Супергидрофобное покрытие на основе углеродных наночастиц, упрочненное полимером

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Получено двухслойное супергидрофобное покрытие, состоящее из подогревающего и водоотталкивающего слоев. Подогревающий слой, представляющий собой перколяционную сеть из углеродных нанотрубок, был упрочнен полимером с целью улучшения адгезии к поверхности, прочности и износостойкости. В качестве упрочняющего полимера использовалась эпоксидная смола. Были рассмотрены различные способы организации подогревающего слоя из углеродных нанотрубок с укрепляющим полимером, выделены лучшие из них для создания подогревающей или антистатической поверхности. Исследовалось влияние концентрации углеродных нанотрубок в полимере на прочность композита. Сравнивались различные способы ввода нанотрубок в полимер для достижения наилучшей деагломерации наночастиц. Проверены эффекты от функционализации нанотрубок, выявлено увеличение прочности покрытия при незначительном увеличении проводимости. Была найдены оптимальная концентрация углеродных наночастиц марки “Таунит-М” для укрепления эпоксидной смолы ЭД-20. Она составила 0.07% – для не функционализированных нанотрубок и 0.5–0.6% для частиц с -CONH2 группами. Возможно достижение супергидрофобного состояния поверхности: контактный угол смачивания – 152.3 ± 0.7, угол начала скольжения капли – 1.6 ± 0.9.

Об авторах

С. Н. Капустин

Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова

Email: hare22@yandex.ru
163002, Россия, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

Ю. В. Цыкарева

Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова

Email: hare22@yandex.ru
163002, Россия, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

В. И. Вощиков

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: voshikoff@yandex.ru
199034, Россия, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Н. К. Голубева

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: hare22@yandex.ru
199034, Россия, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Список литературы

  1. Bauhofer W., Kovacs J.Z. A Review and Analysis of Electrical Percolation in Carbon Nanotube Polymer Composites // Composites Sci. Technol. 2009. V. 69. No. 10. P. 1486–1498.
  2. Jung Y.C., Bhushan B. Mechanically durable carbon nanotube-composite hierarchical structures with superhydrophobicity, self-cleaning, and low-drag // ACS NANO 2009. V. 3. No. 12. P. 4155–4163.
  3. Xu D., Liu H., Yang L., Wang Z. Fabrication of superhydrophobic surfaces with non-aligned alkyl-modified multi-wall carbon nanotubes // Carbon. 2006. V. 44. No. 15. P. 3226–3231.
  4. Lu W., Chou T.W. Analysis of the entanglements in carbon nanotube fibers using a self-folded nanotube model // J. Mech. Phys. Solids 2011. V. 59. No. 3. P. 511–524.
  5. Шашкеев К.А., Нагорная В.С., Волков И.А., Кондрашов С.В., Дьячкова Т.П., Кондаков А.И., Борисов К.М., Юрков Г.Ю. Супергидрофобные электропроводящие покрытия на основе силиконовой матрицы и углеродных нанотрубок // Журнал прикладной химии 2017. Т. 90. № 7. С. 896–906.
  6. Mokarian Z., Rasuli R., Abedini Y. Facile synthesis of stable superhydrophobic nanocomposite based on multi-walled carbon nanotubes // Appl. Surface Sci. 2016. V. 369. P. 567–575.
  7. Lee S. Relations Between Dispersion of CNTs and Electrical Conductivity in the Hydrophobic CNT/PVDF Composite Film // Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers 2015. V. 28. P. 462–466.
  8. Kablov E., Solov’yanchik L., Kondrashov S., Yurkov G., Buznik V., Kushch P., Kichigina G., Kiryukhin D., D’yachkova T. Electroconductive hydrophobic polymer composite materials based on oxidized carbon nanotubes modified with tetrafluoroethylene telomers // Nanotechnologies in Russia 2016 V. 11. P. 782–790.
  9. Solov’yanchik L. V., Kondrashov S.V., Yurkov G. Yu., Fionov A.S., Buznik V.M. Effect of carbon nanotubes self-organization processes on properties of hybride polymer composition materials // Proceedings of the 2nd All-Russia Scientific-Technical Conference on Role of Fundamental Studies in Realization of Strategic Directions of Materials Development and their Treatment Technologies in Period to 2030 (FGUP VIAM, Moscow) 2015. P. 17.
  10. He H., Liu Q., Gao B., Zhang Sh., Chen H.-B. Hydrophobic transition of soluble polymer aerogel composites // Journal of Applied Polymer Science 2022. V. 139. Iss. 39. P. e52937.
  11. Wang F., Ci J., Di Y., Zhang W. Preparation and Properties of Multiwalled Carbon Nanotube/Waterborne Polyurethane Superhydrophobic Conductive Coatings Using Electrostatic Spraying // Journal of Materials Engineering and Performance 2022. V. 31. P. 1–12.
  12. Wang F., Feng L., Lu M. Mechanical Properties of Multi-Walled Carbon Nanotube/Waterborne Polyurethane Conductive Coatings Prepared by Electrostatic Spraying. Polymers 2019. V. 11. P. 714.
  13. Yum S.-G., Yin H., Jang S.-H. Toward Multi-Functional Road Surface Design with the Nanocomposite Coating of Carbon Nanotube Modified Polyurethane: Lab-Scale Experiments // Nanomaterials 2020. V. 10. P. 1905.
  14. Alderete B., MacLucas T., Espin D., Brühl S., Mücklich F., Suarez S. Near Super-Hydrophobic CNT Coatings Obtained via Electrophoretic Deposition on Low Alloy Steels // Advanced Engineering Materials 2021. V. 23. Iss. 5. P. 2001448.
  15. Li S., Li Y., Tan Y., Li J., Wang D., Yuan D., Zhang J. A Sustainable Superhydrophobic and Photothermal Coatings for Anti-Icing Application on Concrete with a Simple Method for CNTs/SiO2 Modification // Sustainability 2023. V. 15. P. 15865.
  16. Eseev M.K., Goshev A.A., Kapustin S.N., Tsykareva Y.V. Creation of Superhydrophobic Coatings Based on MWCNTs Xerogel // Nanomaterials. 2019. V. 9. P. 1584.
  17. Есеев М.К., Капустин С.Н., Лугвищук Д.С., Мордкович В.З., Лях Н.Л. Сверхгидрофобное покрытие из углеродных наночастиц луковичной структуры // Письма в ЖТФ. 2020. № 22. С. 19.
  18. Kapustin S., Zabolotny S., Eseev M., Tsykareva Y. Double-Layer Superhydrophobic Anti-Icing Coating Based on Carbon Nanoparticles // Crystals. 2022. V. 12. Iss. 10. P. 1501.
  19. Kapustin S.N., Eseev M.K., Tsykareva Y.V, Voshchikov V.I., Lugvishchuk D.S. Superhydrophobic Coating Based on Decorated Carbon Nanoparticles // Glass Phys. Chem. 2023. V. 49. P. 526–534.
  20. Barthlott W., Neinhuis C. Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces // Planta. 1997. V. 202. P. 1–8.
  21. Wong T.S., Kang S.H., Tang S.K.Y., Smythe E.J., Hatton B.D., Grinthal A., Aizenber J. Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity // Nature 2011. V. 477. P. 443–447.
  22. УНТ серии “Таунит” [Text] / ООО “НаноТехЦентр”; режим доступа: http://www.nanotc.ru/producrions/87-cnm-taunit, дата обращения 2023-11-19.
  23. Mordkovich V.Z., Lugvishchuk D.S., Mitberg E.B., Kulnitskiy B.A., Perezhogin I.A., Kirichenko A.N. Formation of concentric shell carbon by homogeneous partial oxidation of methane // Chem. Phys. Lett. 2018. V. 713. P. 242–246.
  24. Chen J., Chen Q., Ma Q., Li Y., Zhu Zh. Chemical treatment of CNTs in acidic KMnO4 solution and promoting effects on the corresponding Pd–Pt/CNTs catalyst // J Mol. Catal. A Chem. 2012. V. 356. P. 114.
  25. Weydemeyer E.J., Sawdon A.J., Peng Ch.-A. Controlled slicing of single walled carbon nanotubes under continuous flow // Chem. Comm. 2015. V. 51. Iss. 27. P. 5939.
  26. Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Методы функционализации и модифицирования углеродных нанотрубок. М.: Издательский дом “Спектр”, 2013. 152 с.
  27. Хозин В.Г., Зыкова Е.С. Модифицирование эпоксидных связующих наночастицами для полимеркомпозитной арматуры // Вестник Казанского технологического университета 2013. Т. 16. № 18. С. 178–181.
  28. Козлов Г.В., Микитаев А.К. Структурная модель усиления нанокомпозитов полиметилметакрилат/углеродные нанотрубки при ультрамалых содержаниях нанонаполнителя // Журнал технической физики 2016. Т. 86. № 10. С. 99–103.
  29. Козлов Г.В., Микитаев А.К. Перколяционная модель усиления нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки // Физика и механика материалов. 2015. Т. 22. № 2. С. 101–106.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».