ЭЛАСТОМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ, МОДИФИЦИРОВАННЫМИ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ

A. V. Shchegolkov; A. V. Shchegolkov

doi:10.6060/rcj.2026701.13

A. V. Shchegolkov Тамбовский государственный технический университет
A. V. Shchegolkov Московский политехнический университет

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2026701.13

Ключевые слова: эластомер, композит, углеродные нанотрубки, электропроводность, лазерное излучение, теплопроводность

Аннотация

В работе исследовано влияние лазерной обработки на структуру и функциональные свойства многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), синтезированных СВЧ-методом с использованием ферроцена и графита в качестве прекурсоров, а также на электро- и теплофизические характеристики эластомерных нанокомпозитов на их основе. Модификацию МУНТ проводили методом лазерной абляции с использованием импульсного Nd:YAG-лазера (длительность обработки до 5 мин, мощность источника до 1 кВт). Нанокомпозиты получали на основе двухкомпонентного кремнийорганического эластомера «Силагерм 8030» с содержанием модифицированных МУНТ 4 мас.%. Методами сканирующей электронной микроскопии и рамановской спектроскопии установлено, что лазерное воздействие приводит к значительным морфологическим и структурным изменениям: уменьшению диаметра трубок с 40–80 до 20–30 нм вследствие абляции внешних графеновых слоев, формированию развитой сетчатой архитектуры, полному удалению каталитических частиц железа с поверхности, а также к модификации дефектной структуры, подтвержденной смещением D-полосы с 1345,2 до 1341 см-1 и увеличением отношения ID/IG с 1,172 до 1,175 при сохранении положения G-полосы. Показано, что композит с модифицированными МУНТ демонстрирует улучшенные функциональные характеристики по сравнению с немодифицированными аналогами: теплопроводность возрастает с 0,31 до 0,34 Вт/(м·°С), температуропроводность – с 1,7·10-7 до 1,72·10-7 м²/с, электропроводность – с 0,1 до 0,12 См/м. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения лазерной обработки для направленной модификации морфологии и структуры углеродных нанотрубок с целью создания электропроводящих полимерных композитов с улучшенными электро- и теплофизическими свойствами.

Для цитирования: Щегольков А.В. Щегольков., А.В. Эластомерные нанокомпозиты с углеродными нанотрубками, модифицированными методом лазерной абляции. Рос. хим. ж. 2026. Т. LXX. № 1. С. 112-117. DOI: 10.6060/rcj.2026701.13.

Литература

Ali Z., Yaqoob S., Yu J., D’Amore, A. // Composites Part C Open Access. 2024. V. 13. P. 100434. DOI: 10.1016/j.jcomc.2024.100434.

Bhattacharyya A.S. // Chemical Physics Impact. 2024. V. 8. P. 100642. DOI: 10.1016/j.chphi.2024.100642.

Yao Y., Jin S., Zou H., Li, L., Ma X., Lv G., Gao F., Lv X., Shu Q. // J. Mater. Sci. 2021. V. 56. P. 6549-6580. DOI: 10.1007/s10853-020-05635-x.

Lu L., Guo H., Wang Y., Liu K.X., Huang Y., Zhang X., Chen J. // Composites Part A. 2025. V. 199. P. 109167. DOI: 10.1016/j.compositesa.2025.109167.

Orozco F., Salvatore A., Sakulmankongsuk A., Gomes D.R., Pei Y., Araya-Hermosilla E., Fuenzalida J.P., Picchioni F., Moreno-Villoslada I. // Polymer. 2022. V. 260. P. 125365. DOI: 10.1016/j.polymer.2022.125365.

Kodolov V.I., Trineeva V.V., Lapin A.A., Merzljakova V.M. Current and Potential Applications. USA: Apple Academic Press. 2019. P. 271-280. DOI: 10.1201/9780429463877-15.

Georgopoulou A., Brancart J., Terryn S., Bosman A.W., Roels E., Van Assche G., Vanderborght B. // Applied Materials Today. 2022. V. 29. P. 101638. DOI: 10.1016/j.apmt.2022.

Liu Y., Zhang H., Porwal H., Tu W., Evans J., Newton M., Busfield J.J.C., Peijs T., Bilotti E. // Adv. Funct. Mater. 2017. V. 27. P. 1702253. DOI: 10.1002/adfm.201702253.

Zeng Y., Lu G., Wang H., Du J., Ying Z., Liu C., Fu W., Zhang Q., Qian Y., Wang J. // Scientific Reports. 2014. V. 4. P. 6684. DOI: 6684.10.1038/srep06684.

Liu Y., Zhang H., Porwal H., Tu W., Evans J., Newton M., Busfield J.J.C., Peijs T., Bilotti E. // J. Mater. Chem. C. 2018. V. 6. P. 2760-2768. DOI: 10.1039/C7TC05621D.

Liu Y., Van Vliet T., Tao Y., Busfield J.J.C., Peijs T., Bilotti E., Zhang H. // Compos. Sci. Technol. 2020. V. 190. P. 108032. DOI: 108032.10.1016/j.compscitech.2020.108032

Asare E., Evans J., Newton M., Peijs T., Bilotti E. // Mater. Des. 2016. V. 97. P. 459-463. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.02.077.

Spinelli G., Guarini R., Kotsilkova R., Ivanov E., Georgiev V. // Polymers. 2025. V. 17. P. 2835. DOI: 10.3390/polym17212835.

Danilov P.A., Ionin A.A., Kudryashov S.I., Makarov S.V., Mel’nik N.N., Rudenko A.A., Yurovskikh V.I., Zayarniy D.V., Lednev V.N., Ligachev A.E., Obraztsova E.D., Pershin S.M., Bunkin A.F. // Laser Physics Letters. 2014. V. 11. P. 106101. DOI: 10.1088/1612-2011/11/10/106101.

Sun W.-J., Xu L., Jia L.-C., Zhou C.-G., Xiang Y., Yin R.H., Yan D.-X., Li Z.-M. // Compos. Sci. Technol. 2019. V. 181. P. 107695. DOI: 10.1016/j.compscitech.2019.107695.

Щегольков А.В., Щегольков А.В., Земцова Н.В. // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2024. Т. LXVIII. № 3. С. 36-41. DOI: 10.6060/rcj.2024683.6.

Щегольков А.В., Щегольков А.В. // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2025. Т. LXIX. № 1. С. 15-19. DOI: 10.6060/rcj.2025691.3.

Yan X., Kitahama Y., Sato H., Suzuki T., Han X., Itoh T., Bokobza L., Ozaki Y. // Chem. Phys. Lett. 2011. V. 523. P. 87-91. DOI: 10.1016/j.cplett.2011.11.082.

Щегольков А.В., Орлова Н.В., Щегольков А.В., Чумак М.А. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 2. С. 70-78. DOI: 10.6060/ivkkt.20256802.7157.

Куржумбаев Д.Ж., Евменова С.А., Мохова А.И., Урванов С.А., Казеннов Н.В., Караева А.Р., Мордкович В.З. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 12. С. 64-73. DOI: 10.6060/ivkkt.20256812.16y.

Фам Тхи Бе, Фан Ту Куи, Буй Конг Чинь, Нгуен Тхи Ким Зянг, Нгуен Тхи Тху Ха. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 12. С. 73-79. DOI: 10.6060/ivkkt.20246712.7115.