Теоретичне дослідження впливу вуглецевого графеноподібного нанокластера на стабільність і міцність поліаміду у нанокомпозиті
By the density functional theory method with the exchange-correlation functional B3LYP, the basis set 6-31G(d,p) and Grimme dispersion corrections, the energy values has been calculated of intermolecular interaction between adjacent polyamide fragments, and the effect of graphene-like nanoclusters o...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/520 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1860507027081527296 |
|---|---|
| author | Demianenko, E. M. Теrets, M. I. Sementsov, Yu. I. Makhno, S. M. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Kartel, M. T. |
| author_facet | Demianenko, E. M. Теrets, M. I. Sementsov, Yu. I. Makhno, S. M. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Kartel, M. T. |
| author_sort | Demianenko, E. M. |
| baseUrl_str | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:05Z |
| description | By the density functional theory method with the exchange-correlation functional B3LYP, the basis set 6-31G(d,p) and Grimme dispersion corrections, the energy values has been calculated of intermolecular interaction between adjacent polyamide fragments, and the effect of graphene-like nanoclusters on the similar values for intermolecular complexes of polyamide fragments with graphene-like nanoclusters has been evaluated. The effect of carbon materials on the energy magnitudes of covalent bonds in the polymer matrix of polyamide has been also examined.Comparison of the energy values of intermolecular interaction between two monomers (?86.0 kJ/mol, two hydrogen bonds) and two dimers (-302.0 kJ/mol, three hydrogen bonds) indicates that the energy of interaction between two components consists of that of hydrogen bonds and the energy contribution of dispersive forces.The energy of intermolecular interaction between two dimers with the graphene matrix (C110H26) is approximately 40 kJ/mol higher (-346.2 kJ/mol) compared to respective value for two monomers. The less value of the interaction energy (-325.0 kJ/mol) for the nanocomposite with C96H24 species is due to the insufficient size of the selected model for the graphene matrix.The analysis of the hydrogen bond lengths between the oxygen atom of carbonyl group and hydrogen one of amino group indicates that, regardless of length of linkage of the polymeric chain of polyamide (monomer and dimer) and the size of the graphene-like matrix (C96H24 and C110H26) in the nanocomposite, the hydrogen bond in composites is shorter in comparison with a those values in complexes without a carbon matrix. This indicates a greater strength of the bond, that is, the presence of a carbon matrix increases the strength of the formed nanocomposite, that explains the increase in the melting point compared with that of the original polymer. In the nanocomposite formed polyamide - a carbon matrix for all the models studied, the energy of intermolecular interaction in the nanocomposite increases significantly compared to respective value between two fragments of pure polyamide, so indicating an increase in the thermal stability of this nanocomposite what is confirmed by experimental data. |
| doi_str_mv | 10.15407/hftp10.04.355 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:47Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-520 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-12T17:13:55Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5202022-06-29T10:03:05Z Theoretical study on the effect of carbon graphenous nanoclusters on the stability and capacity of polyamide in a nanocomposite Теоретическое исследование влияния углеродного графеноподобного нанокластера на стабильность и прочность полиамида в нанокомпозите Теоретичне дослідження впливу вуглецевого графеноподібного нанокластера на стабільність і міцність поліаміду у нанокомпозиті Demianenko, E. M. Теrets, M. I. Sementsov, Yu. I. Makhno, S. M. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Kartel, M. T. polyamide nanocomposite graphene-like plane density functional theory method cluster approximation поліамід нанокомпозит графеноподібна площина метод теорії функціоналу густини кластерне наближення полиамид нанокомпозит графеноподобная плоскость метод теории функционала плотности кластерное приближение By the density functional theory method with the exchange-correlation functional B3LYP, the basis set 6-31G(d,p) and Grimme dispersion corrections, the energy values has been calculated of intermolecular interaction between adjacent polyamide fragments, and the effect of graphene-like nanoclusters on the similar values for intermolecular complexes of polyamide fragments with graphene-like nanoclusters has been evaluated. The effect of carbon materials on the energy magnitudes of covalent bonds in the polymer matrix of polyamide has been also examined.Comparison of the energy values of intermolecular interaction between two monomers (?86.0 kJ/mol, two hydrogen bonds) and two dimers (-302.0 kJ/mol, three hydrogen bonds) indicates that the energy of interaction between two components consists of that of hydrogen bonds and the energy contribution of dispersive forces.The energy of intermolecular interaction between two dimers with the graphene matrix (C110H26) is approximately 40 kJ/mol higher (-346.2 kJ/mol) compared to respective value for two monomers. The less value of the interaction energy (-325.0 kJ/mol) for the nanocomposite with C96H24 species is due to the insufficient size of the selected model for the graphene matrix.The analysis of the hydrogen bond lengths between the oxygen atom of carbonyl group and hydrogen one of amino group indicates that, regardless of length of linkage of the polymeric chain of polyamide (monomer and dimer) and the size of the graphene-like matrix (C96H24 and C110H26) in the nanocomposite, the hydrogen bond in composites is shorter in comparison with a those values in complexes without a carbon matrix. This indicates a greater strength of the bond, that is, the presence of a carbon matrix increases the strength of the formed nanocomposite, that explains the increase in the melting point compared with that of the original polymer. In the nanocomposite formed polyamide - a carbon matrix for all the models studied, the energy of intermolecular interaction in the nanocomposite increases significantly compared to respective value between two fragments of pure polyamide, so indicating an increase in the thermal stability of this nanocomposite what is confirmed by experimental data. Методом теории функционала плотности с обменно-корреляционным функционалом В3LYP, базисным набором 6-31G (d, p) и дисперсионной поправкой Гримме рассчитаны величины энергии межмолекулярного взаимодействия между соседними фрагментами полиамида и установлено влияние графеноподобных нанокластеров на аналогичные величины межмолекулярных комплексов фрагментов полиамида с графеноподобнымы нанокластерами. Также исследовано влияние углеродных материалов на прочность ковалентных связей в полимерной матрице полиамида.Сравнение величин энергии межмолекулярного взаимодействия двух мономеров (?86.0 кДж/моль, две водородные связи) и двух димеров (?302.0 кДж/моль, три водородные связи) указывает, что величина энергии взаимодействия двух звеньев состоит из энергии водородных связей и вклада энергии дисперсионных сил взаимодействия.Энергия межмолекулярного взаимодействия двух димеров с графеноподобной матрицей (С110Н26) примерно на 40 кДж/моль больше (-346.2 кДж/моль) по сравнению с аналогичной величиной для двух димеров. Меньшее значение энергии взаимодействия (?325.0 кДж/моль) для нанокомпозита с С96Н24 обусловлено недостаточным размером выбранной модели графеноподобной матрицы.Анализ длин водородных связей между атомом кислорода карбонильной группы и атомом водорода аминогруппы свидетельствует, что независимо от длины звена полимерной цепи полиамида (мономер и димер) и размера графеноподобной матрицы (С96Н24 и С110Н26) в нанокомпозитах, водородная связь короче по сравнению с аналогичной величиной в комплексах без углеродной матрицы. Это свидетельствует о большей прочности данной связи, то есть, наличие углеродной матрицы увеличивает прочность образованного нанокомпозита, что и объясняет повышение температуры плавления по сравнению с исходным полимером. В образованном нанокомпозите полиамид - углеродная матрица для всех исследованных моделей энергия межмолекулярного взаимодействия в нанокомпозитоах значительно увеличивается по сравнению с аналогичной величиной между двумя фрагментами чистого полиамида, что свидетельствует о повышении термической устойчивости данного нанокомпозита и подтверждается экспериментальными данными. Методом теорії функціоналу густини з обмінно-кореляційним функціоналом В3LYP, базисним набором 6-31G(d,p) і дисперсійною поправкою Грімме розраховані величини енергії міжмолекулярної взаємодії між сусідніми фрагментами поліаміду та встановлено вплив графеноподібних нанокластерів на аналогічні величини для міжмолекулярних комплексів фрагментів поліаміду з графеноподібними нанокластерами. Також досліджено вплив вуглецевих матеріалів на величини енергії ковалентних зв’язків в полімерній матриці поліаміду.Порівняння величин енергії міжмолекулярної взаємодії двох мономерів (?86.0 кДж/моль, два водневих зв’язки) і двох димерів (-302.0 кДж/моль, три водневих зв’язки) вказує, що величина енергії взаємодії двох ланок складається з енергії водневих зв’язків та внеску енергії дисперсійних сил взаємодії.Енергія міжмолекулярної взаємодії двох димерів з графеноподібною матрицею (С110Н26), приблизно на 40 кДж/моль більша (-346.2 кДж/моль) в порівнянні з аналогічною величиною для двох димерів. Менше значення енергії взаємодії (-325.0 кДж/моль) для нанокомпозиту з матрицею С96Н24 обумовлене недостатнім розміром вибраної моделі графеноподібної матриці.Аналіз довжин водневого зв’язку між атомом Оксигену карбонільної групи і атомом Гідрогену аміногрупи свідчить, що незалежно від довжини ланки полімерного ланцюга поліаміду (мономер і димер) та розміру графеноподібної матриці (С96Н24 і С110Н26) в нанокомпозиті, водневий зв’язок коротший в порівнянні з аналогічною величиною в комплексах без вуглецевої матриці. Це свідчить про більшу міцність даного зв’язку, тобто наявність вуглецевої матриці збільшує міцність утвореного нанокомпозиту, що і пояснює підвищення температури плавлення в порівнянні з вихідним полімером. В утвореному нанокомпозиті поліамід – вуглецева матриця для всіх досліджених моделей енергія міжмолекулярної взаємодії в нанокомпозиті значно збільшується у порівнянні з аналогічною величиною між двома фрагментами чистого поліаміду, що свідчить про підвищення термічної стійкості даного нанокомпозиту та підтверджується експериментальними даними. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2019-11-26 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/520 10.15407/hftp10.04.355 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 10 No. 4 (2019): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 355-366 Химия, физика и технология поверхности; Том 10 № 4 (2019): Химия, физика и технология поверхности; 355-366 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 10 № 4 (2019): Хімія, фізика та технологія поверхні; 355-366 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp10.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/520/523 Copyright (c) 2019 E. M. Demianenko, M. I. Теrets, Yu. I. Sementsov, S. M. Makhno, V. S. Kuts, A. G. Grebenyuk, M. T. Kartel |
| spellingShingle | поліамід нанокомпозит графеноподібна площина метод теорії функціоналу густини кластерне наближення Demianenko, E. M. Теrets, M. I. Sementsov, Yu. I. Makhno, S. M. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Kartel, M. T. Теоретичне дослідження впливу вуглецевого графеноподібного нанокластера на стабільність і міцність поліаміду у нанокомпозиті |
| title | Теоретичне дослідження впливу вуглецевого графеноподібного нанокластера на стабільність і міцність поліаміду у нанокомпозиті |
| title_alt | Theoretical study on the effect of carbon graphenous nanoclusters on the stability and capacity of polyamide in a nanocomposite Теоретическое исследование влияния углеродного графеноподобного нанокластера на стабильность и прочность полиамида в нанокомпозите |
| title_full | Теоретичне дослідження впливу вуглецевого графеноподібного нанокластера на стабільність і міцність поліаміду у нанокомпозиті |
| title_fullStr | Теоретичне дослідження впливу вуглецевого графеноподібного нанокластера на стабільність і міцність поліаміду у нанокомпозиті |
| title_full_unstemmed | Теоретичне дослідження впливу вуглецевого графеноподібного нанокластера на стабільність і міцність поліаміду у нанокомпозиті |
| title_short | Теоретичне дослідження впливу вуглецевого графеноподібного нанокластера на стабільність і міцність поліаміду у нанокомпозиті |
| title_sort | теоретичне дослідження впливу вуглецевого графеноподібного нанокластера на стабільність і міцність поліаміду у нанокомпозиті |
| topic | поліамід нанокомпозит графеноподібна площина метод теорії функціоналу густини кластерне наближення |
| topic_facet | polyamide nanocomposite graphene-like plane density functional theory method cluster approximation поліамід нанокомпозит графеноподібна площина метод теорії функціоналу густини кластерне наближення полиамид нанокомпозит графеноподобная плоскость метод теории функционала плотности кластерное приближение |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/520 |
| work_keys_str_mv | AT demianenkoem theoreticalstudyontheeffectofcarbongraphenousnanoclustersonthestabilityandcapacityofpolyamideinananocomposite AT teretsmi theoreticalstudyontheeffectofcarbongraphenousnanoclustersonthestabilityandcapacityofpolyamideinananocomposite AT sementsovyui theoreticalstudyontheeffectofcarbongraphenousnanoclustersonthestabilityandcapacityofpolyamideinananocomposite AT makhnosm theoreticalstudyontheeffectofcarbongraphenousnanoclustersonthestabilityandcapacityofpolyamideinananocomposite AT kutsvs theoreticalstudyontheeffectofcarbongraphenousnanoclustersonthestabilityandcapacityofpolyamideinananocomposite AT grebenyukag theoreticalstudyontheeffectofcarbongraphenousnanoclustersonthestabilityandcapacityofpolyamideinananocomposite AT kartelmt theoreticalstudyontheeffectofcarbongraphenousnanoclustersonthestabilityandcapacityofpolyamideinananocomposite AT demianenkoem teoretičeskoeissledovanievliâniâuglerodnogografenopodobnogonanoklasteranastabilʹnostʹipročnostʹpoliamidavnanokompozite AT teretsmi teoretičeskoeissledovanievliâniâuglerodnogografenopodobnogonanoklasteranastabilʹnostʹipročnostʹpoliamidavnanokompozite AT sementsovyui teoretičeskoeissledovanievliâniâuglerodnogografenopodobnogonanoklasteranastabilʹnostʹipročnostʹpoliamidavnanokompozite AT makhnosm teoretičeskoeissledovanievliâniâuglerodnogografenopodobnogonanoklasteranastabilʹnostʹipročnostʹpoliamidavnanokompozite AT kutsvs teoretičeskoeissledovanievliâniâuglerodnogografenopodobnogonanoklasteranastabilʹnostʹipročnostʹpoliamidavnanokompozite AT grebenyukag teoretičeskoeissledovanievliâniâuglerodnogografenopodobnogonanoklasteranastabilʹnostʹipročnostʹpoliamidavnanokompozite AT kartelmt teoretičeskoeissledovanievliâniâuglerodnogografenopodobnogonanoklasteranastabilʹnostʹipročnostʹpoliamidavnanokompozite AT demianenkoem teoretičnedoslídžennâvplivuvuglecevogografenopodíbnogonanoklasteranastabílʹnístʹímícnístʹpolíamíduunanokompozití AT teretsmi teoretičnedoslídžennâvplivuvuglecevogografenopodíbnogonanoklasteranastabílʹnístʹímícnístʹpolíamíduunanokompozití AT sementsovyui teoretičnedoslídžennâvplivuvuglecevogografenopodíbnogonanoklasteranastabílʹnístʹímícnístʹpolíamíduunanokompozití AT makhnosm teoretičnedoslídžennâvplivuvuglecevogografenopodíbnogonanoklasteranastabílʹnístʹímícnístʹpolíamíduunanokompozití AT kutsvs teoretičnedoslídžennâvplivuvuglecevogografenopodíbnogonanoklasteranastabílʹnístʹímícnístʹpolíamíduunanokompozití AT grebenyukag teoretičnedoslídžennâvplivuvuglecevogografenopodíbnogonanoklasteranastabílʹnístʹímícnístʹpolíamíduunanokompozití AT kartelmt teoretičnedoslídžennâvplivuvuglecevogografenopodíbnogonanoklasteranastabílʹnístʹímícnístʹpolíamíduunanokompozití |