Теплофизические и прочностные свойства композиционных материалов на основе 1d и 2d наноуглеродов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.21, кандидат наук Возняковский Алексей Александрович

• Возняковский Алексей Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Возняковский Алексей Александрович

Введение

ГЛАВА 1ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Методы синтеза и свойства углеродных наноматериалов

1.2 Полимерные композиционные материалы с углеродными нанотрубками

1.3 Полимерные композиционные материалы с графеновыми нанопластинами

1.4 Композиционные материалы на основе алюминия

1.5 Металлокомпозиты с углеродными нанотрубками

1.6 Металлокомпозиты с графеновыми нанопластинами

1.7 Выводы из литературного обзора

ГЛАВА 2 СИНТЕЗ ГРАФЕНОВЫХ НАНОПЛАСТИН ИЗ ПРИРОДНЫХ

БИОПОЛИМЕРОВ МЕТОДОМ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА И ИХ ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ

2.1 Синтез графеновых нанопластин из природных биополимеров методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

2.2 Характеризация графеновых нанопластин синтезированных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из природных биополимеров

ГЛАВА 3 ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ СОДЕРЖАЩИЕ В КАЧЕСТВЕ ДОБАВКИ ГРАФЕНОВЫЕ НАНОПЛАСТИНЫ И УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ

3.1 Синтез полимерных композиционных материалов с добавками графеновых нанопластин и углеродных нанотрубок

3.2 Прочностные и теплофизические свойства композиционных материалов состава бутадиен-нитрильный каучук - углеродные нанотрубки

3.3 Прочностные и теплофизические свойства композиционных материалов

состава бутадиен-нитрильный каучук - графеновые нанопластины

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СОСТАВА АЛЮМИНИЙ - УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ

4.1 Синтез углеродных нанотрубок на поверхности частиц алюминия

4.2 Спекание при высоких давлениях и температурах композиционного материала алюминий - углеродные нанотрубки

4.3 Методика градуировки давления в камере высокого давления

4.4 Исследование твердости и теплопроводности композиционного материала состава алюминий - углеродные нанотрубки

ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СОСТАВА АЛЮМИНИЙ - ГРАФЕНОВЫЕ НАНОПЛАСТИНЫ

5.1 Синтез композиционных материалов состава алюминий-графеновые нанопластины

5.2 Исследование твердости и теплопроводности композиционных материалов состава алюминий-графеновые нанопластины

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теплофизические и прочностные свойства композиционных материалов на основе 1d и 2d наноуглеродов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Современное материаловедение -материаловедение композиционных материалов. Сочетание разнородных веществ (наполнителя и матрицы) приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. При этом конечные свойства композиционных материалов в одинаковой степени зависят как от свойств матрицы, так и от свойств наполнителя. Варьированием соотношения матрицы и наполнителя можно получать широкий спектр материалов с требуемым набором свойств.

В последние два десятилетия в качестве наполнителей особенно активно используются наноматериалы, то есть материалы, размеры частиц которых находятся в области наноразмеров. Соответственно, композиционные материалы с их использованием получили название нанокомпозитов.

Сложившаяся практика разработки нанокомпозитов показывает, что наиболее часто в качестве наполнителей применяют аллотропные формы наноуглерода с Бр2 гибридизацией атомов углерода: фуллерены (0Б), нанотрубки (Ш) и графеновые наноструктуры (2Б).

К настоящему времени опубликовано большое количество работ, результаты которых подтверждают перспективность введения в объем металлической или полимерной матрицы наноуглеродов для получения композиционных материалов со значительно улучшенным, по сравнению с ненаполненным материалом, комплексом эксплуатационных параметров - т.н. перспективность достижения эффекта усиления. Однако, анализ полученных результатов по влиянию различных наноуглеродов на одну и ту же матрицу показывает, что они плохо воспроизводятся при межлабораторных исследованиях, а порой и противоречат друг другу.

Соответственно, экспериментаторам становится все более очевидным, что невозможно выбрать один какой-либо универсальный наполнитель, который

обеспечивал бы эффект усиления для любой произвольно выбранной матрицы. Это всегда феноменологический, интуитивно практически не предсказуемый выбор. Таким образом, постановка работ, посвященных сопоставительным исследованиям влияния различных аллотропных форм наноуглерода на одну и ту же матрицу, является необходимым этапом дальнейшего развития практики создания нанокомпозитов с заранее заданным комплексом эксплуатационных параметров. Соответственно, при создании нанокомпозиционных материалов с использованием углеродных наноматериалов (УНМ), требуются дополнительные исследования, развивающие существующие подходы и методики создания композитов с реализованным эффектом усиления. К наиболее востребованным эксплуатационным параметрам материалов относятся их прочностные параметры и теплофизические свойства. Таким образом, исследования, посвященные изучению влияния модифицирующих добавок наноуглеродов на теплофизические свойства и прочностные параметры как полимерных нанокомпозитов, так и металломатричных композитов являются актуальной задачей.

Исследования по теме диссертации проводили в рамках грантов, в которых автор являлся руководителем: грант РФФИ №16-32-80092, грант У.М.Н.И.К (№ 3130ГУ1/2014 и № 9820ГУ2/2015) и грант фонда "Иннопрактика" (№005/Э/042017).

Степень разработанности темы исследования

Проведенный обзор литературы, посвященной методикам формирования и изучению свойств металл- и полимер-матричных композитов с УНМ показал, что существенная часть работ сфокусирована только на анализе комплекса конечных свойств нанокомпозитов. Такие же практически важные этапы работы как предварительная подготовка компонентов смеси, методики смешения и т.д. зачастую игнорируется или им не предается существенного значения. Так, в литературе нам не удалось найти упоминаний об использовании градуировки давления в камере пресса высокого давления, на основе зависимости температуры плавления материалов от приложенному к ним давлению.

Также большинство работ, посвященных синтезу УНМ, являются уточняющими и базируются на уже известных технологиях синтеза УНМ. В ходе литературного поиска нам не удалось найти работы, посвященные синтезу 2Э наноуглеродов из циклических биополимеров в рамках процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Цели и задачи

Цель диссертационной работы состояла в установлении основных закономерностей влияния Ш и 2Э УНМ на комплекс прочностных параметров и теплофизических свойств полимер - и металломатричных композиционных материалов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Разработать высокопроизводительную методику синтеза графеновых нанопластин (в англоязычной литературе §гарИепе папорЫе^Б, ГНП) - 2Б УНМ.

2. Разработать методики, подготовки частиц УНМ, обеспечивающие равномерное распределение добавок УНМ в матрице полимера и металла.

Разработать методики формирования металломатричных (на примере алюминия) и полимерных (на примере бутадиен-нитрильного каучука) и Ш и 2Э УНМ композиционных материалов с воспроизводимым комплексом свойств. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Экспериментально показана возможность синтеза 2Э углеродного материала, а именно графеновых нанопластин из сложноорганизованных природных полимеров в условиях процесса СВС.

2. Впервые экспериментально продемонстрировано, что эффективность использования Ш и 2Э углеродных наноматериалов в качестве модифицирующей добавки при создании композиционных материалов определяется структурными характеристиками их частиц и агрегатов.

3. Впервые установлено, что графеновые нанопластины не взаимодействуют с полимерной матрицей и распределяются по структурным дефектам, - центрам локального напряжения, что обеспечивает рост как прочностных, так и теплофизических характеристик.

4. Установлено, что синтез углеродных нанотрубок непосредственно на поверхности частиц алюминия позволяет получить металокомпозит с регулируемыми прочностными и теплофизические свойствами.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что:

1. Использование технически простой методики карбонизации биополимеров в условиях процесса СВС, для получения 2Э наноуглеродов создает реальные предпосылки для их внедрения в реальную практику материаловедения; при этом будет также решаться такая важная экологическая проблема как утилизации отвалов длительного хранения лигнина и коры.

2. Полученный в работе КМ состава низкомолекулярный бутадиен-нитрильный каучук/ГНП за счет своих улучшенных прочностных и триботехнических свойств, а также повышенной термостойкости и теплопроводности, может найти применение, помимо использования в клеевых композициях, также в качестве высокоэффективного конструкционного материала и защитного покрытия.

3. Полученные композиционные материалы состава алюминий/ГНП и алюминий/углеродные нанотрубки характеризуются сочетанием важными для практического применения в качестве конструкционного материала физических параметров, а именно: низкой плотностью, соразмеряемой с плотностью чистого алюминия (2,7 г/см3), высокой твердостью (до 2 раз выше твердости исходного алюминия), а также низкой теплопроводностью (до 9 раз ниже теплопроводности исходного алюминия). Исходя из этих параметров данные металлоуглеродные композиты являются перспективными для применения в качестве конструкционных материалов (корпусов электронной техники, в авиапромышленности, судостроении, автомобилестроении).

4. Разработанная в ходе выполнения работы технология компактирования металлокомпозитов с УНМ обеспечивает возможность получения готовых изделий непосредственно при прессовании, исключая этап механической обработки изделий.

5. Разработана методика градуировки давления в камере высокого давления по зависимости температуры плавления порошков металлов от прилагаемого давления, основанная на детектировании скачка теплопроводности при спекании материала (на основе алюминия).

Методология и методы исследования

Объектами исследования в работе выступали 1 и 2Э УНМ такие как ГНП и углеродные нанотрубки (УНТ), а также полимерные и металломатричные композиты на основе Ш и 2Б УНМ.

Полимерные композиты на основе бутадиен-нитрильного каучука изготовлялись в сотрудничестве с ФГУП "НИИСК". В качестве исходной металлической матрицы использовался порошок алюминия марки ПА-4 (размер частиц<64 мкм, ГОСТ 6058-73).

В работе использовались следующие методы и подходы: метод СВС, метод горячего прессования, метод порошкового смешения, сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), метод энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, метод рамановской спектроскопии, метод рентгеновской спектроскопии, метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, метод динамического светорассеяния, метод лазерной дифракции, метод ИК-Фурье спектрометрии, метод гидростатического взвешивания, метод газовой пикнометрии, метод многоточечной теории БЭТ, метод исследования теплопроводности с использованием лазерной вспышки и монотонного охлаждения, метод определения твердости Бринелля, метод диэлектрической спектроскопии. Измерения прочностных параметров полимеров проводилось на образцах, приготовленных согласно ГОСТ 270-75.

Вклад автора заключается в формулировке цели, определении задач исследования, проведении аналитического обзора литературы, планировании и проведении экспериментальных работ, а именно синтезе и характеризации графеновых наноструктур, синтезе и характеризации композиционных материалов на основе алюминия и характеризации композиционных материалов на основе низкомолекулярного бутадиен-нитрильного каучука, обобщении результатов, формулировке выводов и подготовке публикаций.

Положения, выносимые на защиту

1 Модель формирования графеновых нанопластин при карбонизации биополимеров в условиях процесса СВС.

2. Результаты исследования комплекса прочностных и теплофизических свойств КМ состава бутадиен-нитрильный каучук/УНТ и бутадиен-нитрильный каучук/ГНП.

3. Результаты исследования комплекса прочностных и теплофизических свойств КМ состава алюминий/УНТ и алюминий/ГНП.

4. Методика градуировки давления внутри камеры высокого давления.

Степень достоверности и апробация результатов Достоверность полученных в работе результатов и выводов обеспечивается использованием современных методов формирования и исследования полимерных и металлоуглеродных нанокомпозитов, подтверждается хорошей воспроизводимостью полученных результатов, согласованностью полученных экспериментальных данных при использовании независимых методов исследования и соответствием полученных результатов имеющимся литературным данным. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на 9 конференциях различного уровня.

По материалам диссертации опубликовано 24 работы: 9 статей; из них 4 статьи, входящих в базу данных WOS, 1 статья, входящая в базу данных Scopus, 3 статьи в рецензируемых журналах по списку ВАК РФ, 15 тезисов докладов на конференциях, 1 патент РФ на изобретение.

Результаты работы были удостоены 3-х премий правительства Санкт-Петербурга, а также стипендии президента РФ.

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, пяти глав, выводов, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и 2 приложений. Объем диссертационной работы составляет 118 листов, 8 таблиц, 71 рисунок. В работе использован 1 31 литературный источник.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Методы синтеза и свойства углеродных наноматериалов

Начиная с 2000 года в качестве добавок в композиционные материалы стали активно использоваться углеродные наноматериалы (УНМ). УНМ - это высокодисперсные 1D, 2D и 3D материалы, состоящие из атомов углерода, размеры которых хотя бы в одной плоскости имеют наноразмерную величину -(10-9 м). Интерес к наноматериалам обусловлен тем фактом, что при переходе к наноразмерам происходит качественное изменение физико—химических свойств материалов [1]. К УНМ можно отнести детонационные наноалмазы (ДНА), одностенные и многостенные углеродные нанотрубки (ОУНТ и МУНТ), фуллерены, а также графеновые наноматериалы [2], такие как, графен, оксид графена (ОГ), графеновые нанопластины (ГНП) и т.д. (рисунок 1).

Интерес к УНМ также обусловлен их рекордными характеристиками. Например, теплопроводность ДНА может быть оценена как типичная для монокристаллического алмаза (тип IIa), а именно 2000 Вт/(м К) при комнатной температуре [3], а его твердость может быть близка к 10 по шкале Мооса. Не менее интересны высокие механические свойства ОУНТ и МУНТ. Например, модуль упругости для ОУНТ составляет 2,8-3,6 ТПа и 1,7-2,4 ТПа для МУНТ [4], в то время как теплопроводность ОУНТ вдоль трубки оценивается в 3000 Вт/(м*К) [5]. Рассматривая свойства однослойного графена нужно отметить, что его теплопроводность составляет 5000 Вт/(м*К) [6], модуль Юнга составляет 1 ТПа [7], в то время как его удельная поверхность оценивается в 2630 м2/г [8]. Подобные характеристики делают УНМ идеальными наполнителями при создании КМ.

Первым известным наноуглеродом были детонационные наноалмазы - ДНА. ДНА впервые были синтезированы в 1962 при подрыве смесевых взрывчатых веществ году группой учёных ВНИИТФ (К.В. Волковым, В.В. Даниленко и В.И. Елиным) под руководством Е.И. Забабахина [12]. ДНА представляют из себя

частицы нанокристалов алмаза размером 1-10 нм, атомы углерода в которых находятся в 8р3 гибридизации [13]. На данный момент наноалмазы могут быть получены при механическом дроблении микроалмазов [14] и путем детонационного синтеза. Схема установки для детонационного синтеза наноалмазов представлена на рисунке 2.

а - ДНА, линейная шкала - 20 нм; б - УНТ [9], линейная шкала - 50 нм; в - ГНП [10], линейная шкала - 2 мкм; г - фуллерены [11], линейная шкала - 5 нм Рисунок 1 - Изображения углеродных наноматериалов

Рисунок 2 - Схема установки детонационного синтеза наноалмазов [15]

Следующим важным этапом химии и физики наноуглеродов было открытие группой исследователей - Роберт Кёрл, Харольд Крото, Ричард Смолли, Хит О'Брайен - фуллеренов в 1985 году [16]. Было показано, что фуллерены представляют собой молекулы состава Сп, где п>20 и состоят из замкнутых выпуклых многогранников с пяти- и шестиугольными гранями (за редкими исключениями) [17]. Основным методом синтеза фуллеренов до сих пор является электродуговой метод синтеза, схема которого представлена на рисунке 3.

К недостаткам электродугового метода относится низкий процент выхода фуллеренов (не более 20% от массы графита), а также необходимость разделения синтезированных фуллеренов на фракции (в первую очередь на С60 и С70). Все это делает себестоимость фуллеренов слишком высокой и не позволяет надеяться

на их внедрение в промышленность до открытия более производительных методик синтеза.

1 - графитовые электроды, 2 - охлаждаемая медная шина, 3 - медный кожух, 4 -

прижимной механизм Рисунок 3 - Электродуговой метод синтеза фуллеренов (установка Кретчмера—

Хаффмана) [18]

В 1991 году Сумио Ииджимой (8.1у1та) была описана еще одна аллотропная форма наноуглерода - углеродные нанотрубки. УНТ представляют собой полые стержни состоящих из гексагонов, в вершинах которых находятся атомы углерода и диаметром до нескольких десятков нанометров [19].

Для синтеза УНТ можно использовать такие методы как дуговой синтез, лазерный синтез и т.д. Однако, эти методы являются технически сложными и малопроизводительными. Поэтому наибольшее распространение получил метод синтеза УНТ, основанный на химическом осаждении кластеров углерода из газовой фазы (ХОГФ). Схема установки представлена на рисунке 4.

Регулируя условия проведения ХОГФ процесса (металл—катализатор, температуру и время синтеза, тип углеродсодержащего газа) исследователи могут получать УНТ с нужными характеристиками (количество слоев, длина) [21].

Необходимо отметить, что, в зависимости от технологии синтеза, могут быть получены как одностенные (ОУНТ), так и многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ). Сейчас еще невозможно обосновать какой вид нанотрубок окажется предпочтительным для использования в материаловедении. До недавнего времени преимуществом МУНТ была хорошая проработка технологии их синтеза и, соответственно, в отличие от ОУНТ, приемлемая для реального применения цена. Однако, разработка в 2013 году российской фирмой "ОС81ЛГ (г. Новосибирск) высокопроизводительной технологии синтеза одностенных углеродных нанотрубок нивелировала этот недостаток, что сделало целесообразным постановку работ по применению ОУНТ в реальном материаловедении.

Рост УНТ

подложка с катализатором

кварцевая трубка

Рисунок 4 - Схема синтеза УНТ методом ХОГФ [20]

Последним к настоящему времени достижением физики и химии наноуглеродов является получение 2D наноуглеродов - графеновых структур. В случае 2D наноуглеродов сложно отметить определенную дату их открытия. Так, первая работа по получению графеновых структур опубликована Хаммерсом еще в 1958 г., т. е. задолго до открытия других аллотропных форм наноуглерода. Однако, до 2004 г. графен не привлекал какого-либо значительного внимания исследователей. И только отмеченные Нобелевской премией пионерские работы Гейма и Новоселова по получению графена механической эксфолиацией графита дали старт многочисленным исследованиям, посвященным как отработке методов его получения, так и поиску перспективных областей его применения. Современные методики получения двумерных углеродных структур, в подавляющем большинстве случаев, основаны на эксфолиации природного графита. Понятно, что данный способ является достаточно трудоемким и малопроизводительным. Соответственно, получаемый таким методом графен отличается дороговизной, что практически исключает его применение в реальной практике. как разработке новых методик синтеза, так и поиску областей применения графена.

Рассматривая методики синтеза графеновых наноструктур, можно выделить 2 основных подхода: «сверху - вниз» (top—down) и «снизу - вверх» (bottom—up). Сам графен представляет из себя плоский слой sp2-гибридных атомов углерода толщиной в один атом, образующих гексагональную решетку. Под графеновыми наноструктурами же понимают материалы, состоящие из 2—100 графеновых слоев [2]. В случае синтеза графеновых наноструктур по методу" сверху-вниз" синтез происходит путем выделения графеновых структур из уже готовых материалов, в первую очередь из графита. Сюда можно отнести отделение графена с помощью скотча, эксфолиация из графита с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ультразвукового (УЗ) облучения, а также восстановление окисленного по методу Хаммерса графита. В случае синтеза графеновых наноструктур по методу «снизу-вверх» синтез происходит путем

сборки графеновых структур из углеродсодержащих кластеров. К этому подходу относят ХОГФ метод синтеза, а также эпитаксиальный рост. На рисунке 5 и 6 представлены основные методики синтеза графеновых наноструктур с использованием подхода «сверху вниз» и «снизу-вверх».

Рисунок 5 - Методы синтеза графеновых наноструктур [22]

графеновые плоскости (линейные размеры 1*10" нм-30 мкм) высокое качество материала низкая производительность дороговизна оборудования Невозможность получения материала в виде порошка

Рисунок 6 - Методы синтеза графеновых наноструктур [22]

Главным преимуществом методов, основанных на подходе «сверху- вниз», является их высокая производительность, дешевизна и относительная техническая простота. Однако, данные методики не позволяют получать малослойные, высококачественные, с воспроизводимыми свойствами, графеновые структуры. Подход «снизу-вверх», наоборот, позволяет синтезировать высококачественные графеновые наноструктуры и строго контролировать их конечные свойства. Однако, такой подход является существенно менее производительным и более дорогим.

Следует отменить, что на данный момент развития методик синтеза УНМ исследователям приходиться выбирать между сложной или дорогостоящей методикой синтеза УНМ, которая позволяет синтезировать качественный материал и дешевой и масштабируемой технологией, но не позволяющей получать материал высокого качества.

1.2 Полимерные композиционные материалы с углеродными нанотрубками

Использование УНТ в качестве наполнителей в полимерных композитах позволяет достичь существенного роста прочностных параметров [23, 24]. Следует отменить, что свойства конечных полимерных композитов сильно зависят от свойств самих УНТ, а именно, от количества слоев в УНТ, их химической чистоты, от длины и дефектности УНТ, от состава поверхностных групп и т.д.

Например, в работе [25] используя 1 масс. % функционализированных ОУНТ авторы сумели достичь роста модуля Юнга на 70% и роста прочности на разрыв на 270%.

В работе [26] авторы исследовали влияния времени и мощности УЗ обработки во время смешения МУНТ и эпоксидной матрицы на прочностные свойства конечного композита. Регулируя с помощью УЗ обработки морфометрические свойства МУНТ авторам удалось достичь роста модуля Юнга на 46% и прочности на разрыв на 15,7%.

В работе [27] авторы исследовали влияние функционализированных МУНТ на комплекс прочностных свойств эпоксидной матрицы. Было установлено, что добавление до 5 масс. % функционализированных УНТ приводит к росту модуля Юнга на 41% и прочности на разрыв на 33% (рисунок 7). Следует отметить, что при повышении концентрации МУНТ более 1% вместо дальнейшего роста комплекса прочностных свойств происходит их постепенное падение.

Рисунок 7 - Зависимость модуля Юнга и прочности на разрыв от концентрации МУНТ [27]

Однако, использование УНТ при создании полимерных композиционных материалов пока не привело к качественному изменению теплофизических свойств (в первую очередь теплопроводности) полученных полимерных композитов. Так, в работе [28] добавление небольших объемов (менее 2 масс. %) ОУНТ и МУНТ в полиуретан привело к росту теплопроводности с 0,1 Вт/(м*К) до 0,19 Вт/(м*К) (рисунок 8).

Рисунок 8 - Зависимость теплопроводности КМ на базе полиуретана в зависимости от концентрации ОУНТ и МУНТ [28]

Схожий результат был достигнут в работе [29] в которой теплопроводность полимерного композита, модифицированного МУНТ не превысила 0,30 Вт/(м*К). Полученные экспериментальные данные по теплопроводности полимерных композиционных материалов модифицированных углеродными нанодобавками не согласуются с расчетами по моделям, что показано в обзоре [30].

Несоответствие результатов расчетов теплопроводности по моделям с получаемыми экспериментальными данными также было отмечено в работе [31], где отличие между расчётными и экспериментальными значениями достигало 20—40%. Такое отличие ожидаемых результатов от эксперимента и несовпадение практических данных с теоретическими расчетами объясняются сложной структурой полимерного композита и говорит о том, что данный вопрос требует дальнейшего изучения Так, например, появляются факторы смачиваемости УНТ полимером, равномерности распределения УНТ по объему, ее предварительная подготовка и т.д. Так, в работе [32] показано влияние химической и механической

предварительной подготовки одностенных углеродных нанотрубок на теплопроводность полимерного композита.

Из представленных данных видно, что в отличие от металлокомпозитов, в случае полимерных матриц введение УНТ приводит к росту не только прочностных параметров, но и к росту теплопроводности. Однако, полученные экспериментальные данные по теплопроводности на порядок отличаются от теоретических значений.

1.3 Полимерные композиционные материалы с графеновыми

нанопластинами

ГНП, как и УНТ, активно используются для улучшение прочностных и теплофизических свойств полимерных матриц [33, 34].

В работе [35] смешивая до 10 масс. % ГНП с термопластичным эластомером и полипропиленом в двухшнековом экструдере с последующим литьем под давлением авторам удалось достичь роста модуля Юнга для термопластического полимера до 6 раз и до 2 раз для полипропилена.

В работе [36] в качестве исходной матрицы авторы использовали поливиниловый спирт, который был модифицирован до 3 масс. % графена. Графен для исследований был синтезирован путем восстановления оксида графена. Авторы установили, что добавление графена позволило повысить сопротивление излому до 2,2 раз, предел текучести при растяжении до 2,1 раз.

В работе [37] для модификации полипропилена авторы использовали до 3 масс. % ГНП. Синтез образцов производился путем смешения исходной матрицы с ГНП в двухшнековом экструдере. Авторами было установлено, что введение ГНП позволило повысить модуля Юнга на 39%.

В работе [38] авторы исследовали влияние различных методик смешения ГНП с эпоксидной матрицей на прочностные свойства композита. Концентрация ГНП составляла не более 2 масс. %. В результате подбора методик смешения

авторам удалось достичь роста предела прочности при растяжении до 41% и до 19% модуля упругости. Авторы отметили, что увеличение концентрации ГНП свыше 1 масс. % не приводит к дальнейшему росту характеристик композита.

В работе [39] авторы исследовали влияние ГНП на комплекс прочностных и теплофизических свойств эпоксидной матрицы. Концентрация ГНП не превышала 3 масс. %. Авторы установили, что введение ГНП приводит к незначительному росту прочностных свойств, а оптимальная концентрация ГНП не превышает 1 масс. %. Однако, в случае теплофизических характеристик повышение массовой доли ГНП свыше 1 масс. % является целесообразной и позволяет достичь роста теплопроводности до 2 раз.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Возняковский Алексей Александрович, 2021 год

Список литературы

1. Штыков, С. Н. Наноматериалы и нанотехнологии в химических и биохимических сенсорах: возможности и области применения / С. Н. Штыков, Т. Ю. Русанова // Российский химический журнал. — 2008. — Т. 52. — №. 2.

— С. 375—397.

2. ISO/TS 80004—13:2017, Nanotechnologies — Vocabulary — Part 13: Graphene and

related two—dimensional (2D) materials, 2017.

3. Speight, J. G. Lange's Handbook of Chemistry, 16th ed. / J. G. Speight — New York:

McGrawHill, 2004. — 1608 P.

4. Lourie, O. Effect of thermomechanical stress on the Raman spectrum of embedded

carbon nanotubes / O. Lourie, H. D. Wagner // Journal of Materials Research. — 1998. — V. 13. — №9. — P. 2418—2422.

5. Pop, E. Thermal Conductance and Thermopower of an Individual Single—Wall

Carbon Nanotube / E. Pop, D. Mann, Q. Wang, K. Goodson, H. Dai // Nano Letters.

— 2006. — V. 6. — P. 96—100.

6. Balandin, A. A. Superior thermal conductivity of single—layer graphene / A. A.

Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao, C. N. Lau // Nano letters. — 2008. — V. 8. — №. 3. — P. 902—907.

7. Lee, C. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer

graphene / C. Lee, X. Wei, J. W. Kysar, J. Hone // science. — 2008. — V. 321. — №. 5887. — P. 385—388.

8. Zhu, Y. Graphene and graphene oxide: synthesis, properties, and applications / Y.

Zhu, S. Murali, W. Cai, X. Li, J. W. Suk, J. R. Potts, R. S. Ruoff // Advanced materials. — 2010. — V. 22. — №. 35. — P. 3906—3924.

9. Liu, Z. Transmission electron microscopy imaging of individual functional groups of

fullerene derivatives / Z. Liu, M. Koshino, K. Suenaga, A. Mrzel H. Kataura, S. Iijima // Physical review letters. — 2006. — V. 96. — №. 8. — P. 53-61.

10. Fatima, S. The high photocatalytic activity and reduced band gap energy of La and Mn co—doped BiFeO 3/graphene nanoplatelet (ГНП) nanohybrids / S. Fatima, S. I.

Ali, M. Z. Iqbal, S. Rizwan // RSC Advances. — 2017. — V. 7. — №. 57. — P. 35928—35937.

11. Wang, X. Enhanced protective coatings based on nanoparticle fullerene C60 for oil & gas pipeline corrosion mitigation / X. Wang, F. Tang, X. Qi, Z. Lin, D. Battocchi, X. Chen // Nanomaterials. — 2019. — V. 9. — №. 10. — P. 1476.

12. Даниленко, В. В. Из истории открытия синтеза наноалмазов / В. В. Даниленко // Физика твердого тела. — 2004. v Т. 46. — №. 4. — С. 581-584.

Даниленко, В. В. Из истории открытия синтеза наноалмазов / В. В. Даниленко //Физика твердого тела. - 2004. - Т. 46. - №. 4. - С. 581-584.

13. Долматов, В. Ю. Детонационные наноалмазы. Получение, свойства, применение / В. Ю. Долматов — Санкт—Петербург: из-во НПО «Профессионал», 2011. — 536 С.

14. Osawa, E. Monodisperse single nanodiamond particulates / E. Osawa // Pure and Applied Chemistry. — 2008. — V. 80. — №. 7. — P. 1365—1379.

15. Долматов, В. Ю. Детонационные наноалмазы: синтез, строение, свойства и применение / В. Ю. Долматов // Успехи химии. — 2007. — Т. 76. — №. 4. — С. 375—397.

16. Kroto, H. W. C60: Buckminsterfullerene / H. W. Kroto, J. R. Heath, S. C. O'Brien, R. F Curl, R. E. Smalley // nature. — 1985. — V. 318. — №. 6042. — P. 162—163.

17. Bhakta, P. Fullerene and its applications: A review / P. Bhakta, B. Barthunia // Journal of Indian Academy of Oral Medicine and Radiology. — 2020. — Т. 32. — №. 2. — P. 159.

18. Трефилов, В.И. Фуллерены - основа материалов будущего. / Фуллерены -основа материалов будущего — Киев: ИПМ НАНУ и ИПХФ РАН, 2001 — 148 C.

19. Trojanowicz, M. Analytical applications of carbon nanotubes: a review / M. Trojanowicz // TrAC trends in analytical chemistry. — 2006. — Т. 25. — №. 5. — P. 480—489.

20. Mehra, N. K. Functionalized carbon nanotubes and their drug delivery applications / N. K. Mehra, N. K. Jain // Section nanostructured drug delivery. Multi volume nanomedicine. — 2014. — V. 4. — P. 327 — 369.

21. Szabo, A. Influence of synthesis parameters on CCVD growth of vertically aligned carbon nanotubes over aluminum substrate / A. Szabo, E. Kecsenovity, Z. Papa, T. Gyulavari, K. Nemeth, E. Horvath, K. Hernadi // Scientific reports. — 2017. — V. 7. — №. 1. — P. 1 — 11.

22. Mahmoudi, T. Graphene and its derivatives for solar cells application / T. Mahmoudi, Y. Wang, Y. B. Hahn // Nano Energy. — 2018. — V. 47. — P. 51—65.

23. Mittal, G. A review on carbon nanotubes and graphene as fillers in reinforced polymer nanocomposites / G. Mittal, V. Dhand, K. Y. Rhee, S. J. Park, W. R. Lee // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. — 2015. — V. 21. — P. 11—25.

24. Kausar, A. Review of applications of polymer/carbon nanotubes and epoxy/CNT composites / A. Kausar, I. Rafique, B. Muhammad // Polymer—Plastics Technology and Engineering. — 2016. — V. 55. — №. 11. — P. 1167—1191.

25. Zhang, W. D. Carbon nanotubes reinforced nylon—6 composite prepared by simple melt—compounding / W. D. Zhang, L. Shen, I. Y. Phang, T. Liu // Macromolecules. — 2004. — V. 37. — №. 2. — P. 256—259.

26. Montazeri, A. Effect of sonication parameters on the mechanical properties of multi—walled carbon nanotube/epoxy composites / A. Montazeri, M. Chitsazzadeh // Materials & Design. — 2014. — V. 56. — P. 500—508.

27. Cha, J. Functionalization of carbon nanotubes for fabrication of CNT/epoxy nanocomposites / J. Cha, S. Jin, J. H. Shim, C. S. Park, H. J. Ryu, S. H. Hong // Materials & Design. — 2016. — V. 95. — P. 1—8.

28. Xia, H. Preparation and characterization of polyurethane—carbon nanotube composites / H. Xia, M. Song // Soft Matter. — 2005. — V. 1. — №. 5. — P. 386— 394.

29. Zhao, J. C. Thermal conductive and electrical properties of polyurethane/hyperbranched poly (urea—urethane)—grafted multi—walled carbon

nanotube composites / J. C. Zhao, F. P. Du, X. P. Zhou, W. Cui, X. M. Wang, H. Zhu, X. L. Xie, Y. W. Mai // Composites Part B: Engineering. — 2011. — V. 42. — №. 8. — P. 2111—2116.

30. Han, Z. Thermal conductivity of carbon nanotubes and their polymer nanocomposites: A review / Z. Han, A. Fina // Progress in polymer science. — 2011. — V. 36. — №. 7. — P. 914—944.

31. Михеев, В. А. Зависимость теплопроводности композиционного материала на основе силикона от объемного содержания нитрида бора / В. А. Михеев, В. Ш. Сулаберидзе, В. Д. Мушенко // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. — 2016. — Т. 59. — №. 4. — C. 317—321.

32. Moisala, A. Thermal and electrical conductivity of single—and multi—walled carbon nanotube—epoxy composites / A. Moisala , Q. Li, Q. Kinloch, A. H. Windle // Composites science and technology. — 2006. — V. 66. — №. 10. — P. 1285— 1288.

33. Ahmadi—Moghadam, B. Effect of functionalization of graphene nanoplatelets on the mechanical response of graphene/epoxy composites / B. Ahmadi—Moghadam, M. Sharafimasooleh, S. Shadlou, F. Taheri // Materials & Design. — 2015. — V. 66. — P. 142—149.

34. Anwar, Z. Advances in epoxy/graphene nanoplatelet composite with enhanced physical properties: A review / Z. Anwar, A. Kausar, I. Rafique, B. Muhammad // Polymer—Plastics Technology and Engineering. — 2016. — V. 55. — №. 6. — P. 643—662.

35. Young, R. J. The mechanics of reinforcement of polymers by graphene nanoplatelets / R. J. Young, M. Liu, I. A. Kinloch, S. Li, X. Zhao, C. Valles , D. G. Papageorgiou // Composites Science and Technology. — 2018. — V. 154. — P. 110—116.

36. Wang, J. Preparation of graphene/poly (vinyl alcohol) nanocomposites with enhanced mechanical properties and water resistance / Wang J., X. Wang , C. Xu, M. Zhang, X. Shang // Polymer International. — 2011. — V. 60. — №. 5. — P. 816—822.

37. Trusiano, G. Evaluation of nanocomposites containing graphene nanoplatelets: Mechanical properties and combustion behavior / G. Trusiano, S. Matta, M. Bianchi, L. G. Rizzi, A. Frache // Polymer Engineering & Science. — 2019. — Т. 59. — №. 10. — P. 2062—2071.

38. Kilic, U. Tensile properties of graphene nanoplatelets/epoxy composites fabricated by various dispersion techniques / U. Kilic, M. M. Sherif, O. E. Ozbulut // Polymer Testing. — 2019. — V. 76. — P. 181—191.

39. Zakaria, M. R. Comparative study of graphene nanoparticle and multiwall carbon nanotube filled epoxy nanocomposites based on mechanical, thermal and dielectric properties / M. R. Zakaria, M. H. A. Kudus, H. M. Akil, M. Z. M. Thirmizir // Composites Part B: Engineering. — 2017. — V. 119. — P. 57—66.

40. Suh, J. Mechanical properties of polytetrafluoroethylene composites reinforced with graphene nanoplatelets by solid—state processing / J. Suh, D. Bae // Composites Part B: Engineering. — 2016. — V. 95. — P. 317—323.

41. Wang, F. Mechanical properties and thermal conductivity of graphene nanoplatelet/epoxy composites / F. Wang, L. T. Drzal, Y. Qin, Z. Huang // Journal of materials science. — 2015. — V. 50. — №. 3. — P. 1082—1093.

42. Teng, C. C. Thermal conductivity and structure of non—covalent functionalized graphene/epoxy composites / C. C. Teng, C. C. M. Ma , C. H. Lu , S. Y. Yang, S. H. Lee [et al.] // Carbon. — 2011. — V. 49. — №. 15. — P. 5107—5116.

43. Kim, H. S. Thermal conductivity of polymer composites with the geometrical characteristics of graphene nanoplatelets / H. S. Kim, H. S. Bae, J. Yu, S. Y. Kim // Scientific reports. — 2016. — V. 6. — №. 1. — P. 1—9.

44. Григорьев, И. С. Физические величины справ. / И. С. Григорьев, Е. З. Мейлихов — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 C.

45. Гуляев, А. П. Металловедение / А. П. Гуляев — Учебник для вузов.- 6—е изд., перераб. и доп. — М: Металлургия, 1986 — 395 C.

46. Белецкий, В. М. Алюминиевые сплавы (состав, свойства, технология, применение) / В. М. Белецкий, Г. А. Кривов — К.: КОМИНТЕХ, 2005 — 365 C.

47. Алюминий: свойства и физическое металловедение: Справ, изд. Пер. с англ. / Под ред. Хетча Дж.Е. — М.: Металлургия. — 1989. — 422 С.

48. Абузин, Ю.А. Функциональные металлические композиционные материалы и технологии в машиностроении / Абузин Ю.А. // Материалы в машиностроении. —2009. — Т. 6. — №69. С. 52—54.

49. Nair, S. V. SiC—reinforced aluminium metal matrix composites / S. V. Nair, J. K. Tien, R. C. Bates // International Metals Reviews. — 1985. — V. 30. — №. 1. — P. 275—290.

50. Sahin, Y. Preparation and some properties of SiC particle reinforced aluminium alloy composites / Y. Sahin // Materials & design. — 2003. — V. 24. — №. 8. — P. 671— 679.

51. Kumar, G. B. V. Studies on Al6061—SiC and Al7075—Al2O3 metal matrix composites / G. B. V Kumar, C. S. P. Rao, N. Selvaraj, M. S. Bhagyashekar // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. — 2010. — V. 9. — №.1. — P. 43—55.

52. Kok, M. Production and mechanical properties of Al2O3 particle—reinforced 2024 aluminium alloy composites / M. Kok // Journal of Materials Processing Technology.

— 2005. — V. 161. — №. 3. — P. 381—387.

53. Tatar, C. Investigation of thermal conductivity and microstructure of the a—Al2O3 particulate reinforced aluminum composites (Al/Al2O3—MMC) by powder metallurgy method / C. Tatar, N. Ozdemir // Physica B: Condensed Matter. — 2010.

— V. 405. — №. 3. — P. 896—899.

54. Baradeswaran, A. Influence of B4C on the tribological and mechanical properties of Al 7075—B4C composites / A. Baradeswaran, A. E. Perumal // Composites Part B: Engineering. — 2013. — V. 54. — P. 146—152.

55. Shirvanimoghaddam, K. Effect of B4C, TiB2 and ZrSiO4 ceramic particles on mechanical properties of aluminium matrix composites: Experimental investigation and predictive modelling / K. Shirvanimoghaddam, H. Khayyam, H. Abdizadeh, M. Akbari // Ceramics International. — 2016. — V. 42. — №. 5. — P. 6206—6220.

56. Kalaiselvan, K. Production and characterization of AA6061—B4C stir cast composite / K. Kalaiselvan, N. Murugan // Materials & Design. — 2011. — V. 32.

— №. 7. — P. 4004—4009.

57. Munir, K. S. Carbon nanotube reinforced titanium metal matrix composites prepared by powder metallurgy—a review / K. S. Munir, P. Kingshott, C. Wen // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. — 2015. — V. 40. — №. 1. — P. 38—55.

58. Singla, D. CNT reinforced aluminium matrix composite—a review / D. Singla, K. Amulya, Q. Murtaza // Materials Today: Proceedings. — 2015. — V. 2. — №. 4— 5. — P. 2886—2895.

59. Liu, J. Mechanical properties and failure mechanisms at high temperature in carbon nanotube reinforced copper matrix nanolaminated composite / J. Liu, G. Fan, Z. Tan, Q. Guo [et al.] // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. — 2019.

— V. 116. — P. 54—61.

60. Kwon, H. Investigation of carbon nanotube reinforced aluminum matrix composite materials / H. Kwon, D. H. Park, J. F. Silvain, A. Kawasaki // Composites Science and Technology. — 2010. — V. 70. — №. 3. — P. 546—550.

61. George, R. Strengthening in carbon nanotube/aluminium (CNT/Al) composites / R. George, K. T. Kashyap, R. Rahul, S. Yamdagni // Scripta Materialia. — 2005. — V. 53. — №. 10. — P. 1159—1163.

62. Ogawa, F. Strong, ductile, and thermally conductive carbon nanotube—reinforced aluminum matrix composites fabricated by ball—milling and hot extrusion of powders encapsulated in aluminum containers / F. Ogawa, S. Yamamoto, C. Masuda // Materials Science and Engineering: A. — 2018. — V. 711. — P. 460—469.

63. Bakshi S. R. Carbon nanotube reinforced metal matrix composites—a review / S. R. Bakshi, D. Lahiri, A. Agarwal // International Materials Reviews. — 2010. — V. 55.

— №. 1. — P. 41—64.

64. George, R. Strengthening in carbon nanotube/aluminium (CNT/Al) composites / R. George, K. T. Kashyap, R. Rahul, S. Yamdagni // Scripta Materialia. — 2005. — V. 53. — №. 10. — P. 1159—1163.

65. Esawi, A. M. K. The influence of carbon nanotube (CNT) morphology and diameter on the processing and properties of CNT—reinforced aluminium composites / A. M. K. Esawi, K. Morsi, A. Sayed, M. Taher, S. Lanka // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. — 2011. — V. 42. — №. 3. — P. 234—243.

66. Zhou, W. Interface and interfacial reactions in multi—walled carbon nanotube— reinforced aluminum matrix composites / W. Zhou, S. Bang, H. Kurita, T. Miyazaki [et al.] // Carbon. — 2016. — V. 96. — P. 919—928.

67. Wu, J. Mechanical and thermal properties of carbon nanotube/aluminum composites consolidated by spark plasma sintering / J. Wu, H. Zhang, Y. Zhang, X. Wang // Materials & Design. — 2012. — V. 41. — P. 344—348.

68. Yadav, S. K. Functionalized graphene nanoplatelets for enhanced mechanical and thermal properties of polyurethane nanocomposites / S. K. Yadav, J. W. Cho // Applied surface science. — 2013. — V. 266. — P. 360—367.

69. Raza, M. A. Texture, transport and mechanical properties of graphite nanoplatelet/silicone composites produced by three roll mill / M. A. Raza, A. V. K. Westwood, A. P. Brown, C. Stirling // Composites science and technology. — 2012.

— V. 72. — №. 3. — P. 467—475.

70. Bianco, A. All in the graphene family—A recommended nomenclature for two— dimensional carbon materials / A. Bianco, H. M. Cheng, T. Enoki, Y. Gogotsi [et al.] // Carbon. — 2013. — V. 65. — P. 1—6.

71. Nieto, A. Graphene reinforced metal and ceramic matrix composites: a review / A. Nieto, A. Bisht, D. Lahiri, C. Zhang, A. Agarwal // International Materials Reviews.

— 2017. — V. 62. — №. 5. — P. 241—302.

72. Hu, Z. Graphene—reinforced metal matrix nanocomposites—a review. / G. Tong, D. Lin, C. Chen [et al.] // Materials Science and Technology. — 2016. — V. 32. — №. 9. — P. 930—953.

73. Bisht, A. Strengthening mechanism in graphene nanoplatelets reinforced aluminum composite fabricated through spark plasma sintering / A. Bisht, М Srivastava, R. M. Kumar, I. Lahiri, D. Lahiri // Materials Science and Engineering: A. — 2017. — V. 695. — P. 20—28.

74. Sharma, A. Effect of Graphene Nanoplatelets on the Mechanical Properties of Aluminium Metal Matrix Composite / A. Sharma, B. Vasudevan, R. Sujith, N. Kotkunde [et al.] // Materials Today: Proceedings. — 2019. — V. 18. — P. 2461— 2467.

75. §enel, M. C. Mechanical and tribological behaviours of aluminium matrix composites reinforced by graphene nanoplatelets / M. C. §enel, M. Gürbüz, E. Koç // Materials Science and Technology. — 2018. — V. 34. — №. 16. — P. 1980— 1989.

76. Baig, Z. Influence of surfactant type on the dispersion state and properties of graphene nanoplatelets reinforced aluminium matrix nanocomposites / Z. Baig, O. Mamat, M. Mustapha, M. Sarfraz // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. — 2017. — V. 25. — №. 9. — P. 545—557.

77. Rashad, M. Effect of graphene nanoplatelets addition on mechanical properties of pure aluminum using a semi—powder method / M. Rashad, F. Pan, A. Tang, M. Asif // Progress in Natural Science: Materials International. — 2014. — V. 24. — №. 2. — P. 101—108.

78. Li, J. L. Microstructure and tensile properties of bulk nanostructured aluminum/graphene composites prepared via cryomilling / Li J. L., Y. C. Xiong, X. D. Wang, S. J. Yan // Materials Science and Engineering: A. — 2015. — V. 626. — P. 400—405.

79. Возняковский, А. П. Низкопороговая полевая электронная эмиссия из двумерных углеродных структур / А. П. Возняковский, Г. Н. Фурсей, А. А.

Возняковский, М. А. Поляков, А. Ю. Неверовская, И. И. Закиров // Письма в ЖТФ. - 2019. - Т. 45. - №. 9. - С. 46-49.

80. Возняковский, А. П. Доступный синтез графена, как первый шаг получения сверхтвердых материалов нового поколения / А. П. Возняковский, А.А. Возняковский, И.В. Шугалей // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения. - 2017. № 20. - С. 316-323.

81. Возняковский, А.П., Получение графеновых структур карбонизацией биополимеров в условиях локального воздействия экстремально высоких температур / А.П. Возняковский, А.Ю. Неверовская, А.А. Возняковский, С.М. Крутов // Материалы 2 международной научно-практической конференции "Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение". Россия, Тамбов ,15-17 ноября 2017. Тамбов: издательство ИП Чеснокова А.В. - 2017. - С 42-44.

82. Возняковский, А.А. Получение 2D углеродных наноструктур в условиях локального воздействия экстремально высоких температур / А.А. Возняковский, А.П. Возняковский, С.В. Кидалов, В.В. Соколов // Химия твердого тела и функциональные материалы— 2018. Термодинамика и материаловедение: тезисы докладов Всероссийской конференции с международным участием и 12-го Всероссийского симпозиума с международным участием. Россия, Санкт-Петербург, 21-27 мая 2018. Санкт-Петербург: типография «НОВБЫТХИМ».— 2018. - С 184.

83. Возняковский, А.А. Получение многослойного графена методом самораспостраняющегося высокотемпературного синтеза / А.А. Возняковский, А.П. Возняковский, С.В. Кидалов // программа и сборник тезисов докладов третьей российской конференции "Графен: молекула и 2Э кристалл". Россия, Новосибирск, 5-9 августа 2019. Новосибирск: Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения РАН.— 2019.— С. 19.

84. Возняковский, А.П. Особенности карбонизации биополимеров в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / А.П. Возняковский, А.Ю. Неверовская, А.А. Возняковский // ГРАФЕН И РОДСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ: СИНТЕЗ, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ»: материалы III Международной научно-практической конференции. Россия, Тамбов, 13-15 ноября 2019. Тамбов: издательство ИП Чеснокова А.В.— 2019. - С 23-24.

85. Возняковский, А.А. Применение графеновых наноструктур, полученных в условиях метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / А.А. Возняковский, А.П. Возняковский, С.В. Кидалов // ГРАФЕН И РОДСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ: СИНТЕЗ, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ»: материалы III Международной научно-практической конференции. Россия, Тамбов, 13-15 ноября 2019. Тамбов: издательство ИП Чеснокова А.В.— 2019. - С 31-32.

86. Николаева, Е.А., Поверхностные характеристики малослойного графена синтезированного СВС методом / Е.А. Николаева, А.А. Возняковский, С.В. Кидалов // Сборник тезисов X научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в рамках мероприятий XV Всероссийского фестиваля науки «NAUKA 0+» «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2020» (с международным участием). Россия, Санкт-Петербург 1-3 апреля 2020. Санкт-Петербург: Издательство Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).— 2020.— C. 44.

87. Sytschev, A. E. Self—propagating high—temperature synthesis of nanomaterials / A. E. Sytschev, A. G. Merzhanov // Russian chemical reviews. — 2004. — V. 73.

— №. 2. — P. 147—159.

88. Akbar, F. Graphene synthesis, characterization and its applications in nanophotonics, nanoelectronics, and nanosensing / F. Akbar, M. Kolahdouz, S. Larimian, B. Radfar, H. H. Radamson // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. — 2015.

— V. 26. — №. 7. — P. 4347—4379.

89. Kashyap, S. Aqueous colloidal stability of graphene oxide and chemically converted graphene / S. Kashyap, S. Mishra, S. K. Behera // Journal of Nanoparticles. — 2014. — Т. 2014., Article ID 640281, 1.

90. Okotrub, A. V. Nitrogen species in few- layer graphene produced by thermal exfoliation of fluorinated graphite intercalation compounds / A. V. Okotrub, E. O. Fedorovskaya, B. V. Senkovskiy, L. G. Bulusheva // physica status solidi (b). — 2015. — V. 252. — №. 11. — P. 2444—2450.

91. Patterson, A.L. The Scherrer formula for X—ray particle size determination / A.L. Patterson // Phys. Rev. — 1939. — V. 56. №10. — P. 978—982.

92. Li, C. Scalable self- propagating high- temperature synthesis of graphene for supercapacitors with superior power density and cyclic stability / C. Li, X. Zhang, K. Wang, X. Sun [et al.] / Advanced Materials. — 2017. — V. 29. — №. 7. — P. 1604690.

93. Um, J. G. Investigation of the size effect of graphene nano-platelets (GnPs) on the anti-corrosion performance of polyurethane/GnP composites / J. G. Um, Y. S. Jun, H. Alhumade, H. Krithivasan, G. Lui, A. Yu // RSC advances. — 2018. — V. 8. -№. 31. — P. 17091-17100.

94. Ravindran, A. R. Effects of graphene nanoplatelet size and surface area on the AC electrical conductivity and dielectric constant of epoxy nanocomposites / A. R. Ravindran, C. Feng, S. Huang, Y. Wang, Z. Zhao, J. Yang // Polymers. - 2018. - V. 10. - №. 5. - P. 477.

95. Неверовская, А.Ю. Композиционные материалы на основе бутадиен-нитрильного каучука и 2D-углеродных структур / А.Ю. Неверовская, А.А. Возняковский, Ж.А. Отвалко, А.П. Возняковский // Полимерные композиционные материалы и производственные технологии нового поколения: материалы II Всероссийской научнотехнической конференции [Электронный ресурс], Россия, Москва 30 ноября 2017. М.: ВИАМ, 2017.— С. 35-44.

96. Kidalov, S.V., Graphene nanostructures synthesized by self-propagating hightemperature synthesis and their application as an additive in polymer and metal composites / S.V. Kidalov, A.A. Vozniakovskii, A.P Vozniakovskii //, book of Abstracts of 14-th International Conference "Advanced Carbon Nanostructures" (ACNS'2019). Russia, Saint-Petersburg, 1-5 july 2019. Saint-Petersburg: Publishing and Printing Center of the Polytechnic University. — 2019.— P. 182.

97. Тутов, И. И. Химия и физика полимеров / И. И. Тутов, Г. И. Кострыкина — М.: Химия, 1989. — 432 C.

98. Donnet, J.-B. Carbon Black, Physics, Chemistry, and Elastomer Reinforcement / J.B. Donnet, A. Dekker — New York: John Wiley & Sons, 1976, 362 P.

99. Fukahori, Y. Generalized concept of the reinforcement of elastomers. Part 1: Carbon black reinforcement of rubbers. / Y. Fukahori // Rubber Chew. Technol. — 2007. — V. 80. — P. 701—725.

100. Неверовская, А. Ю. Влияние 1d и 2d наноуглеродов на структуру и свойства низкокомолекулярных бутадиен-нитрильных эластомеров / А. Ю. Неверовская, Ж. А. Отвалко, А. А. Возняковский, Е. А. Рюткянен, А. П. Возняковский // Известия СПБГТИ(ТУ). 2019.— T. 48.— №74.— С. 121-127.

101. Progelhof, R. C. Methods for predicting the thermal conductivity of composite systems: a review / R. C. Progelhof, J. L. Throne, R. R. Ruetsch // Polymer Engineering & Science. — 1976. — V. 16. — №. 9. — P. 615—625.

102. Balandin, A. A. Thermal properties of graphene and nanostructured carbon materials / A. A. Balandin // Nature materials. — 2011. — V. 10. — №28. — P. 569— 581.

103. Sebastian, M. T. Polymer—ceramic composites of 0—3 connectivity for circuits in electronics: a review / M. T. Sebastian, H. Jantunen // International Journal of Applied Ceramic Technology. —2010. —V. 7. — №4. P. 415—434.

104. Baranovskii, V. M. Predicting the thermophysical properties of polymer composites using model representations / V. M. Baranovskii, S. V. Temnikova, A. V.

Cherenkov, T. P. Zeleneva, Y. V. Zelenev // International Polymer Science and Technology. — 2004. — V. 31. — №. 11. — P. 5—12.

105. Vozniakovskii, A. A. Characteristics and mechanical properties of composites based on nitrile butadiene rubber using graphene nanoplatelets / A. A. Vozniakovskii, A. P. Voznyakovskii, S. V. Kidalov, J. Otvalko, A. Yu. Neverovskaia // Journal of Composite Materials. — 2020. — V. 54, — №23.— P. 3351-3364.

106. Кольцова, Т. С. Получение компактного материала алюминий--углеродные нановолокна методом горячего прессования / Т. С. Кольцова, Ф. М. Шахов, А.

A. Возняковский, А. И. Ляшков, О. В. Толочко, А. Г. Насибулин, А. И. Рудской,

B. Г. Михайлов // Журнал технической физики. — 2014. — Т. 84. — №. 11.—

C. 47-51.

107. Патент 2676117 РФ, МПК C22 21/00, C22C 1/05, C22C 101/10, B82Y 30/00. Способ получения нанокомпозитного материала на основе алюминия / Возняковский А.А., Кидалов С.В., Кольцова Т.С., Толочко О.В.; Заявитель и патентообладатель федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук. — 2676117; заявл. 07.02.2017; опубл. 07.08.2018.

108. Возняковский, А.А. Создание композиционного материала алюминий/углеродное нановолокно и исследование его теплофизических и прочностных свойств / А.А. Возняковский, Ф.М. Шахов // Сборник Тезисов Всероссийской школы- конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Материалы и технологии XXI века» [Электронный ресурс]. Россия, Казань, 11-12 декабря 2014 г. Казань.: Издательство КФУ. - 2014 С. 191.

109. Pillari, L. K. Processing and characterization of graphene and multi—wall carbon nanotube—reinforced aluminium alloy AA2219 composites processed by ball milling and vacuum hot pressing / L. K. Pillari, A. K. Shukla, S. N. Murty, V. Umasankar // Metallography, Microstructure, and Analysis. — 2017. — V. 6. — №. 4. — P. 289—303.

110. Ivanova, M. V. Pharmaceutical characterization of solid and dispersed carbon nanotubes as nanoexcipients / M. V. Ivanova, C. Lamprecht, M. J. Loureiro, J. T. Huzil, M. Foldvari // International journal of nanomedicine. — 2012. — V. 7. — P. 403—415.

111. Okpalugo, T. I. T. High resolution XPS characterization of chemical functionalised MWCNTs and SWCNTs / T. I. T. Okpalugo, P. Papakonstantinou, H. Murphy, J. McLaughlin, N. M. D. Brown // Carbon. — 2005. — V. 43. — №. 1. — P. 153— 161.

112. Kim, I.Y. Friction and wear characteristics of the carbon nanotube-aluminum composites with different manufacturing conditions / I. Y. Kim, J. H. Lee, G. S. Lee, S. H. Baik, Y. J. Kim, Y. Z. Lee // Wear. — 2009. — Т. 267. — №. 1 — 4. — P. 593—598.

113. Chu, P. K. Characterization of amorphous and nanocrystalline carbon films / P. K. Chu, L. Li // Materials Chemistry and Physics. — 2006. — V. 96. — №. 2 — 3. — P. 253—277.

114. Bean, V.E. Another step toward an international practical pressure scale. 2nd AIRAPT IPPS Task Group. Report / V. E. Bean, S. Akimoto, P. M. Bell, S. Block, W. B. Holzapfel, M. H. Manghnani, M. F. Nicol, S. M. Stishov // Physica B. — 1986. — V. 139. — P. 52—54.

115. Бабичев, А. П. Физические величины: справочник / А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 C.

116. Vozniakovskii, A.A. Study of aluminum/carbon nanofibers composites and the investigation of its strength and thermal properties / A.A. Vozniakovskii, S.V. Kidalov, T.S. Koltsova // book of Abstracts of 14-th International Conference "Advanced Carbon Nanostructures" (ACNS'2017). Russia, Saint -Petersburg, 3-7 july 2017. Saint - Petersburg: Publishing and Printing Center of the Polytechnic University. — 2017. — P. 273.

117. Возняковский, А.А. Композиционный материал алюминий-углеродные нанотрубки с высокой прочностью и регулируемой теплопроводностью / А.А.

Возняковский, Т.С. Кольцова, С.В. Кидалов, А.Н. Скворцова // Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение: материалы 2 Международной научно-практической конференции. Россия, Тамбов, 15-17 ноября 2017. Тамбов: издательство ИП Чеснокова А.В.— 2017. — С 206-209.

118. Hosford, W. F. Mechanical behavior of materials / W. F. Hosford — New York: Cambridge university press, 2010. — 419 P.

119. Раков, Э. Г. Нанотрубки и фуллерены: Университетская книга / Э. Г. Раков — М: Логос, 2006 — 376 C.

120. Беляев, А. И. Металловедение алюминия и его сплавов / А. И. Беляев, О. С. Бочвар, Н. Н. Буйнов — М.: Металлургия, 1983. — 280 C.

121. Kelly, A. Tensile properties of fibre—reinforced metals: copper/tungsten and copper/molybdenum / A. Kelly, W. R. Tyson // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. — 1965. — V. 13. — №. 6. — P. 329—350.

122. Скворцова, А. Н. Механизмы упрочнения и свойства композиционных материалов с углеродными нановолокнами / А. Н. Скворцова, К. А. Лычева, А. А. Возняковский, Т. С. Кольцова, Т. В. Ларионова // Materials Physics and Mechanics. — 2016.— Т. 25.— №. 1.— С. 30-36.

123. Скворцова, А. Н. Композиционные материалы на основе алюминия, упрочненные углеродными нановолокнами / А. Н. Скворцова, К. А. Лычева, А. А. Возняковский, Т. С. Кольцова // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. — 2015.— №. 3(226). — С. 78-84.

124. Kidalov, S.V. Composite material aluminum-carbon nanotubes with high hardness and controllable thermal conductivity / S.V. Kidalov, A.A. Vozniakovskii, T.S. Kol'tsova, A.G. Tkachev, A.A. Aladinskii // book of Abstracts of 14-th International Conference "Advanced Carbon Nanostructures" (ACNS'2019). Russia, Saint-Petersburg, 1-5 july 2019. Saint-Petersburg: Publishing and Printing Center of the Polytechnic University. — 2019.— P. 184.

125. Yang, H. S. Interfacial thermal resistance in nanocrystalline yttria—stabilized zirconia / H. S. Yang, G. R. Bai, L. J. Thompson, J. A. Eastman // Acta Materialia.

— 2002. — V. 50. — №. 9. — P. 2309—2317.

126. Vozniakovskii, A. A. Development of composite material aluminum-carbon nanotubes with high hardness and controlled thermal conductivity / A. A. Vozniakovskii, S. V. Kidalov, T. S. Kol'tsova // Journal of Composite Materials.— 2019.— V. 53.— №21.— P. 2959-2965.

127. Возняковский, А.А. Композиционный материал алюминий-углеродные нанотрубки с высокой твердостью и регулируемой теплопроводностью / А.А. Возняковский, А.П. Возняковский, С.В. Кидалов, В.В. Соколов // ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ Всероссийской конференции с международным участием «Химия твердого тела и функциональные материалы» и XII Всероссийского симпозиума с международным участием «Термодинамика и материаловедение». Россия, Санкт-Петербург, 21-27 мая 2018. Санкт-Петербург: типография «НОВБЫТХИМ». — 2018. - C 185.

128. Заваринский, В. И. Исследование влияния углеродной нанодобавки на теплопроводность и твёрдость металлокомпозитов на основе алюминия / В.И. Заваринский, А.А. Возняковский // Интернаука, — 2019. №26(108). — С. 3133.

129. Zavarinskii, V.I. Investigation of the mechanical and thermal properties of the composite material of the composition of aluminum-graphene nanoplatelets / V.I. Zavarinskii, A.A. Vozniakovskii, S.V. Kidalov, E. V. Ovchinnikov, V. A. Liopo // book of Abstracts of 14-th International Conference "Advanced Carbon Nanostructures" (ACNS'2019). Russia, Saint - Petersburg, 1-5 july 2019. Saint-Petersburg: Publishing and Printing Center of the Polytechnic University. — 2019.

— P. 227.

130. Kuang, D. Graphene—nickel composites / D. Kuang, L. Xu, L. Liu, W. Hu, Y. Wu // Applied Surface Science. — 2013. — V. 273. — P. 484—490.

131. Заваринский, В.И. Синтез комопозиционного материала алюминий-гнп с высокой твёрдостью и низкой теплопроводностью / В.И. Заваринский, А.А. Возняковский // Сборник тезисов X научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в рамках мероприятий XV Всероссийского фестиваля науки <^АИКА 0+» «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2020» (с международным участием). Россия, Санкт-Петербург 1-3 апреля 2020. Санкт-Петербург: Издательство Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). — 2020.— С. 167.

Приложение А

Патент на изобретение "Способ получения нанокомпозитного материала на основе алюминия" патент РФ №2676117, приоритет от 07.02.2017. авторы: Возняковский А.А., Кидалов С.В., Кольцова Т.С., Толочко О.В.

Приложение Б Расчет погрешности экспериментальных измерений

Для получения достоверных результатов измерений для всех экспериментальных значений прочностных, теплофизических, реологических, треботехнических и других КМ на основе металлических и полимерных матриц использовался следующий алгоритм:

1) Определялось среднее значение измеряемой величины по формуле

Л = (ЕГ=И<)/п (Б1)

Где А — среднее значение измеряемой величины; п — количество измерений

2) Определялось количество степеней свободы по формуле:

1 (Б2)

где f — количество степеней свободы

3) Определялась абсолютная погрешность при доверительной вероятности у = 0.95 по формуле:

АЛ = ^.95, f * ^=1(А-А)2 /ТН (Б3)

Где ^.95, f — коэффициент Стьюдента при доверительной вероятности у = 0.95 и количестве степеней свободы f

Пример вычислений:

При измерении прочности на разрыв бутадиен—нитрильного каучука при 20° были получены следующие значения (МПа): 1,65; 1,60; 1,71; 1,62; 1,67. Среднее значение измеренной величины было рассчитано по формуле 1:

= (1,65 + 1,60 + 1,71 + 1,62 + 1,67)/5 = 1,65 МПа количество степеней свободы было рассчитано по формуле 2:

^5—1=4

Коэффициент Стьюдента при доверительной вероятности у = 0.95 и количестве степеней свободы 4 составил 2.77

абсолютная погрешность при доверительной вероятности у = 0.95 было рассчитано по формуле 3:

(1.65 - 1.65)2 + (1.65 - 1.60)2 + (1.65 - 1.71)2 + (1.65 - 1.62)2 + (1.65 - 1.67)2

ДА = 2.77 * --5-1-= 0.05 МПа