Функционализация и дисперсия углеродных наноматериалов с использованием экологически чистого ультразвукового процесса озонолиза

Общей целью этих процессов ультразвукового озонолиза и электрофоретического осаждения является достижение стабильной дисперсии углеродных наноматериалов, которые затем могут быть использованы для получения иерархических композиционных материалов. Этот метод может ответить на ключевые вопросы в области иерархических композитов. Предусмотрев удобный способ контролируемого покрытия тканей из микрофибры углеродными наноматериалами.

Основное преимущество этого метода заключается в том, что углеродные наноматериалы, такие как нанотрубки и нанопластинки, могут быть функционализированы и совместимы с системами полимерных смол без использования агрессивных химических веществ. Чтобы начать эту процедуру, переложите все необходимые материалы в перчаточный ящик в вытяжном шкафу, оборудованном фильтром hepa. Взвесьте нужное количество наноматериалов в бутылку и добавьте воды так, чтобы конечная концентрация наночастиц составила один грамм на литр.

Закупорьте бутылку крышкой. Ультразвук в течение 30 минут при частоте 43 килогерц и мощности 60 Вт для диспергирования УНТ и ГНП. Затем осторожно вылейте суспензию наночастиц в колбу реактора, содержащую магнитную мешалку.

Соберите экспериментальную установку, как указано в текстовом протоколе. После этого вставьте озоновый барботер и подключите его к генератору озона. Затем поместите колбу реактора в охлаждаемую ванну.

Перемешайте раствор, чтобы предотвратить оседание УНТ из суспензии. Включите блок рециркуляции охлаждающей воды для охлаждения озонового реактора и ультразвуковой ячейки. Затем включите подачу кислорода к генератору озона.

Отрегулируйте расход до нуля целых пять десятых литров в минуту. Включите генератор озона и дайте ему поработать от 30 до 60 минут. Использование барботера с другой стороны установки для разрушения озона позволяет быстро проверить, подключен ли генератор озона и работает ли он правильно.

После этого включите перистальтический насос и отрегулируйте его на ноль целых шесть семь герц. Включите ультразвуковой рупор и отрегулируйте мощность на 60 Вт. Наблюдайте за процессом ультразвуковой обработки не менее 30 минут, чтобы обеспечить стабильную работу насоса и ультразвукового рупора.

По истечении нужного времени обработки ультразвукового озонолиза выключите генератор озона, ультразвуковой аппарат и насос. Перемешайте дисперсию углеродного наноматериала в течение часа, чтобы озон и раствор разложились. Для начала следует провести ультразвуковую обработку суспензии наноматериала, если электрофорез не был проведен в течение 24 часов после обработки ультразвукового озонолиза.

Затем подготовьте три электрода из нержавеющей стали, как указано в текстовом протоколе. С помощью наждачной бумаги из оксида алюминия P1000 отшлифуйте электроды. Очистите истиранные электроды в ванне для ультразвуковой очистки в течение 10 минут в ультрачистой воде.

Поместите электроды в чистую духовку для просушки в течение 10 минут при температуре 100 градусов Цельсия. После этого переместите электроды в эксикатор для охлаждения. После охлаждения взвесьте электроды, которые будут использоваться для анотического осаждения, на четырехзначных аналитических весах.

Затем соберите электроды, как указано в текстовом протоколе. Перенесите 35 миллилитров дисперсии углеродных наноматериалов в стакан объемом 50 миллилитров. Закрепите электродное приспособление на ретортной подставке.

После этого медленно опустите электроды на дно стакана. Подсоедините положительную клемму источника питания постоянного тока к центральному аноду. Далее присоедините отрицательную клемму к одному из внешних катодов.

С помощью крышки с зажимами из кожи аллигатора соедините два внешних катода. При выключенном блоке питания отрегулируйте ток до максимальной настройки. Отрегулируйте напряжение до необходимого значения для нужного исследования.

Затем подготовьте секундомер и включите блок питания на необходимую продолжительность кодирования. После этого выключите блок питания. Медленно поднимите электродное приспособление из дисперсии, следя за тем, чтобы пленка не потревожилась.

Отсоедините клеммы от электродов. Далее медленно поверните электродное приспособление в горизонтальное положение. Дайте пленке на аноде равномерно высохнуть.

После этого разберите приспособление и просушите анод в духовке в течение часа при температуре 100 градусов Цельсия. Поместите высушенный анод в эксикатор для остывания. С помощью аналитических весов запишите вес с точностью до четырех знаков после запятой.

Сфотографируйте кодированный анод и повторите процесс кодирования и взвешивания для каждого времени осаждения. Затем выполните характеристику и анализ, как указано в текстовом протоколе. В данном исследовании используется новый метод функционализации и стабильного диспергирования углеродных наноматериалов в водной среде.

Широкопроверочная рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия показывает, что УНТ, не подвергшиеся обработке УСО, практически не содержат кислорода. Тем не менее, уровень поверхностного кислорода увеличивается по мере увеличения времени обработки USO. Рамановский спектр показывает наличие дефектов в УНТ, которые существовали еще до обработки УСО.

Видно, что диапазон G смещается с волнового числа 1,576 на волновое число 1,582, при этом второй компонент становится более выраженным при волновом числе 1,618 по мере увеличения времени USO. Заметные различия также наблюдаются в интенсивности двух D-диапазонов при волновом числе 2,698. А затем диапазоны D и G с волновым числом 2, 941 по мере увеличения времени USO.

Все эти изменения согласуются с повышением уровня окисления УНТ. Сканирующая электронная микроскопия показывает, что в то время как необработанные УНТ обладают высокой компетенцией, УНТ, обработанные USO, гораздо более равномерно распределены по поверхности. Это указывает на то, что обработка USO помогла уменьшить количество агломиратов, присутствующих в полученном материале.

Обработанные USO УНТ затем подвергаются электрофорическому осаждению с использованием различных условий, более толстые пленки образуются по мере увеличения времени электрофореза. Более толстые пленки также получаются при использовании более высоких концентраций УНТ. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области иерархических композитов к изучению возможности использования ультразвукового озонолиза для функционализации других наноматериалов для элетрофоретического осаждения.

Различные уровни покрытия углеродных наноматериалов могут оказывать значительное влияние на макромасштабные свойства композита, такие как прочность и ударная вязкость. Поскольку метод основан на воде после функционализации, озон распадается на безвредный кислород. При этом нет необходимости удалять химические вещества из дисперсии перед использованием наноматериалов.

Не забывайте запускать озон в течение часа перед включением перистальтического насоса. В противном случае вы получите комки наноматериалов в пробирке.