Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил

Классы МПК:C08L33/20 гомополимеры или сополимеры акрилонитрила
C08K3/08 металлы
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" (МИСиС) (RU),
Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук (ИНХС) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-02-28
публикация патента:

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления термостабильного нанокомпозита Cu/полиакрилонитрил (ПАН). Описан способ получения термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН, включающий приготовление смеси CuCl2, HNO3HNO3=37%) и ПАН (Мспособ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 =1×105), выдерживание до растворения CuCl2 и ПАН в HNO 3, выпаривание HNO3, нагревание полученного твердого вещества, причем осуществляют приготовление смеси CuCl 2, HNO3 и ПАН в отношении (1÷6):(15÷600):(1,6÷15) (весовые части) при условии mCuCl2/m ПАН<0,7; выдерживание в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO 3; выпаривание HNO3 при 90°С; термообрабатывание полученного твердого вещества при давлении и температуре 10-3÷760 мм рт.ст. и 200÷300°С соответственно, в течение 1÷40 минут с образованием термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН, содержащего наночастицы Cu с размером от 10 до 80 нм. Техническим результатом является получение термостабильных нанокомпозитов Cu/ПАН при отжиге смеси CuCl2/ПАН, содержащих наночастицы Cu с размером от 10 до 80 нм. 1 табл., 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2330864

способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления термостабильного нанокомпозита Cu/полиакрилонитрил (ПАН).

Выгодные свойства наночастиц меди позволяют использовать нанокомпозит в качестве катализаторов, которые приготавливают пропитыванием углеродной основы с помощью раствора неорганической соли и последующего восстановления металла [T.Tsoncheva, S.Vankova, D.Mehandjiev. Effect of the precursor and the preparation method on copper based activated carbon catalysts of methanol decomposition to hydrogen and carbon monoxide // Fuel. 2003. V.82. PP.755-763]. Однако эти катализаторы обладают недостатком, который заключается в слабом взаимодействии металлических частиц с углеродным материалом, которое приводит к агрегации металлических частиц и дезактивации катализатора при высоких температурах.

Наночастицы меди, поверхность которых модифицирована с помощью ди-2-этилгексилдитиофосфатом, используют в качестве модифицирующих добавок в моторном масле для уменьшения трения и увеличения износостойкости трущихся поверхностей [J.Zhou, Z.Wu, Z.Zhang, W.Liu, and Q.Xue. Tribological behavior and lubricating mechanism of Cu nanoparticles in oil // Tribology Letters. 2000. V.8. PP.213-218]. Однако золь стабилен в узком диапазоне окружающих условий, изменение которых может привести к агрегации и седиментации частиц Cu.

Для получения композитов, содержащих наночастицы Cu, используют полимеры в качестве матрицы, которая препятствует агломерации наночастиц [T.W.Schneider, R.C.White. Methods for material fabrication utilizing the polymerization of nanoparticles. USA Patent №6812268 B2, Nov. 2, 2004]. Недостатком этого метода является необходимое окисление поверхности металлических частиц с образованием на ней гидроксильных групп, через которые осуществляется химическая связь с мономером и возможность полимеризации.

Техническим результатом является получение термостабильных нанокомпозитов Cu/ПАН при отжиге смеси CuCl2 /ПАН содержащих наночастицы Cu с размером от 10 до 80 нм.

Способ получения термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН содержит стадии приготовления смеси CuCl2, HNO 3HNO3=37%) и ПАН (М способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 =1×105) в отношении (1÷6):(15÷600):(1,6÷15) (весовые части), при этом должны выполняться условия: m CuCl2/mПАН<0,7; выдерживание 72 часа при 25°С до полного растворения CuCl 2 и ПАН в HNO3; выпаривание HNO 3 при 90°С; термообработка при 200÷300°С в течение 1÷40 минут при Р=10-3÷760 мм рт.ст. полученного твердого вещества. В результате образуются термостабильный нанокомпозит, содержащий частицы Cu с размером 10÷80 нм, которые при повторном нагреве на воздухе до 200°С не образуют оксида меди.

Для измерения размеров наночастиц Cu использованы рентгеновский дифрактометр ДРОН-1,5 (СиК способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 -излучение) с модернизированной коллимацией, сканирующий и просвечивающий электронные микроскопы JSM-6700F и JEM-100CX2 соответственно. Средний кристаллический размер (L C) наночастиц Cu рассчитан из рентгеновских дифрактограмм с помощью уравнения Дебай-Шеррера:

LC =kспособ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 /Bcosспособ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 ,

где k - константа, равная 0,89; В - полуширина дифракционного угла соответственного дифракционного максимума; способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 =1,54056 Å - длина волны рентгеновского CuK способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 -излучения.

Пример 1. Делаем навески CuCl 2 с mCuCl2=0,05 г; ПАН с m ПАН=0,46 г; приготавливаем 20 мл HNO3HNO3=37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении 1:400:9,2 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl 2. После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель и выпариваем HNO3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Получаем твердое вещество салатового цвета. Переносим тигель с твердым веществом в сушильный шкаф, нагретый до Т=250°С. При пиролизе ПАН на воздухе выделяется атомарный Н, Н2, СО и образуются гидрохиноидные и сопряженные структуры с альдегидными функциональными группами, которые восстанавливают Cu из соли CuCl2 .

CuCl2+H2=Cu°+2HCl

CuCl2+2H=Cu°+2HCl

R-C(O)H+CuCl 2способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 R-C(O)OH+Cu+HCl

НО-С6Н 4-ОН+CuCl2способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 O=С6Н4=O+2НСl+Cu°

После выдержки в сушильном шкафу в течение 30 мин получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным методов рентгеновской дифракции (фиг.1) и сканирующей электронной микроскопии (фиг.2) определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 26 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению наночастиц Cu по данным метода рентгеновской дифракции.

Пример 2. Делаем навески CuCl 2 с mCuCl2=1,65 г; ПАН с m ПАН=2,77 г; приготавливаем 30 мл HNO3HNO3=37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении 1:18:1,7 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl 2. После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель, и выпариваем HNO3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Получаем твердое вещество салатового цвета. Переносим тигель с твердым веществом в установку термического отжига. Отжигаем образец при Р=3×10 -3 мм рт.ст. и 250°С в течение 20 мин. После охлаждения получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным метода просвечивающей электронной микроскопии (фиг.3) определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 10 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению медных наночастиц по данным метода рентгеновской дифракции.

Пример 3. Делаем навески CuCl2 с m CuCl2=0,60 г; ПАН с mПАН=1,00 г; приготавливаем 10 мл HNO3 (C HNO3 = 37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl 2, HNO3 и ПАН в отношении 1:16,6:1,6 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO 3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl2 . После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель и выпариваем HNO3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Переносим тигель с твердым веществом в сушильный шкаф, нагретый до Т=250°С. После выдержки в сушильном шкафу в течение 4 минут получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным методов рентгеновской дифракции определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 20 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению медных наночастиц по данным метода рентгеновской дифракции.

Пример 4. Делаем навески CuCl 2 с mCuCl2=1,5 г; ПАН с m ПАН=3,45 г; приготавливаем 15 мл HNO3HNO3 = 37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl2, HNO 3 и ПАН в отношении 6:60:14 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl2. После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO 3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель и выпариваем HNO 3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Получаем твердое вещество салатового цвета. Переносим тигель с твердым веществом в установку термического отжига. Отжигаем образец при Р=1×10 -3 мм рт.ст. и 300°С в течение 40 мин. После охлаждения получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным рентгеноструктурного анализа определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 80 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению медных наночастиц по данным метода рентгеновской дифракции.

Пример 5. Делаем навески CuCl 2 с mCuCl2=0,50 г; ПАН с m ПАН=175 г; приготавливаем 12,5 мл HNO3HNO3=37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении 4:100:14 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl 2. После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель и выпариваем HNO3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Переносим тигель с твердым веществом в сушильный шкаф, нагретый до Т=250°С. После выдержки в сушильном шкафу в течение 25 минут получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным методов рентгеновской дифракции определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 50 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению медных наночастиц по данным метода рентгеновской дифракции.

От условий приготовления (температура; газовая атмосфера; давление в реакционной камере; время термической обработки; концентрация соли меди в полимере; весовое соотношение соли меди, растворителя и полимера) зависит размер наночастиц меди. Зависимость размера наночастиц Cu, измеренных с помощью метода рентгеновской дифракции, в матрице ПАН от условий отжига и соотношения компонентов показаны в таблице.

Таблица
Зависимость размера наночастиц Cu в матрице полиакрилонитрила от условий отжига и соотношения компонентов в исходном растворе CuCl2/HNO3/ПАН
CuCl 2/HNO3/ПАН (вес. часть) Т, °СДавление в реакционной камере, мм рт.ст.Время выдержки, мин Размер наночастиц Cu, нм
1 1:400:9,2250 7603026
21:16,6:1,6 2507602 12
31:16,6:1,6 2503×10 -32031
41:16,6:1,6 2501×10 -31-
51:16,6:1,6 2507604 20
61:60:1,6 2003×10 -330-
71:60:1,6 2252×10-3 10-
81:60:1,6225 1×10-3 20-
9 1:18:1,7250 3×10-320 22
10 1:18:1,72504×10 -3115
116:60:14 3001×10-3 4080
121,9:600:15230 1×10-3 3010
13 2,8:15:10240 1×10-330 40
14 4:100:14250760 2550
155:120:9200 1×10-3 3515

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН, включающий приготовление смеси CuCl2, HNO 3 способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 и ПАН (Мспособ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 ,=1×105), выдерживание до растворения CuCl2 и ПАН в HNO 3, выпаривание HNO3, нагревание полученного твердого вещества, отличающийся тем, что осуществляют приготовление смеси CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении (1÷6):(15÷600):(1,6÷15) (весовые части) при условии способ получения термостабильного нанокомпозита cu/полиакрилонитрил, патент № 2330864 выдерживание в течение 72 часа при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO 3; выпаривание HNO3 при 90°С; термообрабатывание полученного твердого вещества при давлении и температуре 10-3÷760 мм рт.ст и 200÷300°С соответственно в течение 1-40 мин с образованием термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН, содержащего наночастицы Cu с размером от 10 до 80 нм.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2330864

patent-2330864.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C08L33/20 гомополимеры или сополимеры акрилонитрила

Класс C08K3/08 металлы

Патенты РФ в классе C08K3/08:
антифрикционная композиция -  патент 2526989 (27.08.2014)
смеси, акцептирующие кислород -  патент 2516268 (20.05.2014)
электропроводный твердый композиционный материал и способ его получения -  патент 2515574 (10.05.2014)
полимерный композиционный материал для радиоэлектронной техники -  патент 2502767 (27.12.2013)
композиция, не пропускающая кислород -  патент 2495063 (10.10.2013)
полимерная композиция для поглощения высокочастотной энергии -  патент 2493186 (20.09.2013)
поглощающие кислород смеси -  патент 2492191 (10.09.2013)
многослойная пленка, имеющая активный противокислородный барьерный слой и поглощающий кислород слой на основе железа -  патент 2453438 (20.06.2012)
алюминийсодержащие полиэфирные полимеры, обладающие низкими скоростями образования ацетальдегида -  патент 2448124 (20.04.2012)
содержащие связующее термопластичные массы для изготовления металлических формованных изделий -  патент 2446031 (27.03.2012)

Наверх