Устройство для получения нанокомпозитных материалов


 


Владельцы патента RU 2619697:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, в частности к устройству для получения новых углеродосодержащих нанокомпозитных материалов на основе полимерных матриц и наноразмерных наполнителей. Устройство содержит реакционную камеру, смеситель компонентов, бункеры с исходными компонентами, емкость с дистиллированной водой, аппарат для лиофильной сушки материала, источник инертного газа, камеру для дополнительной обработки композита, емкость для диспергирования композита, контейнер приема нанокомпозита, сообщенный с щелевой фильерой для нанесения нанокомпозита на подложку, и сушильную камеру с вытяжным насосом для термообработки получаемого нанокомпозиционного материала. При этом бункеры соединены со смесителем, оснащенным излучателем ультразвуковых волн для обработки исходных компонентов, подаваемых с помощью насоса в реакционную камеру. Реакционная камера оснащена тепловой рубашкой и имеет дополнительное перфорированное днище, под которым полость соединена со сливным патрубком, имеющим дозатор, и сообщена с источником инертного газа. Сливной патрубок сообщен с емкостью, заполненной дистиллированной водой, полость которой соединена с аппаратом для лиофильной сушки материала, который, в свою очередь, сообщен с камерой для дополнительной обработки материала. Камера дополнительной обработки материала оснащена встроенным излучателем ультразвуковых волн, соединенным с источником инертного газа, а полость камеры соединена с емкостью диспергирования нанокомпозита и у дна имеет микроячеистую многослойную сетку. Емкость диспергирования композита оснащена импеллером для активного перемешивания композита. Изобретение обеспечивает эффективное контролируемое получение нанокомпозитного материала с высокими физико-механическими характеристиками. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предложение относится к химии высокомолекулярных соединений и предназначено для получения новых нанокомпозитных материалов на основе полимерных матриц и наноразмерных наполнителей.

В процессах современной технологии получения нанокомпозитных углеродсодержащих материалов известно использование устройств для реализации таких процессов. Конструктивная схема известных устройств содержит, в качестве основного рабочего агрегата, аппарат для высокотемпературной возгонки исходных материалов за счет нескольких фазовых процессов перехода вещества для получения твердой фракции материала, состоящего из наночастиц. Из известных аналогов можно выделить устройства, содержащие указанный аппарат, оснащенный плазмообразующим или разрядным узлом, обкладки для наложения на обрабатываемый материал статического или бегущего магнитного поля, источник инертного газа, бункеры для аккумулирования и герметизации полученного наноматериала [RU 5328, 10.05.2006; RU 2270802, 27.08.2005; US 5494558, 27.02.1996; JP 10-045407, 17.02.1998; RU 2509721, 20.03.2014].

Последний из указанных - способ и устройство является наиболее близким техническим решением по отношению к предлагаемому устройству.

Существенными и очевидными недостатками указанного прототипа, как и его близких аналогов, является обязательное использование энергетических высокотемпературных аппаратов (3*103 - 7*103 град. Цельсия). Это определяет принципиальную невозможность использования пластичных и жидких материалов в процессе получения нанокомпозитных материалов ввиду неизбежной взрывоопасности и разрушения конструкции устройства от прямого воздействия на исходные материалы указанным высокотемпературным полем, приводящим к испарению материала.

Технической задачей и технологическим результатом предлагаемого устройства является поиск процесса и разработка устройства, позволяющего получать нанокомпозитный углеродсодержащий материал, включающий несколько (три и более) исходных компонентов том числе: пластичных и текучих и при осуществлении процесса получения композита при низких температурах, не допускающих произвольного спонтанного разложения компонентов и выхода их из реакционного процесса в рабочих камерах устройства; с получением материала, обладающего высокими физико-механическими показателями: модуль упругости, предел пластичности, прочность на разрыв.

Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что устройство для получения нанокомпозитных углеродсодержащих материалов, характеризуется тем, что оно снабжено реакционной камерой, смесителем компонентов, бункерами с исходными компонентами, сообщенными со смесителем, емкостью, заполненной дистиллированной водой, аппаратом для лиофильной сушки материала, источником инертного газа, камерой для дополнительной обработки композита, емкостью для диспергирования композита, контейнером приема нанокомпозита, сообщенным с щелевой фильерой для нанесения нанокомпозита на подложку, сушильной камерой с вытяжным насосом для термообработки получаемого нанокомпозиционного материала, при этом реакционная камера соединена посредством насоса со смесителем, имеющим излучатель ультразвуковых волн, оснащена дополнительным перфорированным днищем, полость между ее днищами сообщена с источником инертного газа, корпус этой реакционной камеры имеет терморубашку, а сливной патрубок сообщен с емкостью, заполненной дистиллированной водой, полость этой емкости соединена с аппаратом для лиофильной сушки материала, сообщенным с камерой для дополнительной обработки материала, имеющей встроенный излучатель ультразвуковых волн, соединенной с источником инертного газа и имеющей в полости у днища микроячеистую многослойную сетку, полость этой камеры соединена с емкостью для диспергирования нанокомпозита, оснащенной импеллерами и сообщенной с контейнером, имеющим щелевую фильеру для нанесения нанокомпозита на подложку, вводимую в сушильную камеру для обработки получаемого нанокомпозиционного материала.

Устройство характеризующееся тем, что полости контейнеров заполнены исходными компонентами отдельно: фуллеритом, многослойным нановолокном, нанотрубками или наноконусами.

Устройство, характеризующееся также тем, что исходные компоненты вводят в диметилформамид в полости смесителя.

Устройство, характеризующееся также тем, что емкость для диспергирования композита заполнена раствором полиамидокислоты - форполимера поли-4,4'-оксидифениленпиромелметимида.

Конструкция технического решения раскрывается на прилагаемом чертеже, где показан его общий вид.

Устройство содержит: реакционную камеру 1, бункеры 2, 3 и 4 заполненные различными наноматериалами, смеситель 5, сообщенный с полостями этих бункеров, аппарат 6 для лиофильной сушки, емкость 7 с дистиллированной водой, источник 8 сжатого инертного газа, камеру 9 для дополнительной обработки материала, емкость 10 для диспергирования композита, контейнер 11 приема композита, сообщенный с щелевой фильерой 12 для нанесения композита на подложку 13, сушильную камеру 14 с вытяжным насосом 15 для термообработки наноматериала. Реакционная камера 1 оснащена тепловой рубашкой 16, имеет дополнительное перфорированное днище 17, под которым полость 18 соединена со сливным патрубком 19, имеющим дозатор. Реакционная камера имеет отводной патрубок 20 для удаления паровой фазы. Бункеры 2, 3 и 4 соединены посредством дозаторов 21 со смесителем 5, оснащенным излучателем 22 ультразвуковых волн (УЗВ) для обработки материала, подаваемого с помощью насоса 23 в реакционную камеру 1. Камера 9 оснащена излучателем 24 ультразвуковых волн и имеет у дна микроячеистую многослойную сетку 25. Емкость 10 оснащена импеллером 26 для активного перемешивания композита, из которого получают нанокомпозиционный продукт в виде наноструктурной пленки 27, полученной путем синтеза и обработки, в данном устройстве, нескольких нанонаполнителей, в качестве которых используют фуллерит, многослойные нановолокна и нанотрубки или наноконусы, подвергаемой физико-химическому исследованию на ее характеристики, в частности: модуль упругости, предел пластичности, прочность на разрыв, используя для этого стандартную методику испытания образца этого материала.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Бункеры заполняют исходными компонентами: бункер 2 - фуллеритом, бункер 3 - многослойным нановолокном, бункер 4 - нанотрубками (или наноконусами). Смеситель 5 наполняют диметилформамидом, в который вводят исходные компоненты с помощью дозаторов 21, оттарированных на подачу расчетного количества каждого из трех компонентов. Включают излучатель УЗВ - 22, с помощью которого производят равномерную смесь и с помощью насоса 23 подают эту смесь в реакционную камеру 1, где ведут обработку с использованием инертного газа - 8 (Аr) и тепловой рубашки 16 (около 65°С); полученный композит сливают через патрубок 19, имеющим свой дозатор, в емкость 7, заполненную дистиллированной водой. После промывки воду сливают, а композит переводят в аппарат 6 для лиофильной сушки (t≈80°С) - далее - в камеру 9 для дополнительной обработки материала с помощью инертного газа и излучателя 24 УЗВ. После этой обработки материал подают в емкость 10 для диспергирования композита в растворе с помощью импеллера 26; композит подают в контейнер 11 и с помощью щелевой фильеры 12 наносят на подложку 13, которую помещают в сушильную камеру 14, где ведут сушку при t=80°С с периодическим нагревом до 360°С с подъемом температуры около 5 град/мин (два - три цикла нагрева).

Полученный в виде пленки нанокомпозиционный материал подвергают исследованию на однородность состава по всей площади и ведут испытание на получение физико-химических данных. Получены следующие характеристики нанокомпозитного материала: Е, ГПа = 3,19-3,55; σп МПа = 110-120; σр МПа = 120-135; Sp % = 12-26. Это показывает высокие технические характеристики использования устройства данной конструкции и его прогрессивное техническое решение.

1. Устройство для получения нанокомпозитных углеродсодержащих материалов, характеризующееся тем, что оно снабжено реакционной камерой, смесителем компонентов, бункерами с исходными компонентами, сообщенными со смесителем, емкостью, заполненной дистиллированной водой, аппаратом для лиофильной сушки материала, источником инертного газа, камерой для дополнительной обработки композита, емкостью для диспергирования композита, контейнером приема нанокомпозита, сообщенный с щелевой фильерой для нанесения нанокомпозита на подложку, сушильной камерой с вытяжным насосом для термообработки получаемого нанокомпозиционного материала, при этом реакционная камера соединена посредством насоса со смесителем, имеющим излучатель ультразвуковых волн, оснащена дополнительным перфорированным днищем, полость между ее днищами сообщена с источником инертного газа, корпус этой реакционной камеры имеет терморубашку, а сливной патрубок сообщен с емкостью, заполненной дистиллированной водой, полость этой емкости соединена с аппаратом для лиофильной сушки материала, сообщенным с камерой для дополнительной обработки материала, имеющей встроенный излучатель ультразвуковых волн, соединенной с источником инертного газа и имеющей в полости у днища микроячеистую многослойную сетку, полость этой камеры соединена с емкостью для диспергирования нанокомпозита, оснащенной импеллерами и сообщенной с контейнером, имеющим щелевую фильеру для нанесения нанокомпозита на подложку, вводимую в сушильную камеру для обработки получаемого нанокомпозиционного материала.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что полости контейнеров заполнены исходными компонентами отдельно: фуллеритом, многослойным нановолокном, нанотрубками или наноконусами.

3. Устройство по п. 1 или 2, характеризующееся также тем, что исходные компоненты вводят в диметилформамид в полости смесителя.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся также тем, что емкость для диспергирования композита заполнена раствором полиамидокислоты - форполимера поли-4,4'-оксидифениленпиромелметимида.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству полуактивного технического углерода из жидкого углеводородного сырья. Способ получения включает предварительный нагрев жидкого углеводородного сырья и технологического воздуха, смешивание последнего с природным газом и горение полученной смеси с образованием потоков продуктов горения, аксиальную подачу в них потока распыленного жидкого углеводородного сырья, содержащего водяной пар, сужение образовавшегося потока распыленного углеводородного сырья и продуктов горения, его термоокислительное разложение.

Изобретение может быть использовано в водородной энергетике и сталелитейной промышленности. В реакционное пространство помещают обогащенный углеродом гранулят с размером частиц от 0,1-100 мм, содержащий по меньшей мере 80 мас.
Изобретение может быть использовано для изготовления деталей теплозащиты и изделий медицинского назначения. Сначала изготавливают пористую армирующую основу из углеродных волокон на поверхности углеродного нагревателя методами выкладки или намотки углеродных нитей, жгутов, лент, тканей или войлока.
Изобретение может быть использовано в промышленном синтезе катодных материалов для литиевых химических источников тока высокой энергоемкости. Древесину измельчают до размера частиц менее 2 мм и сушат в потоке сухого азота при 120-130°С.

Изобретение может быть использовано в электротехнике и энергетике при изготовлении электродов, литиевых батарей и суперконденсаторов для систем аккумулирования энергии.

Изобретение предназначено для химической промышленности и медицины и может быть использовано при изготовлении фильтрующих элементов, адсорбентов, носителей катализаторов, материалов для восстановления костной ткани.

Изобретение относится к химической и фармацевтической отраслям промышленности и касается химической функционализации фуллерена C60, в частности метода синтеза органических производных [60] фуллерена, в том числе растворимых в воде и физиологических средах.

Устройство для получения гранул углекислоты содержит распылитель жидкой углекислоты, цепь, образованную шарнирно соединенными между собой с зазором пластинами, опорные приводные колеса, валки, которые установлены между собой с зазором для прессования снега, транспортируемого цепью, перегородку, выполненную с возможностью подъема и опускания для регулировки толщины снега при формировании гранул, опорно-выгружное колесо, поддон.

Изобретение относится к способу синтеза фуллерида металлического нанокластера и к материалу, включающему фуллерид металлического нанокластера. Способ синтеза фуллерида металлического нанокластера включает механическое сплавление металлических нанокластеров с размером частиц между 5 нм и 60 нм с кластерами фуллеренового типа путем измельчения в планетарной мельнице, при котором молекулы фуллерена в фуллериде металлического нанокластера сохраняются.

Изобретение относится к способу восстановления производных стирола. Способ заключается в восстановлении производных стирола с молекулярным водородом в присутствии наночастиц никеля при нагревании и характеризуется тем, что в качестве катализатора используют наночастицы никеля, иммобилизованные на цеолите, реагенты подают на катализатор прямоточно двумя потоками, первый из которых - водород, подаваемый с расходом 420-710 л/(кгкат·ч), второй - производное стирола, подаваемое с расходом 0,55 л/(кгкат·ч), а реакцию ведут при температуре 190-260°С.

Изобретение относится к области оптоэлектронной техники и может быть использовано для создания переизлучающих текстурированных покрытий для использования в тонкопленочных солнечных элементах.
Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении нанокомпозитов. Углеродный наноматериал - нанотрубки или графен, частицы которых содержат на поверхности кислородсодержащие группы, обрабатывают раствором водорастворимого резольного фенолформальдегидного полимера при воздействии механической энергии.

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при изготовлении керамических материалов, сегнетоэлектриков, наполнителей лакокрасочных и полимерных материалов.

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением с использованием пластической деформации и может быть использована при получении нанокристаллических материалов с увеличенным уровнем механических свойств.

Изобретение относится к технологии получения окислительно-стойких ультравысокотемпературных керамических композиционных материалов состава MB2/SiC, где М=Zr и/или Hf с нанокристаллическим карбидом кремния, которые могут быть использованы в качестве окислительно-, химически- и эрозионно-стойких материалов в потоках воздуха при температурах выше 2000°С, для создания авиационной, космической и ракетной техники, отопительных систем, теплоэлектростанций, а также в технологиях атомной энергетики, в химической и нефтехимической промышленности.

Использование: для получения наноструктурированных металлуглеродных соединений. Сущность изобретения заключается в том, что коллоидный раствор золота, серебра смешивают с коллоидным раствором углерода (шунгита) в концентрации от 10 (углерод) : 1 (золото) : 1 (серебро) до 5 (углерод) : 3 (золото) : 3 (серебро) с последующим воздействием на смесь лазерного излучения (длительностью импульсов 100 нс, средней энергией от 5 до 20 Дж, частотой следования импульсов 20 кГц) в сканирующем режиме со скоростью от 100 мкм/с до 10 мм/с в течение 15 минут.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано при изготовлении наполнителей для порошковой металлургии, красок, пластмасс, металлокерамики, клеевых и композиционных материалов.

Изобретение может быть использовано в медицине, косметологии и пищевой промышленности. Для получения наночастиц серебра сначала готовят водный раствор стабилизатора.

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к методу получения седиментационно устойчивого золя кристаллических наночастиц. Описан способ получения золь-гель чернил для цветной интерференционной струйной печати, содержащих нанокристаллический золь диоксида титана, в растворе этилового спирта в воде, в два этапа, на первом этапе получают нанокристаллический золь диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде, а на втором этапе из нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде получают золь-гель чернила для цветной интерференционной струйной печати в виде нанокристаллического золя диоксида титана в растворе этилового спирта в воде, с требуемыми для струйной печати плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники и может быть использовано для изготовления функциональных элементов наноэлектроники. Техническим результатом является возможность совмещения острия зонда с выполняемой на нем наноструктурой на предопределенных расстояниях 0-50 нм от оконечности острия. Способ изготовления элементов с наноструктурами для локальных зондовых систем включает нанесение на подложку из монокристаллического кремния с ориентацией {100}, по меньшей мере, одного слоя маскирующего покрытия, в котором формируют рисунок шаблона с выделением, по меньшей мере, трех областей, размещенных по взаимно перпендикулярным осям, совпадающим с двумя перпендикулярными кристаллографическими осями <110> подложки, задающих направление разлома подложки на соответствующее количество элементов и образующих на поверхности маскирующего покрытия каждого элемента вблизи точки пересечения указанных осей площадки для размещения наноструктуры, проведение жидкостного травления подложки через сформированный в маскирующем покрытии рисунок шаблона до проявления фигур травления в теле подложки в форме треугольных канавок, образованных пересечением плоскостей {111} подложки, формирование наноструктур на упомянутых площадках литографическими методами и разделение подложки на указанные элементы по линиям, образованным канавками. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх