Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами

Изучено влияние аллотропных форм углерода – детонационных наноалмазов, фуллеренов, многослойных нанотрубок, мелкодисперсной сажи – на восприимчивость перхлоратных комплексов металлов с полиазотистыми лигандами к лазерному импульсу. Показано, что в определенных условиях ДНА могут быть универсальны...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Шугалей, И.В., Илюшин, М.А., Целинский, И.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2012
Назва видання:	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Теми:	Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136080
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами / И.В. Шугалей, М.А. Илюшин, И.В. Целинский // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2012. — Вип. 15. — С. 393-397. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-136080
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1360802025-02-09T13:40:29Z Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами Шугалей, И.В. Илюшин, М.А. Целинский, И.В. Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Изучено влияние аллотропных форм углерода – детонационных наноалмазов, фуллеренов, многослойных нанотрубок, мелкодисперсной сажи – на восприимчивость перхлоратных комплексов металлов с полиазотистыми лигандами к лазерному импульсу. Показано, что в определенных условиях ДНА могут быть универсальным сенсибилизатором, снижающим порог инициирования светочувствительного энергетического материала к лазерному излучению. Вивчено вплив алотропних форм вуглецю – детонаційних наноалмазів, фулеренів, багатошарових нанотрубок, дрібнодисперсної сажі – на сприйнятливість перхлоратних комплексів металів з поліазотистими лігандами до лазерного імпульсу. Показано, що в певних умовах ДНА можуть бути універсальним сенсибілізатором, що знижує поріг ініціювання світлочутливого енергетичного матеріалу до лазерного випромінювання. The influence of detonation nanodiamonds, multiwall carbon nanotubes, fullerenes and ultrafine soot upon the sensitivity of complex perchlorates to laser pulse has been investigated. Detonation nanodiamonds showed the ability to enlarge the sensitivity investigated complex perchlorates to laser pulse. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования РФ в рамках межвузовской аналитическй целевая программы «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2009–2011 гг. Проекты 2.1.1/2908 и 2.1.2/1581. 2012 Article Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами / И.В. Шугалей, М.А. Илюшин, И.В. Целинский // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2012. — Вип. 15. — С. 393-397. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136080 666.233 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения application/pdf Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора
spellingShingle	Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Шугалей, И.В. Илюшин, М.А. Целинский, И.В. Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
description	Изучено влияние аллотропных форм углерода – детонационных наноалмазов, фуллеренов, многослойных нанотрубок, мелкодисперсной сажи – на восприимчивость перхлоратных комплексов металлов с полиазотистыми лигандами к лазерному импульсу. Показано, что в определенных условиях ДНА могут быть универсальным сенсибилизатором, снижающим порог инициирования светочувствительного энергетического материала к лазерному излучению.
format	Article
author	Шугалей, И.В. Илюшин, М.А. Целинский, И.В.
author_facet	Шугалей, И.В. Илюшин, М.А. Целинский, И.В.
author_sort	Шугалей, И.В.
title	Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами
title_short	Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами
title_full	Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами
title_fullStr	Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами
title_full_unstemmed	Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами
title_sort	влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136080
citation_txt	Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами / И.В. Шугалей, М.А. Илюшин, И.В. Целинский // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2012. — Вип. 15. — С. 393-397. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
work_keys_str_mv	AT šugalejiv vliânienanoalmazovinanočasticdrugihallotropnyhformuglerodanavzaimodejstvielazernogolučasnekotorymikompleksnymiperhloratami AT ilûšinma vliânienanoalmazovinanočasticdrugihallotropnyhformuglerodanavzaimodejstvielazernogolučasnekotorymikompleksnymiperhloratami AT celinskijiv vliânienanoalmazovinanočasticdrugihallotropnyhformuglerodanavzaimodejstvielazernogolučasnekotorymikompleksnymiperhloratami
first_indexed	2025-11-26T08:23:28Z
last_indexed	2025-11-26T08:23:28Z
_version_	1849840540181331968
fulltext	РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА 393 2. Электрические свойства полимеров / Под ред. Б. И. Сажина. – 2-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1977. – 192 с. 3. Струмопровідні нанокомпозити на основі поліетилену / Д. С. Новак, Н. М. Березенко, Т. С. Шостак та ін. // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2011. – Вып. 14. – С. 394–398. 4. ГОСТ 16337-77. Полиэтилен высокого давления 5. http://www.nonstopsystems.com/radio/article-PANTRAC-carbon-brushes.pdf. 6. Електропровідні гуми. Вплив рецептурних і технологічних факторів на їхні властивості / Л. О. Мельник, О. О. Богатиренко, А. П. Піднебесний // Хімічна промисловість України. – 2009. – № 3. – С. 50–51. Надійшла 08.06.12 р. УДК 666.233 И. В. Шугалей, М. А. Илюшин, И. В. Целинский, доктора химических наук Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Россия ВЛИЯНИЕ НАНОАЛМАЗОВ И НАНОЧАСТИЦ ДРУГИХ АЛЛОТРОПНЫХ ФОРМ УГЛЕРОДА НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА С НЕКОТОРЫМИ КОМПЛЕКСНЫМИ ПЕРХЛОРАТАМИ Изучено влияние аллотропных форм углерода – детонационных наноалмазов, фуллеренов, многослойных нанотрубок, мелкодисперсной сажи – на восприимчивость перхлоратных комплексов металлов с полиазотистыми лигандами к лазерному импульсу. Показано, что в определенных условиях ДНА могут быть универсальным сенсибилизатором, снижающим порог инициирования светочувствительного энергетического материала к лазерному излучению. Ключевые слова: аллотропная форма углерода, детонационный наноалмаз, фуллерен, нанотрубка, энергетический материал, лазерный импульс. Современное развитие геологической разведки, добычи полезных ископаемых, вопросы закрытия утративших коммерческое значение шахт и скважин немыслимы без использования высокоэнергетических материалов (ЭМ) и изделий на их основе. Исторически добыча сырья всегда сопровождалась взрывными работами. В настоящее время коренным образом изменились требования к самим ЭМ и изделиям на их основе для этих целей, а также к условиям их применения. Важнейшими являются требования безопасности и экологичности. Взрывные технологии содержат следующие основные элементы: объект переработки (воздействия), заряд ЭМ, детонатор, линию передачи энергетического импульса, генератор энергии (подрыва). Риск аварийного взрыва во взрывных сетях связан, во-первых, со сверхпороговым воздействием на ЭМ (например, падение, пожар) и, во- вторых, с появлением в линии передачи энергии ложного инициирующего импульса. Безопасность взрывных работ повышается при использовании линии связи генератора энергии с детонатором, не передающей и не генерирующей ложные инициирующие импульсы при возникновении аварийных ситуаций. Лазерное инициирование – относительно новый способ подрыва ЭМ, отличающийся повышенной безопасностью. При лазерном инициировании обеспечивается высокий уровень изоляции светодетонатора от ложного импульса, поскольку в оптическом диапазоне отсутствуют случайные источники Выпуск 15. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 394 мощностью, достаточной для подрыва детонатора. Светодетонаторы не чувствительны к электромагнитным наводкам и зарядам статического электричества [1]. Лазерное инициирование можно использовать во многих взрывных технологиях, например: − взрывные сварка, штамповка, упрочнение, компактирование, синтез новых материалов могут быть осуществлены при оптоволоконном инициировании одного или нескольких светодетонаторов; − горновзрывные работы, как вскрышные, так и в шахтах, опасных по газу и пыли, требуют одновременного или короткозамедленного инициирования большого количества светодетонаторов через оптоволоконные линии связи; − перфорация глубоких скважин. Во всех перечисленных случаях следует использовать термостойкие оптоволоконные светодетонаторы с высокой восприимчивостью к лазерному импульсу, обеспечивающие надежное инициирование до 100 кумулятивных зарядов бризантных ЭМ. К основным элементам цепи лазерного инициирования относятся светочувствительные энергоемкие вещества. В зависимости от решения конкретных задач в качестве светочувствительных ЭМ для светодетонаторов были предложены в том числе энергоемкие металлокомплексы с различными значениями порогов инициирования лазерным моноимпульсом (продолжительность импульса ~ 10-8 с) или одиночным импульсом (время импульса до ~10-3 с). Так, в США успешно используют светодетонаторы, содержащие светочувствительные заряды комплексного перхлората BNCP (1). Нами для применения в оптических средствах инициирования были предложены более чувствительные к лазерному излучению, чем BNCP, медный (2) и ртутный (3) комплексные перхлораты (рис. 1). Co(NH3)4 NN N N NO2 ClO4 2 N N N NHNH2 NH2 2 Cu (ClO4)2 BNCP (1) (2) (ClO4)2 \Hg H N N N N NHNH2 . N N N N (-CH2-CH-)n CH3 (-CH2-C-)m \| \| CH3 COOH (3) Полимер PVMT Рис. 1. Комплексные перхлораты Соли 2 и 3 имеет повышенную восприимчивость к механическим воздействиям, что не соответствует современным требованиям безопасности. Достичь снижения чувствительности комплексных перхлоратов меди 2 и ртути 3 к механическим воздействиям можно путем флегматизации. Одним из эффективных путей флегматизации порошкообразных энергетических материалов является создание композиций на основе ЭМ, помещенных в матрицу из инертного полимера. В настоящей работе в качестве инертной матрицы использовали сополимер 2-метил-5- винилтетразола (~98%) и метакриловой кислоты (~2%) (полимер PVMT). Приготовили составы на основе медного комплекса (2) и полимера PVMT (состав ВС-1) и на основе ртутного комплекса (3) и полимера PVMT (состав ВС-2). Указанные комплексы использовали в системах лазерного инициирования. РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА 395 При проведении горновзрывных работ требуется подрыв большого количества светодетонаторов импульсом мощного лазера. Эффективность лазерного инициирования можно повысить путем снижения порога инициирования светочувствительных ЭМ. Известно, что мелкодисперсную сажу успешно применяют для усиления восприимчивости энергетических материалов к одиночному импульсу инфракрасных лазеров. Так, при добавлении 5% сажи порог инициирования прессованных зарядов комплексов 1 и 3 лучом полупроводникового лазера (длительность лазерного импульса – несколько миллисекунд) снижается более чем в 300 раз. Однако влияние других аллотропных форм углерода на пороги лазерного инициирования светочувствительных металлокомплексов не изучали. В работе также исследовали влияние добавок детонационных наноалмазов (ДНА производства ЗАО «Алмазный центр», Санкт-Петербург) (размер конгломератов частиц 40–60 нм) и многостенных нанотрубок (размер конгломератов частиц < 100 нм, производство ЗАО «Астрин», Москва) на порог инициирования светочувствительного состава ВС-1 одиночным импульсом неодимового лазера модели ИТ-181 (длительность импульса 150 мкс). Добавки 3% аллотропных форм углерода вводили в суспензию медной соли в растворе полимера PVMT в легколетучем органическом растворителе или в суспензию порошка состава ВС-1 в том же растворителе. Лазерным лучом экспонировалась центральная часть заряда. Результаты экспериментального определения порога инициирования зарядов приведены в табл. 1. Таблица 1. Результаты исследования порогов лазерного инициирования зарядов состава ВС-1. Образец Состав ВС-1 + 3% ДНА Комплекс 2 + 3% ДНА + 10% PVMT Комплекс 2 + 3% нанотрубок + 10% PVMT Плотность потока энергии, E, Дж/мм2 0,06 0,034 0,051 Приведенные результаты являются средними из 5–6 параллельных опытов. Средняя погрешность экспериментов – ±10%. Следует отметить, что для системы комплекс 2 + 3% ДНА + 10% PVMT при определении критической энергии инициирования наблюдали срыв процесса детонации во взрывное горение. Есть основания предполагать, что именно в этом режиме наблюдается быстрое разложение состава ВС-1 при энергии инициирования, близкой к критической. Сравнение данных табл. 1 позволяет заключить, что: − введение 3% добавок ДНА и нанотрубок приводит к снижению порога инициирования состава ВС–1 в 2–3 раза; − эффективность ДНА как сенсибилизирующей добавки зависит от способа смешения компонентов в составе; − при одинаковом способе смешивания аллотропных форм углерода сенсибилизирующая способность ДНА, очевидно, этот показатель нанотрубок. Таким образом, экспериментально подтверждена возможность сенсибилизации состава ВС-1 к импульсному излучению неодимового лазера в режиме свободной генерации наночастицами ДНА и нанотрубками. Влияние добавок наночастиц аллотропных форм углерода на чувствительность ЭМ к действию лазерного моноимпульса (лазер LF 114-10, длина волны 1,06 мкм, длительность импульса 9 нс) изучали на примере состава ВС-2, к которому добавляли ультадисперсную сажу (производства ЗАО «ИСР–Кемикалс», Санкт-Петербург) (продукт special black 4, размер частиц ~1 мкм), ДНА (производства ЗАО «Алмазный центр», Санкт-Петербург) (размер конгломератов частиц 40–60 нм), фуллерены (C60/C70 – 80/20 производства ЗАО Выпуск 15. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 396 «Астрин», Москва, размер конгломератов частиц < 100 нм) и многостенные нанотрубки (производства ЗАО «Астрин», Москва, размер конгломератов частиц < 100 нм,). Лазерному воздействию подвергали образцы, которые представляли собой медные колпачки диаметром 5 мм и высотой 2 мм, заполненные составом ВС-2. Точность измерения порога инициирования составляла ~10%. В результате исследований установлено, что сажа, фуллерены и нанотрубки повышают порог инициирования состава ВС-2, т. е. являются флегматизаторами. Полученные результаты обусловлены повышением абсорбции излучения поверхностью заряда в присутствии этих добавок, диссипацией поглощенной мелкодисперсной сажей, фуллеренами и нанотрубками лазерной энергии с поверхности образца состава ВС-2, что приводит к ухудшению условий формирования очага инициирования внутри слоя состава и повышению критической энергии зажигания (табл. 2 и рис. 2). Таблица 2. Зажигание состава ВС-2 лазерным моноимпульсом Добавка Заряд Wo, мкДж - ВС-2 310 Сажа ВС-2 + 0,5% 2450 ВС-2 + 1% 2550 ВС-2 + 2% 3050 ВС-2 + 3% 3250 ДНА ВС-2 + 0,5% 260 ВС-2 + 1% 200 ВС-2 + 3% 190 ВС-2+ 5% 340 Фуллерены ВС-2 + 1% 630 ВС-2 + 3% 830 ВС-2 + 5% 730 Нанотрубки ВС-2 + 0,5% 640 ВС-2 + 1% 590 ВС-2 + 2% 640 ВС-2 + 3% 850 Примечание. Результатом инициирования является взрыв. Рис. 2. Влияние добавок аллотропных форм углерода на порог зажигания состава ВС-2 РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА 397 Действие ДНА на состав ВС-2 отличается от действия на него других аллотропных форм углерода. ДНА обладают высокой теплопроводностью и положительной энтальпией образования. Экспериментально определенное значение DHf 0 составляет 2560–2950 кДж/кг, что в 18 раз превышает табличное значение для алмаза. С учетом состояния решетки расчетное значение – вDHf 0 – 3500 кДж/кг [2]. Такое состояние алмаза предопределило его сильное структурирующее воздействие на окружающую среду и адсорбционные свойства. Введение ДНА до 3% снижает порог инициирования состава ВС-2 моноимпульсом неодимового лазера. Дальнейшее увеличение количества ДНА в составе приводит к снижению его восприимчивости к лазерному излучению. Полученный результат обусловлен повышением объемной освещенности внутри заряда и улучшением условий формирования очага инициирования вследствие введения детонационных наноалмазов со значительно более высоким показателем преломления, чем у исходного состава. Увеличение порога инициирования состава ВС-2, содержащего 5% ДНА, очевидно, является следствием негативного влияния разбавления светочувствительного состава инертной добавкой. Следовательно, действие добавок аллотропных форм углерода на чувствительность металлокомплексов зависит от длительности лазерного импульса. Наиболее универсальным сенсибилизатором, снижающим порог инициирования светочувствительных ЭМ к лазерному излучению, как в режиме свободной генерации, так и моноимпульса, являются детонационные наноалмазы. Полученные в работе результаты моно использовать при создании оптических средств инициирования для горнодобывающей и нефтегазовой промышленности. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования РФ в рамках межвузовской аналитическй целевая программы «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2009–2011 гг. Проекты 2.1.1/2908 и 2.1.2/1581. Вивчено вплив алотропних форм вуглецю – детонаційних наноалмазів, фулеренів, багатошарових нанотрубок, дрібнодисперсної сажі – на сприйнятливість перхлоратних комплексів металів з поліазотистими лігандами до лазерного імпульсу. Показано, що в певних умовах ДНА можуть бути універсальним сенсибілізатором, що знижує поріг ініціювання світлочутливого енергетичного матеріалу до лазерного випромінювання. Ключові слова: алотропна форма вуглецю, детонаційний наноалмаз, фулерен, нанотрубка, енергетичний матеріал, лазерний імпульс. The influence of detonation nanodiamonds, multiwall carbon nanotubes, fullerenes and ultrafine soot upon the sensitivity of complex perchlorates to laser pulse has been investigated. Detonation nanodiamonds showed the ability to enlarge the sensitivity investigated complex perchlorates to laser pulse. Key words: allotropic form of carbon, detonation nanodiamond, fullerene, carbon nanotube, energetic material, laser pulse. Литература 1. Металлокомплексы в высокоэнергетических композициях / М. А. Илюшин, А. М .Судариков, И. В. Целинский и др. – СПб.: ЛГУ им А. С. Пушкина, 2010. – 160 с. 2. Химия поверхности детонационных наноалмазов как основа создания продукции биомедицинского назначения / И. В. Шугалей, А. М. Судариков, А. П. Возняковский и др. – СПб.: ЛГУ им А. С. Пушкина, 2012. – 152 с. Поступила 20.06.12

Влияние наноалмазов и наночастиц других аллотропных форм углерода на взаимодействие лазерного луча с некоторыми комплексными перхлоратами

Репозитарії

Схожі ресурси