Междисциплинарный интеграционный проект №112:
DESCRIPTION
Междисциплинарный интеграционный проект №112:. СОЗДАНИЕ НОВЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ, УСТОЙЧИВЫХ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ. Координатор проекта: академик Кругляков Э.П., ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН. Организации – участники проекта:. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/1.jpg)
BICМеждисциплинарный интеграционный проект №112:
СОЗДАНИЕ НОВЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ, УСТОЙЧИВЫХ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМИ
ПАРАМЕТРАМИ
Координатор проекта:
академик Кругляков Э.П., ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН
Организации – участники проекта:
ИК им. Г.К.Борескова СО РАН (академик Пармон В.Н., с.н.с. Снытников В.Н.)ИЯФ им. Г.И.Будкера СО РАН (академик Кругляков Э.П., д..ф.-м.н. Бурдаков А.В.)
![Page 2: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/2.jpg)
BIC
Цель проекта (в части разработки углеродных покрытий):
Разработка новых наноструктурированных углеродных материалов для защитных покрытий в энергонапряженных устройствах
Предполагаемые результаты:
Разработка защитных покрытий на основе новых углеродных материалов, а именно, Сибунита и каталитического волокнистого углерода (КВУ)
Получение данных о кинетике абсорции изотопов водорода различными углеродными материалами, в том числе графитом, Сибунитом и каталитическим волокнистым углеродом (КВУ)
![Page 3: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/3.jpg)
BIC
Тема выступления:
СОЗДАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ
![Page 4: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/4.jpg)
BIC Основные недостатки графитовых защитных покрытий
1. Накопление термической усталости материала с его последующим разрушением при импульсном режиме работы реактора
2. Набухание графитового материала под воздействием нейтронов
и его хрупкое разрушение с образованием углеродной пыли
3. Поглощение трития образующейся углеродной пылью
![Page 5: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/5.jpg)
BIC
Кубический (А) и
гексагональный алмаз (Б)
Гексагональный (А) и ромбоэдрический (Б)
графит
А Б
Структура аллотропных форм углерода
Модель -карбина (А) и -
карбина (Б)
А Б
![Page 6: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/6.jpg)
BICАллотропные формы и разновидности углерода
ЦИРКУЛЕНЫ ФУЛЛЕРЕНЫ
2<m<31<m<2
spmsp3+ sp2+ sp
sp2sp3 sp
СМЕШАННЫЕ (ПЕРЕХОД-НЫЕ) ФОРМЫ УГЛЕРОДА
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕФОРМЫ УГЛЕРОДА
КАРБИНГРАФИТАЛМАЗ
УГЛЕРОД
Активные угли, стеклоуглерод, сажи, углерод-углеродные композиты, филаментарный углерод, Сибунит и др.
![Page 7: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/7.jpg)
BIC Требования к новым углеродным материалам для защитных покрытий
Электропроводность и коррозионная стойкость, близкие к таковым у графита
Высокая термическая устойчивость и механическая прочность, превосходящие таковые у графита, благодаря лабильности углеродного каркаса и его устойчивости к напряжениям, возникающим при температурных колебаниях и смещениях графеновых сеток при набухании
Низкая пористость и газопроницаемость
![Page 8: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/8.jpg)
BIC Схема формирования структуры Сибунита
A - конденсация (отложение пиро-углерода PC на частицы сажи CB);
B, C, D, E - активация (окислитель-ная газификация PC/CB композита)
Likholobov V.A., et. al.
React. Kinet. Catal. Lett.,
54 (2), 381-411 (1995).
ИК СО РАН, г. НовосибирскИППУ, г. Омск
![Page 9: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/9.jpg)
BIC
Сибунит
Изменение морфологии и удельной поверхности частиц угля при активации
Изменение микроструктуры углеродной матрицы при термической обработке
5 нм
2200 0С
30 нм
S = 5-10 м2/г S = 150 м2/г S = 300-500 м2/г
![Page 10: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/10.jpg)
BIC
SBET = 5 – 550 м2/г,
Vпор = 0.1 – 1.0 см3/г,
Dпор = 5 – 80 нм
Зольность < 0.2%
La ~Lc = 3 – 4 нм,
d002 = 0.345 – 0.350 нм
До 210 кг/см2
0.0012 м
Широкий диапазон вариации удельной поверхности и параметров пористой структуры
Высокая чистота
Высокая степень упорядоченности кристаллической структуры
Высокая механическая прочность
Химическая и термическая стабильность
Низкое объёмное электрическое сопротивление
Характеристики углеродных материалов семейства СИБУНИТ
![Page 11: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/11.jpg)
BICАссортимент экструдатов на основе
углеродных материалов семейства Сибунит
![Page 12: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/12.jpg)
BIC Ассортимент блочных изделий сотовой структуры на основе Сибунита
Закономерности осаждения пироуглерода (ПУ) и активации блочных изделий сотовой структуры подобны закономерностям осаждения ПУ и активации для гранули-рованных материалов
![Page 13: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/13.jpg)
BIC
Каталитический волокнистый углерод (КВУ)
ИК СО РАН, г. Новосибирск
Схема получения
A – синтез катализатора Ni/Al2O3, Fe/Al2O3, Co/Al2O3, Ni-Cu/Al2O3 или Ni-Co/Al2O3
B,C – рост углеродных нитей при каталитическом разложении углеводородов при 550-650°С
Al2O3
A B C
Нанотекстура поверхности углеродных волокон
Ni/Al2O3 Ni-Cu/Al2O3 Fe/Al2O3
![Page 14: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/14.jpg)
BIC
№ T, °С Состав реакционной смеси
Выход,г/г (Ni+Cu)
Содержание N, масс. %
ABET,
m2/g
1 550 15% Py + H2 40 2.2 280
2 650 10% Py + H2 46 1.5 320
3 750 10% Py + H2 49 3.0 110
4 800 10% Py + H2 26 3.2 47
6 750 15% Py + Ar 6 5.0
Морфология N-КВУ, выращенных на NiCu-катализаторе из смеси Н2+10%Ру при
550°С (А) и 650°С (В). Врезка: структура тонких нановолокон, полученных при
550°С.
Условия синтеза и характеристики N-КВУ
20 нм100 нм100 нм
30 нм
30 нм45 нм
20 нм 20 нм10 нм
![Page 15: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/15.jpg)
BIC
SBET = 70 – 300 м2/г,
Vпор = 0.3 – 0.8 см3/г,
Dпор = 10 – 50 нм
30 – 50 нм
0.2 – 1%
La ~Lc = 6 – 7 нм,
d002 = 0.340 – 0.345 нм
70 – 120 кг/см2
До 4% вес. (N)
Удельная поверхность и параметры пористой структуры
Диаметр волокон
Зольность
Параметры кристаллической структуры
Механическая прочность
Содержание гетероатомов
Характеристики КВУ
![Page 16: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/16.jpg)
BIC Характеристики углеродных материалов Сибунит и КВУ в сравнении с
гранулированными активными углями
Марка Внешний
вид
SБЭТ ,
м 2/ г
V микро ,
см 3/ г
V мезо ,
см 3/ г
V ,
см 3/ г
D ср .,
Å
Зольность,
вес.%
П 1) K 2) ,
%
АРБ (Россия) Черенок 438 0.192 0.027 0.219 20 13.0 2.9 5
CG-5 ( Япония) Дроблен. 1024 0.438 0.047 0.485 19 2.8 6.3 10
L-2702 ( Германия) Черенок 1024 0.453 0.046 0.499 19 4.2 4.7 -
FB-4 ( Чехосл.) Черенок 606 0.222 0.144 0.366 24 5.6 3.2 -
Сибунит (Россия) Гранула 440 0.015 0.665 0.680 62 0.3 8.5 60
КВУ-1 (Россия) Гранула 120 0.01 0.31 0.32 107 - - 80
1) П - прочность на раздавливание, кг на гранулу;
2) К - степень кристалличности.
![Page 17: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/17.jpg)
BIC Микроструктура различных углеродных материалов и нанотекстура их поверхности
Косточковый активный уголь
Сибунит Каталитический волокнистый углерод
![Page 18: Междисциплинарный интеграционный проект №112:](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102809/56813abf550346895da2cc10/html5/thumbnails/18.jpg)
BIC Характеристики углеродных материалов Сибунит и КВУ в сравнении с графитом