Исследование свойств стабилизированного термообработанного полиакрилонитрила на воздухестатья
Статья опубликована в журнале из списка RSCI Web of Science
Статья опубликована в журнале из перечня ВАК
Статья опубликована в журнале из списка Web of Science и/или Scopus
Дата последнего поиска статьи во внешних источниках: 15 декабря 2021 г.
Аннотация:Для развития электроники на основе нанотехнологии находят применение новые материалы, представляющие углеродные нанокристаллические материалы, синтезированные при термообработке полиакрилонитрила и раскрывающими широкие возможности для контролируемого получения перспективных физико-химических свойств для различных применений ( до 1,8×103 См/см; Е=200700 ГПа; Sуд=3001500 м²/г; d=1,71,9 г/см³; фотолюминесценция =350÷1000 нм). Цель работы заключается в исследовании свойств термообработанного на воздухе в диапазоне температур от 150 до 250 0С полиакрилонитрила и влияния стабилизации на кинетические параметры синтеза и термохимические свойства углеродного материала при термической обработке в атмосфере N2. Исследованы свойства стабилизированного термообработанного полиакрилонитрила на воздухе в диапазоне температур от 150 до 2500С с помощью методов термогравиметрического анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии, а также влияние стадии стабилизации полимера на кинетику превращений и свойства углеродного материала при последующей термической обработке в атмосфере N2. Увеличение температуры предварительной обработки до 220 оС приводит к уменьшению энергии активации и предэкспоненциального множителя по сравнению с исходным полимером от 90,9 и 3,1·106 до 53,3 кДж/моль и 1,1·103 мин-1, соответственно, что подтверждает возникновение диффузионных ограничений. При возрастании температуры предварительного нагрева на воздухе от 180 до 250 0С разница между температурами пиков на кривой ДСК и ТГА убывает от 2,5 до <-50 оС из-за возникновения структуры “ядро-оболочка”. Из данных РФА следует, что при повышении температуры до 150 0С исходная структура полимера не изменяется. При дальнейшем увеличении температуры происходят существенные изменения в исходной структуре ПАН, которые проявляются в уменьшении площади пика на рентгенограмме полимера. Модификация структуры полимера начинается с реакции циклизации нитрильных групп, за которой следует процесс окисления и дегидрирования. Удаление нитрильных и иминных групп при окислении способствует уменьшению экзотермического эффекта по абсолютному значению от -591,0 до -394,3 Дж/г при увеличении температуры от 200 до 250 оС. Исследование свойств стабилизированного термообработанного полиакрилонитрила способствует разработки метода синтеза углеродного материала с контролируемыми свойствами, определяемыми на стадии стабилизации полимера и позволяющими получить эффективные электроды для суперкондесаторов, люминесцентные элементы, холодные катоды, электромагнитные экраны, биосовместимые импланты, гетерогенные катализаторы, прочные и легкие материалы для машиностроения.