Введение
ГЛАВА 1 Теоретические и практические аспекты функционализации и модифицирования углеродных наноматериалов 15
1.1 Наноразмерные модификации углерода 15
1.1.1 Многообразие углеродных наноструктур 15
1.1.2 Графеновые материалы 16
1.1.3 Углеродные нанотрубки 21
1.2 Функционализация и модифицирование углеродных наноматериалов 30
1.2.1 Общие понятия и определения 30
1.2.2 Окислительная функционализация углеродных нанотрубок 30
1.2.3 Вторичные превращения окисленных углеродных нанотрубок.. 40
1.2.4 Функционализация графенов 44
1.2.5 Модифицирование углеродных наноматериалов полианилином 1.3 Проблемы разработки основ химических технологий получения функционализированных и модифицированных форм углеродных наноматериалов 55
1.4 Постановка задач исследования 60
ГЛАВА 2 Научные подходы к исследованию процессов функционализации и модифицирования углеродных наноматериалов 62
2.1 Методы исследования структуры и морфологии углеродных наноматериалов 62
2.1.1 Электронная микроскопия 63
2.1.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния 65
2.1.3 Рентгеноструктурный анализ 71
2.1.4 Исследование характеристик поверхности 73
2.2 Методы идентификации функциональных групп на поверхности углеродных наноструктур 75
2.2.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, рентгеновская абсорбционная спектроскопия околопороговой структуры, ядерный магнитный резонанс 76
2.2.2 ИК-спектроскопия 80
2.2.3 Термический анализ 81
2.2.4 Титриметрический анализ 82
2.3 Выбор углеродных наноматериалов для исследования закономерностей функционализации и модифицирования 84
2.3.1 Многослойные углеродные нанотрубки 84
2.3.2 Графеновые нанопластинки 90
2.4 Кинетический контроль процессов функционализации и модифицирования углеродных наноматериалов 93
2.4.1 Контроль реакционной массы 94
2.4.2 Анализ газообразных продуктов кислотной функционализации углеродных нанотрубок 95
2.5 Выводы по главе 2 102
ГЛАВА 3 Жидкофазная функционализация углеродных нанотрубок .103
3.1 Жидкофазная окислительная функционализация 103
3.1.1 Выбор пригодных для технологической реализации способов жидкофазного окисления углеродных нанотрубок 103
3.1.2 Окисление углеродных нанотрубок в перекисно-аммиачной системе .104
3.1.3 Механохимическое окисление углеродных нанотрубок персульфатом аммония 107
3.1.4 Окисление углеродных нанотрубок перманганатом калия .111
3.1.5 Окисление углеродных нанотрубок азотной кислотой 121
3.1.5.1 Закономерности окисления углеродных нанотрубок различных морфологических типов 121
3.1.5.2 Исследование кинетических закономерностей формирования карбоксильных групп .133
3.1.5.3 Исследование качественного и количественного состава газообразных продуктов окисления углеродных нанотрубок в азотной кислоте .139
3.1.5.4 Оценка влияния исходных параметров углеродных нанотрубок на результат жидкофазной функционализации .
3.2 Вторичные превращения окисленных углеродных нанотрубок посредством химических реакций в жидких средах 144
3.3 Моделирование жидкофазной окислительной функционализации углеродных нанотрубок 1 3.3.1 Методика теплового расчета процесса окислительной функционализации углеродных нанотрубок 149
3.3.2 Математическая модель температурного поля обогреваемого корпуса реактора жидкофазного окисления углеродных нанотрубок.153
3.3.3 Оценка скоростей протекающих реакций и их суммарного теплового эффекта .156
3.3.4 Методика теплового расчета емкостного аппарата жидкофазной окислительной функционализации 163
3.4 Выводы по главе 3 .168
ГЛАВА 4 Газофазная функционализация углеродных нанотрубок .171
4.1 Общие подходы к реализации и исследованию процессов газофазной функционализации 171
4.2 Газофазная окислительная функционализация
4.2.1 Окисление углеродных нанотрубок в парах перекиси водорода
4.2.2 Озонирование углеродных нанотрубок .185
4.2.3 Окисление углеродных нанотрубок в парах азотной кислоты
4.3 Газофазное амидирование 215
4.4 Моделирование газофазной окислительной функционализации
углеродных нанотрубок 223 4.4.1 Особенности протекания газофазной окислительной функционализации в насыпном слое углеродных нанотрубок .223
4.4.2 Методика теплового расчета аппарата для газофазной окислительной функционализации углеродных нанотрубок 225
4.4.3 Расчет теплового эффекта газофазного окисления УНТ в парах азотной кислоты 229
4.5 Выводы по главе 4 .232
ГЛАВА 5 Модифицирование углеродных нанотрубок и графеновых нанопластинок полианилином .233
5.1 Модифицирование углеродных нанотрубок 233
5.1.1 Влияние природы окислителя и условий окислительной полимеризации на конечные свойства модифицированных углеродных нанотрубок .233
5.1.2 Влияние способа предварительной окислительной функционализации УНТ на электропроводящие свойства и термическую стабильность их композитов с полианилином 243
5.1.3 Исследование закономерностей реакций окислительной полимеризации анилина в присутствии углеродных нанотрубок
5.1.3.1 Влияние морфологического типа углеродных нанотрубок 252
5.1.3.2 Влияние степени функционализации углеродных нанотрубок карбоксильными группами .2 5.2 Модифицирование графеновых нанопластинок 265
5.3 Моделирование процессов модифицирования углеродных наноматериалов методами молекулярной динамики .269
5.3.1 Математические методы исследования молекулярных систем на основе углеродных наноструктур .270
5.3.2 Моделирование процесса модифицирования углеродных нанотрубок полианилином .274
5.3.3 Моделирование процесса модифицирования графеновых нанопластинок полианилином 283 5.4 Выводы по главе 5 289
ГЛАВА 6 Разработка базовой технологической схемы многоассортиментного производства функционализированных и модифицированных форм углеродных наноматериалов 291
6.1 Обоснование для разработки единой гибкой технологической схемы 291
6.2 Компоненты схемы .2 6.2.1 Участок получения карбоксилированных углеродных нанотрубок .299
6.2.2 Участок газофазной функционализации 304
6.2.3 Участок получения композитов на основе углеродных наноматериалов, модифицированных полианилином 310
6.3 Выводы по главе 6 316
Основные выводы и результаты работы 317
Принятые в тексте сокращения и обозначения 321
Список литературы
