Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов
В данной работе исследована термостойкость нанокомпозитов Me—C (Me = Fe, Со и Ni), полученных совместным испарением в дуговом разряде механической смеси ферромагнитных порошков с графитом. Выполненные исследования показали, что полученные Me—C-нанокомпозиты окисляются в более широком интервале тем...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75884 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов / Ал.Д. Золотаренко, А.А. Рогозинская, А.П. Помыткин, В.А. Лавренко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 805-811 . — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-75884 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-758842018-07-12T17:16:03Z Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов Золотаренко, Ал.Д. Рогозинская, А.А. Помыткин, А.П. Лавренко, В.А. В данной работе исследована термостойкость нанокомпозитов Me—C (Me = Fe, Со и Ni), полученных совместным испарением в дуговом разряде механической смеси ферромагнитных порошков с графитом. Выполненные исследования показали, что полученные Me—C-нанокомпозиты окисляются в более широком интервале температур, чем чистая сажа. Снижение температуры начала их окисления можно объяснить наличием в них аморфной сажеподобной составляющей. Увеличение верхнего интервала температур окисления может быть вызвано окислением многослойных нанотрубок и ферромагнетиков, катализаторами роста которых они являются. У даній роботі виконано дослідження термостійкости нанокомпозитів Me—C (Me = Fe, Co і Ni), одержаних сукупним випаровуванням у дуговому розряді механічної суміші феромагнетних порошків із графітом. Виконані дослідження показали, що одержані Me—C-нанокомпозити окиснюються в більш широкому інтервалі температур, аніж чиста сажа. Зниження температури початку їх окиснення можна пояснити наявністю в них аморфної сажоподібної складової. Збільшення верхнього інтервалу температур окиснення може бути викликане окисненням багатошарових нанорурок і феромагнетиків, каталізаторами зростання яких вони є. In a given work, the thermal stability of the Me—C (Me = Fe, Co, and Ni) nanocomposites obtained by simultaneous co-evaporation in an arc discharge of the mechanical mixture of ferromagnetic powders with graphite is investigated. The performed studies show that the fabricated Mg—C nanocomposites are oxidized in a wider temperature range than the pure carbon black. The decrease of their oxidation-beginning temperature can be explained by the presence of anamorphous soot-like component. Increasing the upper temperature range of oxidation can be caused by the oxidation of multiwall nanotubes and ferromagnetic materials, which are the catalysts of their growth. 2012 Article Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов / Ал.Д. Золотаренко, А.А. Рогозинская, А.П. Помыткин, В.А. Лавренко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 805-811 . — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1816-5230 PACSnumbers:61.48.De,62.23.Pq,65.80.-g,75.50.Tt,81.05.ub,81.05.uj,81.70.Pg http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75884 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В данной работе исследована термостойкость нанокомпозитов Me—C
(Me = Fe, Со и Ni), полученных совместным испарением в дуговом разряде
механической смеси ферромагнитных порошков с графитом. Выполненные исследования показали, что полученные Me—C-нанокомпозиты окисляются в более широком интервале температур, чем чистая сажа. Снижение температуры начала их окисления можно объяснить наличием в них
аморфной сажеподобной составляющей. Увеличение верхнего интервала
температур окисления может быть вызвано окислением многослойных
нанотрубок и ферромагнетиков, катализаторами роста которых они являются. |
| format |
Article |
| author |
Золотаренко, Ал.Д. Рогозинская, А.А. Помыткин, А.П. Лавренко, В.А. |
| spellingShingle |
Золотаренко, Ал.Д. Рогозинская, А.А. Помыткин, А.П. Лавренко, В.А. Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| author_facet |
Золотаренко, Ал.Д. Рогозинская, А.А. Помыткин, А.П. Лавренко, В.А. |
| author_sort |
Золотаренко, Ал.Д. |
| title |
Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов |
| title_short |
Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов |
| title_full |
Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов |
| title_fullStr |
Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов |
| title_full_unstemmed |
Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов |
| title_sort |
исследование термостойкости me—c-нанокомпозитов |
| publisher |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75884 |
| citation_txt |
Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов / Ал.Д. Золотаренко, А.А. Рогозинская, А.П. Помыткин, В.А. Лавренко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 805-811 . — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| work_keys_str_mv |
AT zolotarenkoald issledovanietermostojkostimecnanokompozitov AT rogozinskaâaa issledovanietermostojkostimecnanokompozitov AT pomytkinap issledovanietermostojkostimecnanokompozitov AT lavrenkova issledovanietermostojkostimecnanokompozitov |
| first_indexed |
2025-07-06T00:05:07Z |
| last_indexed |
2025-07-06T00:05:07Z |
| _version_ |
1836853816977260544 |
| fulltext |
805
PACS numbers: 61.48.De, 62.23.Pq,65.80.-g,75.50.Tt,81.05.ub,81.05.uj, 81.70.Pg
Исследование термостойкости Me—C-нанокомпозитов
Ал. Д. Золотаренко, А. А. Рогозинская, А. П. Помыткин
*,
В. А. Лавренко
Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины,
ул. Кржижановского, 3,
03142 Киев, Украина
*Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт»,
просп. Победы, 37,
03056 Киев, Украина
В данной работе исследована термостойкость нанокомпозитов Me—C
(Me = Fe, Со и Ni), полученных совместным испарением в дуговом разряде
механической смеси ферромагнитных порошков с графитом. Выполнен-
ные исследования показали, что полученные Me—C-нанокомпозиты окис-
ляются в более широком интервале температур, чем чистая сажа. Сниже-
ние температуры начала их окисления можно объяснить наличием в них
аморфной сажеподобной составляющей. Увеличение верхнего интервала
температур окисления может быть вызвано окислением многослойных
нанотрубок и ферромагнетиков, катализаторами роста которых они яв-
ляются.
У даній роботі виконано дослідження термостійкости нанокомпозитів
Me—C (Me = Fe, Co і Ni), одержаних сукупним випаровуванням у дуговому
розряді механічної суміші феромагнетних порошків із графітом. Викона-
ні дослідження показали, що одержані Me—C-нанокомпозити окисню-
ються в більш широкому інтервалі температур, аніж чиста сажа. Зни-
ження температури початку їх окиснення можна пояснити наявністю в
них аморфної сажоподібної складової. Збільшення верхнього інтервалу
температур окиснення може бути викликане окисненням багатошарових
нанорурок і феромагнетиків, каталізаторами зростання яких вони є.
In a given work, the thermal stability of the Me—C (Me = Fe, Co, and Ni) nano-
composites obtained by simultaneous co-evaporation in an arc discharge of the
mechanical mixture of ferromagnetic powders with graphite is investigated.
The performed studies show that the fabricated Mg—C nanocomposites are oxi-
dized in a wider temperature range than the pure carbon black. The decrease of
their oxidation-beginning temperature can be explained by the presence of an
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2012, т. 10, № 4, сс. 805—811
© 2012 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
806 АЛ. Д. ЗОЛОТАРЕНКО, А. А. РОГОЗИНСКАЯ, А. П. ПОМЫТКИН и др.
amorphous soot-like component. Increasing the upper temperature range of
oxidation can be caused by the oxidation of multiwall nanotubes and ferromag-
netic materials, which are the catalysts of their growth.
Ключевые слова: Me—C, Fe, Со, Ni, смеси, графит, сажа, нанокомпозиты,
продукты окисления, дуговой разряд, многослойные нанотрубки, ферро-
магнетики, экзопик, фуллерен.
(Получено 19 января 2012 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время большое внимание исследователей привлекают
к себе металл-углеродные (Ме—С) нанокомпозиты из-за уникально-
сти их физико-химических свойств. Особое место среди них зани-
мают Ме—С-нанокомпозиты на основе металлов группы железа. В
настоящем сообщении приводятся результаты исследования термо-
стойкости на воздухе Ме—С-нанокомпозитов, содержащих смесь Fe,
Ni и Fe—Ni.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Термический анализ образцов, полученных дуговым методом путем
испарения чистого графита и его механических смесей с ферромаг-
нетиками (Fe, Ni, Fe—Ni), выполнен на приборе дериватограф Q-
1500Д на воздухе в условиях динамического нагрева от комнатной
температуры до 1000°С.
Рентгеновский анализ образцов выполнялся после съемки образ-
цов на дифрактометре ДРОН-3М в CuKα-излучении с Ni-фильтром
при напряжении на трубке 35 кВ и анодном токе 20 мА. Интервал
углов съемки составлял 10° ≤ 2θ ≤ 100° с шагом 0,1 Å и счетом в
каждой точке 4″. Выполнялась трехкратная запись линий отраже-
ния каждого образца в сканирующем режиме с цифровой регистра-
цией отражений и их компьютерной обработкой.
Результаты изменения массы (TG), скорости изменения массы
(DTG), энтальпии (DTA) продуктов синтеза в процессе нагрева при-
ведены на рис. 1 и в табл. 1.
Результаты рентгеновского фазового анализа образцов до и после
окисления представлены на рис. 2 и сведены в табл. 2.
Выполненные исследования показали, что окисление графити-
зированной пристенной сажи протекает в температурном интервале
329—778°С. На кривой DTG этому процессу отвечает широкий асси-
метричный пик с Тмах = 684°С.
На кривой DTA в этой температурной области наблюдается не-
большой широкий экзопик, перекрывающийся с более крупным и
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОСТОЙКОСТИ Ме—С-НАНОКОМПОЗИТОВ 807
острым экзопиком с максимальной интенсивностью при 709°С
(рис. 1, а; табл. 1, п. 1).
На дифрактограмме исходного материала (рис. 2, а; табл. 2, п. 1)
присутствуют линии графита с ромбоэдрическим искажением и га-
ло от аморфной фазы.
Из литературных сведений известно, что аморфный углерод сго-
Рис. 1. Температурная зависимость изменения TG, DTG, DTA синтезиро-
ванных образцов, полученных испарением: 1. а – чистого графита; 2. ме-
ханических смесей: б – C + Fe; в– C + Ni; г– C + Fe + Ni.
808 АЛ. Д. ЗОЛОТАРЕНКО, А. А. РОГОЗИНСКАЯ, А. П. ПОМЫТКИН и др.
рает в температурном интервале ≅ 300—500°С. Фуллерены воспла-
меняются при ≅ 550°С. Температуры окисления однослойных и
многослойных нанотрубок соответственно равны ≅ 650 и ≅ 750°С.
Взаимодействие с кислородом воздуха графитизированных частиц
происходит в области 800°С [1—3].
Исходя из полученных данных, следует, что довольно плавная
убыль массы сажи в области низких температур происходит, по-
видимому, вследствие выгорания аморфного углерода. При нагреве
до 600°С происходит окисление фуллереноподобных наноструктур,
а по мере роста температуры – окисление графитизированной мас-
сы и, возможно, многослойных нанотрубок с различной термостой-
костью.
Продукты, содержащие ферромагнетики, начинают окисляться
при более низких температурах (206—209°С), и этот процесс проте-
кает в более широком температурном интервале. Убыль массы про-
дуктов составляет 61—72,3 масс.% (рис. 1, б—г; табл. 1, п.п. 2—4).
При окислении продукта, содержащего Fe, на кривой DTG в обла-
ТАБЛИЦА 1. Результаты термического исследования продуктов, полу-
ченных совместным испарением графита с ферромагнетиками.
№ Материал
Температурный
интервал
окисления, °С
Убыль
массы, %
DTG
DTA
T1плеч., °C T2плеч., °C T1max, °C T2max, °C
1 С(сажа) 329—778 98 684 709
2 С + Fe 209—886 61 386 668 668
3 C + Ni 209—849 70,4 346 530 683 692
4 C + Fe + Ni 206—894 72,3 505 690,5 776 697
ТАБЛИЦА 2. Результаты рентгенофазового анализа образцов графита с
ферромагнетиками до и после окисления.
№ Материал
Фазовый состав
до окисления
Фазовый состав
после окисления
1 С(сажа)
графит с ромбоэдрическим иска-
жением; аморфная фаза (гало)
–
2 C + Fe
сажа (аморфная фаза, гало на
2θ ≈ 12—22°); следы графита (линия
средней интенсивности с d = 3,36
Å); α-Fe (ОЦК) и γ-Fe (ГЦК)
основная фаза – Fe2O3;
аморфная фаза (гало на
2θ ≈ 14—24°)
3 C + Ni
сажа; Ni(C)-твердый раствор (меж-
плоскостные расстояния увеличе-
ны); следы NiC
основная фаза – NiO;
аморфная фаза (гало на
2θ ≈ 16—25°)
4 C + Fe + Ni
Fe0,64 Ni0,36 (кубическая сингония);
сажа; следы графита с ромбоэдри-
ческим искажением
основная фаза – Ni1,43Fe1,7O4
(ГЦК), NiO; аморфная фаза
(гало на 2θ ≈ 12—24°)
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОСТОЙКОСТИ Ме—С-НАНОКОМПОЗИТОВ 809
сти 386°С наблюдается плечо, а при 668°С – большой асимметрич-
ный пик. Этой температуре соответствует и максимум экзотермиче-
ского пика на кривой ДТА (рис. 1, б; табл. 1, п. 2).
В остаточном продукте окисления рентгенофазовым анализом
выявлен оксид железа Fe2O3 (решетка кубическая, а = 9,404 Å,
V = 831,6 Å3). На малых углах присутствует четко выраженное гало,
предположительно, полимерного соединения «C—Fe», о чем свиде-
тельствует интенсивность и форма гало (пик на 2θ = 17°; табл. 2; рис.
2, в).
Кривая DTG окисления продукта C + Ni, наряду с плечом в низ-
котемпературной области (346°С), содержит плечо при 530°С; Tmax
большого асимметричного пика наблюдается при 683°С. Кривая
ДТА представлена двумя размытыми перекрывающимися экзотер-
мическими пиками с Tmax = 692°С (рис. 1, в; табл. 1, п.3).
При окислении продукта, содержащего Ni, выявился оксид ни-
келя NiO (кубическая сингония, а = 4,1769 Å, V = 72,87 Å3) и четкое
гало c d = 5,30 Å, предположительно, полимерного соединения «C—
Рис. 2. Дифрактограммы исходных материалов и продуктов окисления:
а) С (графит, сажа); б) C + Fe (до окисления); в) C + Fe (после окисления);
г) С + Ni (до окисления); д) С + Ni (после окисления); ж) C + Fe + Ni (до
окисления); з) C + Fe + Ni (после окисления).
810 АЛ. Д. ЗОЛОТАРЕНКО, А. А. РОГОЗИНСКАЯ, А. П. ПОМЫТКИН и др.
Ni» (табл. 2; рис. 2, д).
Особенностью высокотемпературного поведения продукта, со-
держащего Fe—Ni, является наличие только одного плеча (505°С)
(табл. 1, п. 4), смещение большого асимметричного пика в область
более высоких температур (690оС), появление небольшого пика при
776°С (рис. 1, г; табл. 1, п. 4).
Рентгенофазовым анализом продуктов окисления C + Fe + Ni уста-
новлен их сложный фазовый состав: образовались фазы Ni1,43Fe1,7O4
(кубическая сингония, а = 8,3473 Å, V = 581,6 Å3); NiO (кубическая
сингония); на малом углу (2θ = 17°) наблюдается сильная размытая
линия – гало предположительной аморфной фазы «C—Fe—Ni» (табл.
2; рис. 2, ж).
Таким образом, при окислении образцов с ферромагнетиками
наличие на кривых DTG плечей при 346°С, 386°С, вероятно, связа-
но со сгоранием аморфного углерода. Появление на кривых DTG
широких пиков (Тмах = 668—690°С) и соответствующих им экзотер-
мических пиков на кривых ДТА (Тмах = 668—697°С), как и в случае
сажи, может свидетельствовать о наличии в продуктах сажи с фер-
Продолжение Рис. 2.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОСТОЙКОСТИ Ме—С-НАНОКОМПОЗИТОВ 811
ромагнетиками углеродных нанотрубок.
Более сложный характер кривых TG, DTG, DTA окисления этих
образцов (по сравнению с чистой сажей) при более высоких темпе-
ратурах, по-видимому, вызван образованием в процессе их нагрева
твердых продуктов, вследствие окисления металлов – оксидов
Fe2O3, NiO, сложного оксида Ni1,43Fe1,7O4, полимерных соединений
«C—Мe».
3. ВЫВОДЫ
Выполненные исследования показали, что полученные Ме—С-нано-
композиты окисляются в более широком интервале температур,
чем чистая сажа. Снижение температуры начала их окисления
можно объяснить выгоранием в них аморфной сажеподобной со-
ставляющей. Увеличение верхнего интервала температур окисле-
ния может быть вызвано окислением многослойных нанотрубок и
ферромагнетиков, катализаторами роста которых они являются.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. А. В. Елецкий, Успехи физ. наук, 172, № 4: 401 (2002).
2. Э. Т. Раков, Успехи химии, 69, № 1: (2000).
3. Э. И. Головко, В. А. Боголепов, С. Ю. Загинайченко, Е. А. Лысенко,
Д. В. Щур и др., Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 3, вип.
3: 633 (2005).
|