lucchese, F. Stavale, E.H.M. Ferreira, C. Vilani, M.V.O. Moutinho, R.B. Capaz, C.A. Achete // Carbon. - 2010. Vol. 48, № 5. P. 1592-1597.

95. King A.A.K. A New Raman Metric for the Characterisation of Graphene oxide and its Derivatives. / A.A.K. King, B.R. Davies, N. Noorbehesht, P. Newman, T.L. Church, A.T. Harris, J.M. Razal // Scientific Reports. - 2016. Vol. 6, № 1. P. 19491.

96. A. K Jonscher. Dielectric relaxation in solids. / A. K Jonscher // Journal of Physics D: Applied Physics. - 1999. Vol. 32, № 14. R57.

97. Galyaltdinov S. High permittivity polymer composites on the basis of long single-walled carbon nanotubes: the role of the nanotube length. Galyaltdinov S., Lounev I., Khamidullin T., Hashemi S.A., Nasibulin A., Dimiev A.M. // Nanomaterials. - 2022 -V. 12, N 19. Art. N 3538

98. Zhang Z. Dielectric properties of carbon nanotube/silicone elastomer composites. / Z. Zhang, S. Sun, L. Liu, K. Yu, Y. Liu, J. Leng // Proc SPIE. 2009. - Vol. 7493.

99. Pantazi A. Dielectric properties of multiwall carbon nanotube-red silicone rubber composites. / A Pantazi, S. Palade, C. Berbecaru, M. Purica // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. - 2015. Vol. 17. P. 1319-1324.

100. Zhao K. Layered composites composed of multi-walled carbon nanotubes/manganese dioxide/carbon fiber cloth for microwave absorption in the X-band. / K. Zhao, S. Gupta, C. Chang, J. Wei, N.H. Tai // RSC Advances. The Royal Society of Chemistry. - 2019. Vol. 9, № 33. P. 19217-19225.

101. Li Q. Large dielectric constant of the chemically functionalized carbon nanotube/polymer composites. / Q. Li, Q. Xue, L. Hao, X. Gao, Q. Zheng // Composites Science and Technology. - 2008. Vol. 68, № 10. P. 2290-2296.

102. Wang L. Carbon nanotube composites with high dielectric constant at low percolation threshold. / Wang L., Dang Z. M. // Applied Physics Letters. - 2005. Vol. 87, № 4. P. 42903.

103. Puértolas J.A. Dielectric behavior and electrical conductivity of PVDF filled with functionalized single-walled carbon nanotubes. / J.A. Puértolas, J.F. García-García, F.J. Pascual, J.M. González-Domínguez, M.T. Martínez // Composites Science and

159

Technology. - 2017. Vol. 152. P. 263-274.

104. Cole R.H. On the analysis of dielectric relaxation measurements. / Cole R.H. // J. Chem. Phys. - 1955. Vol. 23. P. 493.

105. Sotiropoulos A. Carbon nanotubes films in glass fiber polymer matrix forming structures with high absorption and shielding performance in X-Band. / A. Sotiropoulos, S. Koulouridis, A. Masouras, V. Kostopoulos, H.T. Anastassiu // Composites Part B: Engineering. - 2021. Vol. 217. P. 108896.

106. Kasgoz A. Compositional and structural design of thermoplastic polyurethane/carbon based single and multi-layer composite sheets for high-performance X-band microwave absorbing applications. / Kasgoz A., Korkmaz M., Durmus A. // Polymer. - 2019. Vol. 180. P. 121672.

107. da Silva V.A. S-parameters, electrical permittivity, and absorbing energy measurements of carbon nanotubes-based composites in X-band. / da Silva V.A., Rezende M.C. // Journal of Applied Polymer Science. Wiley Online Library. - 2021. Vol. 138, № 7. P. 49843.

108. Shayesteh Zeraati A. Effect of secondary filler properties and geometry on the electrical, dielectric, and electromagnetic interference shielding properties of carbon nanotubes/polyvinylidene fluoride nanocomposites. / A. Shayesteh Zeraati, A. Mende Anjaneyalu, S.P. Pawar, A. Abouelmagd, U. Sundararaj // Polymer Engineering & Science. Wiley Online Library. - 2021. Vol. 61, № 4. P. 959-970.

109. Lee S.E. Fabrication and design of multi-layered radar absorbing structures of MWNT-filled glass/epoxy plain-weave composites. / Lee S.E., Kang J.H., Kim C.G. // Composite Structures. - 2006. Vol. 76, № 4. P. 397-405.

110. Dimiev A.M. Polymer composites comprising single-atomic-layer graphenic conductive inclusions and their unusual dielectric properties. Dimiev A.M., Lounev I., Khamidullin T., Surnova A., Valimukhametova A., Khannanov A. // The Journal of Physical Chemistry C. - 2020 - V. 124, N. 25. - P. 13715-13725

111. Wang Z. Graphene oxide filled nanocomposite with novel electrical and dielectric properties. / Z. Wang, J.K. Nelson, H. Hillborg, S. Zhao, L.S. Schadler // Adv. Mater. - 2012. Vol. 24. P. 3134.

112. Wang D. Improved dielectric properties of nanocomposites based on poly(vinylidene fluoride) and poly(vinyl alcohol)-functionalized graphene. / D. Wang, Y. Bao, J.W. Zha, J. Zhao, Z.M. Dang, G.H. Hu // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2012. Vol.

4. P. 6273.

113. Chen Y. Preparation of solution-processable reduced graphene oxide/polybenzoxazole nanocomposites with improved dielectric properties. / Y. Chen,

5. Zhang, X. Liu, Q. Pei, J. Qian, Q. Zhuang, Z. Han // Macromolecules. - 2015. Vol. 48. P. 365.

114. Li M. Fabrication of two-dimensional hybrid sheets by decorating insulating PANI on reduced graphene oxide for polymer nanocomposites with low dielectric loss and high dielectric constant. / M. Li, X. Huang, C. Wu, H. Xu, P. Jiang, T. Tanaka // J. Mater. Chem. - 2012. Vol. 22. P. 23477.

115. Cho S. Poly(vinylidene fluoride)/NH2-treated graphene nanodot/reduced graphene oxide nanocomposites with enhanced dielectric performance for ultrahigh energy density capacitor. / Cho S., Lee J.S., Jang J. // ACS Appl. Mater. Interfaces. -2015. Vol. 7. P. 9668.

116. Liu H. Controllable reduction of graphene oxide and its application during the fabrication of high dielectric constant composites. / H. Liu, P. Xu, H. Yao, W. Chen, J. Zhao, C. Kang, Z. Bian, L. Gao, H. Guo // Appl. Surf. Sci. - 2017. Vol. 420. P. 390.

117. Zhang T. Grafting of polystyrene onto reduced graphene oxide by emulsion polymerization for dielectric polymer composites: High dielectric constant and low dielectric loss tuned by varied grafting amount of polystyrene. / T. Zhang, W. Huang, N. Zhang, T. Huang, J. Yang, Y. Wang // Eur. Polym. J. - 2017. Vol. 94. P. 196.

118. Tong W. Achieving significantly enhanced dielectric performance of reduced graphene oxide/polymer composite by covalent modification of graphene oxide surface. / W. Tong, Y. Zhang, Q. Zhang, X. Luan, Y. Duan, S. Pan // Carbon. - 2015. Vol. 94. P. 590.

119. Dimiev A.M. Intrinsic insertion limits of graphene oxide into epoxy resin and the dielectric behavior of composites comprising truly 2D structures. / A.M. Dimiev, A. Surnova, I. Lounev, A. Khannanov // J. Phys. Chem. C. - 2019. Vol. 123. P. 3461.

120. Valles C. The rheological behaviour of concentrated dispersions of graphene oxide. / C. Valles, R.J. Young, D.J. Lomax, I.A. Kinloch // J. Mater. Sci. - 2014. Vol. 49. P. 6311.

121. Valles C. Effect of the C/O ratio in graphene oxide materials on the reinforcement of epoxy-based nanocomposites. / C. Valles, F. Beckert, L. Burk, R. Mülhaupt, R.J. Young, I.A. Kinloch // J. Polym. Sci. Part B. - 2016. Vol. 54. P. 281.

122. Khamidullin T. Graphene oxide-epoxy composites with induced anisotropy of electrical properties. Khamidullin T., Lounev I., Solodov A., Vakhitov I., Hasemi S.A., Dimiev A.M. // The Journal of Physical Chemistry C. - 2021 - V. 125, N 48. - P. 2682326831