Структура из углеродных нанотрубок



Структура из углеродных нанотрубок
Структура из углеродных нанотрубок

 


Владельцы патента RU 2573873:

МСД Текнолоджис частная компания с ограниченной ответственностью (LU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении добавок в смолы, керамику, металлы, смазочные материалы. Сначала смешивают наночастицы катализатора с потоком несущего газа, затем подают нагретый углеводород. Полученную рабочую смесь вводят в реакционную камеру, где углеводород разлагается в присутствии катализатора с образованием углеродного материала, содержащего пучки одностенных и/или двустенных углеродных нанотрубок, хаотично сцепленых между собой поверхностями и образующих агрегаты в форме отдельных лоскутов площадью преимущественно не более 1 м2 и толщиной 1-1000 мкм. Каждый лоскут содержит не менее 30 мас.% углеродных нанотрубок. Плотность лоскута 0,080-0,150 г/см3. Полученная структура способна к диспергации нанотрубок в различных средах. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к углеродным волокнистым наноструктурам, которые могут использоваться в качестве добавок в твердые материалы, такие как смола, керамика, металл и другие, а также в качестве добавок в жидкие материалы, такие как топливо, смазочные масла и другие для улучшения физических свойств названных материалов электрических, механических, или термических, поэтому пригодны в различных сферах: от микроэлектроники до сверхпрочного композитного пластика, от новых медикаментов до элементов питания.

По большей части волокнистые углеродные наноструктуры, например нанотрубки, хранятся и используются в форме порошков. Такие порошки чрезвычайно легкие и при манипуляциях с ними могут образовывать взвесь в воздухе, что нежелательно, так как ведет к потерям продукта и засорению окружающего пространства. Более удобно хранить и использовать нанотрубки в форме недиспергированных структур.

Известна углеродная волокнистая структура, представляющая собой трехмерную сеть углеродных нановолокон, каждое из которых имеет внешний диаметр 15-100 нм, причем названные углеродные нановолокна связаны, по меньшей мере, в один узел, образованный таким образом, что углеродные нановолокна выходят из узла вовне, при этом размер узла в 1,3 раза больше, чем внешний диаметр углеродных нановолокон [Патент РФ №2354763, МПК D01F 9/127, В82В 1/00]. Эта углеродная волокнистая структура принята за прототип изобретения.

Она может добавляться к веществу, к примеру, такому как смола, с сохранением ее собственной объемной конфигурации, т.е. структура не распадается на отдельные нановолокна или пучки из них.

В связи с большими перспективами углеродных нанотрубок стоит задача получения волокнистых углеродных наноструктур, состоящих из названных нанотрубок, которые способны при определенных условиях, например в определенных средах, распадаться на отдельные углеродные нанотрубки и пучки из них.

Изобретение решает задачу получения углеродной наноструктуры, состоящей из углеродных нанотрубок, которая была бы способна распадаться на отдельные нанотрубки или пучки из них в различных средах.

Поставленная задача решается тем, что предлагается углеродный материал, включающий пучки одностенных и/или двустенных углеродных нанотрубок, хаотично сцепленых между собой поверхностями и образующих агрегаты в форме отдельных лоскутов площадью до 1 м2 и толщиной 1-1000 мкм.

Каждый лоскут в основном содержит не менее 30% масс. углеродных нанотрубок.

Плотность каждого лоскута преимущественно составляет 0.080-0.150 г/см3.

На фиг. 1 показан внешний вид лоскута заявляемого углеродного материала.

На фиг. 2 показана внутренняя структура лоскута заявляемого углеродного материала.

Описанный материал может быть получен путем каталитического разложения газообразных углеводородов. Катализатором в этом случае может быть, например, железо. Реакционную смесь, состоящую из углеводородов, несущего газа, например водорода, и наночастиц железа подают в реакционную камеру. В реакционной камере при высоких температурах происходит разложение углеводородов с образованием углеродных нанотрубок и газообразных продуктов разложения. Углеродные трубки удаляются из реакционной камеры в потоке газообразных продуктов разложения. Выходящий из реакционной камеры поток пропускают через фильтр для разделения его на твердую и газообразную фазы. Газообразные продукты проходят сквозь фильтр, а нанотрубки оседают на фильтре в форме лоскутов углеродного материала, как показано на фиг. 1. Размер лоскутов может иметь совсем небольшую площадь, например 0.5 см2, а может иметь площадь 1 м2 и толщину 1-1000 мкм. Плотность материала 0.080-0.150 г/см3.

На микроуровне лоскуты представляют собой агрегаты, т.е. пучки нанотрубок, связанных между собой, непрочными связями, которые легко нарушаются при механическом воздействии. Агрегаты состоят, преимущественно, из пучков, в которые собраны одно- и/или двустенные углеродные трубки на первичном уровне. Помимо нанотрубок в состав агрегатов может входить также аморфный углерод и/или наночастицы катализатора, которые, в свою очередь, могут быть покрыты слоями графитизированного углерода. Масса углеродных нанотрубок в агрегатах составляет не менее 30%.

На срезе агрегаты напоминают плотный нетканый материал из множества волокон, в котором поверхности волокон сцеплены друг с другом. Пучки углеродных нанотрубок хаотично сцеплены между собой, как показано на фиг. 2, однако сила сцепления поверхностей нанотрубок невелика, как это присуще агрегатам.

Такое строение обуславливает ряд свойств углеродного материала, например относительную легкость диспергирования в жидкостях и низкую тепло- и электропроводность его на макроуровне при высоких характеристиках на микроуровне.

Следует иметь в виду, что описанный способ получения заявляемого углеродного материала является только примером и не ограничивает собой применение иных способов.

Описанная углеродная наноструктура, включающая нанотрубки, позволяет хранить и использовать нанотрубки в форме агрегатов, представляющих собой лоскуты, что ни в коей мере не ограничивает возможности их применения, поскольку агрегаты могут быть легко диспергированы в различных средах известными способами, например с помощью ультразвука.

Пример 1

Углеродный материал получают путем разложения углеводородов в присутствии катализатора.

Наночастицы железного катализатора с потоком несущего газа подают в узел смешения, куда подают также нагретый до температуры 490°C метан. Из узла смешения полученную в нем рабочую смесь подают в реакционную камеру.

В реакционной камере поддерживают температуру 960°C. При поступлении рабочей смеси в камеру происходит каталитическое разложение метана, сопровождающееся ростом углеродных нанотрубок на наночастицах железного катализатора. Прореагировавшая смесь поступает из реакционной камеры на фильтр, выполненный из металлической сетки, где происходит разделение газообразных и твердых продуктов реакции с образованием лоскута из углеродных нанотрубок. Размер лоскута 80×100 см, толщина - 1000 мкм. Лоскуты представляют собой агрегаты из пучков углеродных нанотрубок одно- и двустенных, плотностью 0.150 г/см3.

Пример 2

Углеродный материал получают путем разложения углеводородов в присутствии катализатора.

Наночастицы железного катализатора с потоком несущего газа подают в узел смешения, куда подают также нагретый до температуры 300°C метан. Из узла смешения полученную в нем рабочую смесь подают в реакционную камеру.

В реакционной камере поддерживают температуру 600°C. При поступлении рабочей смеси в камеру происходит каталитическое разложение метана, сопровождающееся ростом углеродных нанотрубок на наночастицах железного катализатора. Прореагировавшая смесь поступает из реакционной камеры на фильтр из металлической сетки, где происходит разделение газообразных и твердых продуктов реакции с образованием лоскута из углеродных нанотрубок. Размер лоскута 25×47 см, толщина - 15 мкм. Лоскуты представляют собой агрегаты из пучков углеродных нанотрубок одно- и двустенных, плотностью 0.080 г/см3.

1. Углеродный материал, включающий протяженные углеродные наноструктуры, отличающийся тем, что он содержит пучки одностенных и/или двустенных углеродных нанотрубок, хаотично сцепленых между собой поверхностями и образующих агрегаты в форме отдельных лоскутов площадью, преимущественно, не более 1 м2 и толщиной 1-1000 мкм.

2. Углеродный материал по п. 1, отличающийся тем, что каждый лоскут содержит не менее 30 мас.% углеродных нанотрубок.

3. Углеродный материал по п. 1, отличающийся тем, что плотность лоскута составляет 0,080-0,150 г/см3.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении изделий из композиционных материалов, предназначенных для работы в условиях воздействия внутреннего давления среды с высоким окислительным потенциалом.

Изобретение может быть использовано при изготовлении аналоговых и/или цифровых электронных схем. Наноструктурное устройство (105) с множеством наноструктур (101) получают путём осаждения нижнего слоя (103), содержащего кристаллографическую структуру зерен с первым средним размером, на подложке (102), последующего осаждения слоя (104) катализатора, содержащего кристаллографическую структуру зерен со вторым средним размером, который больше первого.

Изобретения могут быть использованы при изготовлении композитов или катализаторов. В средстве 3 получают рабочую смесь 2 с температурой 400-1400°C, включающую наночастицы, содержащие вещество катализатора, несущий газ и газообразные углеводороды.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано при получении элементов памяти, наноэлектрических проводов, электрических и магнитных материалов.

Изобретение относится к области физической химии и может быть использовано в производстве биологически активных добавок, препаратов для мягкой антираковой терапии, контрастных веществ в клинической диагностики, косметических средств.
Изобретение может быть использовано при изготовлении сорбентов и армирующих добавок. Сначала подготавливают ростовую подложку путем нанесения на ее поверхность нанодисперсных частиц катализатора конденсацией микрокапель коллоидного раствора, находящегося под воздействием ультразвука.

Изобретение может быть использовано для получения функционализированных углеродных наноматериалов. Углеродные нанотрубки озонируют в проточном сосуде в присутствии трёхокиси серы или азотной кислоты, ускоряющих воздействие озона на их поверхность.

Изобретение предназначено для использования в химической, химико-металлургической, в авиационной и космической отраслях промышленности. Формируют каркас углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) из низкомодульных углеродных волокон, заполняют его поры дисперсным углеродным наполнителем путем выращивания в них каталитическим методом в газовой фазе наноразмерного углерода в форме частиц, волокон или трубок до его содержания 3,7-10,9% от веса волокнистого каркаса.

Изобретение относится к технологии получения тонких пленок графена, которые могут быть использованы в качестве прозрачного проводящего покрытия. Способ включает гетероэпитаксиальное выращивание тонкой пленки графена на тонкой пленке катализатора, нанесение покрытия на основе полимера на поверхность тонкой пленки графена, которая является противоположной относительно поверхности тонкой пленки катализатора, отверждение покрытия на основе полимера и отслаивание тонкой пленки графена и покрытия на основе полимера от тонкой пленки катализатора, при этом тонкую пленку катализатора располагают на несущей подложке, сформированной со стороны тонкой пленки катализатора, которая является противоположной относительно поверхности тонкой пленки графена, и между несущей подложкой и каталитической тонкой пленкой располагают тонкую пленку разделительного слоя из оксида цинка.

Изобретение относится к технологии осаждения на больших площадях тонких пленок графена, которые могут быть легированы, для использования их в качестве прозрачного проводящего покрытия.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в снижении величины спин-поляризованного записывающего тока при магнитосопротивлении 100% или больше.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в обеспечении высокого туннельного магнитосопротивления, равного или большего 150%.

Изобретение относится к области спектрального анализа и касается способа и устройства атомно-эмиссионного анализа нанообъектов. Способ включает в себя испарение нанообъектов лазерным пучком и анализ нанообъектов по их свечению.

Изобретение может быть использовано при изготовлении изделий из композиционных материалов, предназначенных для работы в условиях воздействия внутреннего давления среды с высоким окислительным потенциалом.

Изобретение может быть использовано при изготовлении аналоговых и/или цифровых электронных схем. Наноструктурное устройство (105) с множеством наноструктур (101) получают путём осаждения нижнего слоя (103), содержащего кристаллографическую структуру зерен с первым средним размером, на подложке (102), последующего осаждения слоя (104) катализатора, содержащего кристаллографическую структуру зерен со вторым средним размером, который больше первого.

Изобретение относится к энергетике. Способ организации горения в гиперзвуковом воздушно-реактивном двигателе, заключающийся в том, что подают воздух и первичное горючее в камеру сгорания и обеспечивают образование первичной горючей смеси, подают окислитель и вторичное горючее в камеру сгорания и обеспечивают образование вторичной горючей смеси, причем камеру сгорания формируют в виде последовательно расположенных и газодинамически связанных между собой основной и дополнительной камер сгорания, обеспечивают горение первичной горючей смеси в основной камере сгорания, а вторичной горючей смеси - в дополнительной камере сгорания, при этом в качестве первичного горючего используют водород, в качестве вторичного горючего - неоксидированные наночастицы алюминия, и используют продукты сгорания, образующиеся в основной камере сгорания в качестве окислителя для наночастиц алюминия.

Изобретение относится к способам защиты ценных изделий от подделки материальных культурных ценностей, ювелирных изделий, банкнот, кредитных и ценных бумаг, а также для последующего определения их подлинности.

Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано в химико-металлургической промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Изобретения могут быть использованы при изготовлении композитов или катализаторов. В средстве 3 получают рабочую смесь 2 с температурой 400-1400°C, включающую наночастицы, содержащие вещество катализатора, несущий газ и газообразные углеводороды.

Изобретение относится к технологии получения порошкового материала, содержащего наночастицы полупроводникового соединения, и может быть использовано в оптоэлектронике и медицине.

Изобретение может быть использовано при изготовлении аналоговых и/или цифровых электронных схем. Наноструктурное устройство (105) с множеством наноструктур (101) получают путём осаждения нижнего слоя (103), содержащего кристаллографическую структуру зерен с первым средним размером, на подложке (102), последующего осаждения слоя (104) катализатора, содержащего кристаллографическую структуру зерен со вторым средним размером, который больше первого.
Наверх