polymerní nanomateriály p319

Polymerní nanomateriályP319

Zač je toho uhlíkpokračování

- grafit- diamant- fullereny, fullerity, fulleridy- uhlíkatá vlákna- nanotrubičky

Uhlíkatá vlákna

Mechanické vlastnosti - dle stupně uspořádání(s teplotou konečné přípravy roste uspořádanost, stoupá youngův modul pružnosti, tepelná i elektrická vodivost, klesá pevnost v tahu)

Hlavní prekurzory pro výrobu:PANdehet, smola, hedvábí

http://www.kth.se/che/kemi2011/2.27954/mataug-1.191518

Uhlíkatá vlákna

E=σε

deformace

http://cs.wikipedia.org/wiki/Modul_pru%C5%BEnosti_v_tahu

Youngův modul pružnosti(Hookeův zákon)

napětí

http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=ktn&NM=107

Uhlíkatá vlákna

Podle Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9

Základní dělení do 3 typů:

Typ I - HM vlákna (High Modulus)Vysoký stupeň orientace grafenových vrstev podél osy vláken

Vlastnosti některých HM vláken:

Typ II - HS vlákna (High Strenght)Spíše náhodná orientace vrstev

Vlastnosti některých HS vláken:

Typ III - IM vlákna (Intermediate)Přechodový typ

Surovina Vlákno Výrobce E [Gpa] σ [GPa] ρ [g.cm-3]

Smola P-100 Amoco 724 2,24 2,15

Smola E-105 DuPont 724 3,31 2,17

PAN GY-70 BASF/Celion 517 1,86 1,96

Surovina Vlákno Výrobce E [Gpa] σ [GPa] ρ [g.cm-3]

PAN AS-4 Herkules 231 3,64 1,80

PAN T-40 Amoco 290 3,45 1,78

PAN T-1000 Amoco 200-300 až 7 1,75

M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 219-229.

Uhlíkatá vláknaVýroba

Výrobní postupy

melt spinning (vytlačování z taveniny)

wet spinning (mokré zvlákňování)

dry spinning (suché zvlákňování)

Podle prekurzoru a cílových vlastností a struktury je zvolena metoda


PAN – stabilizace

Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9

PAN – wet spinning


M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 219-229.

.



D.D.Edie, Carbon 39 (1998) 345-362..

Smola, mezofáze – melt spinning


Nanotubulární uhlík

.

http://www.asdn.net/asdn/nano4kids/nanotube.shtml

http://www.gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/gecko-feet.htm070821081446.htm

http://www.sciencedaily.com/releases/2007/08/070821081446.htm

http://www.diytrade.com/china/pd/2441687/Carbon_Nanotubes.html

Nanotubulární uhlík

.

Vysoká pevnost v tahu (SWNT cca 60GPa)

http://students.chem.tue.nl/ifp03/synthesis.html

Předpokládané mechanismy růstu CNT

http://www.asdn.net/asdn/nano4kids/nanotube.shtml

Nanotubulární uhlíkSyntéza

.

Prekurzory v pevném nebo plynném stavu

Pevný prekurzor - obloukový výboj, laserová ablace, solární pec

Plynný prekurzor - CVD (Chemical vapor deposition) - použití plazmatu, katalyzátorůa) pevný katalyzátor + plynný prekurzorb) plynný katalyzátor + plynný prekurzor

Čištění

Ohřev v oxidační atmosféře - hoření hlavně uhlíkatých částic - zbudou CNTOxidace v silných kyselináchRozpuštění v polární kapalině - centrifugace

Plazmatické modifikace povrchů

.

- Interakce povrchu s plazmatem- Hydrofilizace, hydrofobizace, adheze- Způsoby realizace modifikace plazmatem


.

- čištění- leptání- sesíťování povrchu polymerů- tvorba radikálů na povrchu- vytváření nových funkčních skupin- iontová implantace- ohřev

http://theses.ulaval.ca/archimede/fichiers/24189/ch02.html

http://theses.ulaval.ca/archimede/fichiers/24189/ch02.html


*) http://theses.ulaval.ca/archimede/fichiers/24189/ch02.html

Ei ionizační energie, Ea průměrná energie na vytvoření iont-elektronového páru. Podle **)

Energie vazeb podle *)

**) H.Biederman, Y. Osada, Fundamentals in Plasma Chemistry (Chap.3) in: Plasma polymerization processes, Amsterdam – London – New York – Tokyo 1992, ISBN: 0 444 88724 5

Rozdělení energií elektronů v doutnavém výboji.Podle *)


.

Reakce na površích v kontaktu s plazmatem(uzemněné či „floating“ povrchy)

Ionty:- ionizace, excitace, fragmentace adsorbovaných molekul.- tvorba povrchových defektů- čištění- při velkém toku iontů – ohřev substrátu – potřeba chlazení- ne odprašování (sputtering) – nedostatečná energie dopadajících částic

Elektrony:- ionizace, excitace, fragmentace adsorbovaných molekul- elektrony stimulovaná desorpce/adsorpce- při velkém toku elektronů – ohřev substrátu

H.Biederman, Y. Osada, Fundamentals in Plasma Chemistry (Chap.3) in: Plasma polymerization processes, Amsterdam – London – New York – Tokyo 1992, ISBN: 0 444 88724 5

Měření kontaktního úhlu

.

Kapková metoda

Vlivy:- morfologie povrchu- chemie povrchu

Wenzel

Cassie-Baxter

Heterogenní povrch

Modely:

Homogenní povrch

http://en.wikipedia.org/wiki/Wettinghttp://www.imel.demokritos.gr/projects/desiredrop/

Hydrofilní / hydrofobní skupiny

Méně smáčivé-CH3

-CH2-CH2--CF3

-atd.

http://cs.wikipedia.org/wiki/Mýdlo

Více smáčivé-OH-COO-

-Aln(OH)m

-SiO2

-dusík obsahující skupiny-atd.(zpravidla polární)

Hydrofilní, hydrofobní povrchy

.

Hydrofobní

CH3

CF2

CHF2

OH

C=OOH OH OH

C=O

COOH

CF3

CF3

CF3

CF2CF2

Hydrofilní

http://wewanttolearn.wordpress.com/2011/09/21/the-lotus-effect/


Parallel plate electrode reactorPS - to power supply, C - cooling, W - window,P - to pumps, M - monomer, Sh - shutter,S - substrate

Tubular reactor (glass or silica deposition system)Ar-argon, M - monomer, S1,S2, P - pumps

Plasma tužka (plasma jet)

V.I.Gibalov, G.J.Pietsch, Plasma Sources Sci. Technol. 21 (2012), doi:10.1088/0963-0252/21/2/024010

Doutnavý výboj

Dielektrický bariérový výboj


.

Aplikace:- Automobilový průmysl - Elektronika (mobilní telefony)- Modifikace tkanin- Samočistící povrchy- Biokompatibilní povrchy- Potravinářský průmysl (barvení)

H.Biederman, Y. Osada, Fundamentals in Plasma Chemistry (Chap.3) in: Plasma polymerization processes, Amsterdam – London – New York – Tokyo 1992, ISBN: 0 444 88724 5

polymerní nanomateriály p319

Documents