Термостійкість композитів епоксидної смоли з нанографеном модифікованим діоксидом титану
Анотація
Проаналізовано вплив електронної підсистеми частинок нанографену модифікованих наночастинками діоксиду титану на терморуйнування полімерної матриці. Варіація провідності модифікаторів дозволяла варіювати вплив металевої електронної системи графену на термодеструкцію шляхом послаблення її впливу через передачу енергії електронній підсистемі скрізь напівпровідникову плівку анатазу та виключення її впливу на термодеструкцію через непрозорий для передачі енергії в електронну підсистему широкозонний діелектрик TiO2 рутилової форми. Нанесення таких плівок не впливає на теплові процеси, в яких задіяна фононні підсистеми полімеру, графену та кристалічних модифікаторів.
Методом термопрограмованої десорбційної мас-спектрометрії досліджено термодеструкцію гібридних композитів епоксидної смоли з графеном, а саме вплив модифікації поверхні частинок багатошарового графену наночастинками пірогенного диоксиду титану (анатазної та рутилової форм) на термостійкість гібридних епоксикомпозитів у температурному інтервалі 40 ‒ 800 оС. Визначені енергії активації Еd деструкції атомних фрагментів полімерної структури з величиною m/z в інтервалі 16 - 140 D.
Встановлено, що термодеструкція фрагментів полімерної структури композитів епоксидної смоли з графеном, модифікованим анатазною та рутиловою формами діоксиду титану визначається особливостями теплового транспорту на міжфазних границях полімер – модифікатор. Модифікація частинок графену анатазною формою діоксиду титану приводить до посилення термостійкості полімерних ланцюгів та поперечних зв’язків в епоксикомпозитах у всьому діапазоні значень m/z десорбованих фрагментів. Наповнення смоли частинками графену покритих рутильною формою TiO2 практично не впливає на інтенсивність термодеструкції матриці композитів. Значення Еd різних фрагментів деструкції в композитах з немодифікованим та модифікованим графеном знаходяться в межах 50 ‒ 130 кДж/моль. Величина Еd росте на 5 ‒ 10 кДж/моль за наповнення смоли наночастинками графену, тоді як покриття частинок діоксидом титану анатазної та рутильної фаз практично не змінює величину Еd переважної більшості фрагментів.
Посилання
1. Zhao Y., Li C., Liu X., et al. Synthesis and optical properties of TiO2 nanoparticles // Mater. Lett. 2007. 61: 79. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.04.010
2. Zainullina V. M., Zhukov V.P., Krasil'nikov V.N., Yanchenko M.Yu., Buldakova L.Yu. and Polyakov E.V. Electronic structure and the optical and photocatalytic properties of anatase doped with vanadium and carbon. Physics of the Solid State. 2010. 52(2): 253. [in Russian]. https://doi.org/10.1134/S1063783410020095
3. Carp O., Huisman C.L. and Reller A. Photoinduced Reactivity of Titanium Dioxide. Progress in Solid State Chemistry. 2004. 32(1-2): 33. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2004.08.001
4. Aricò A.S., Bruce P., Scrosati B., Tarascon J.-M., Van Schalkwijk W. Nanostructured materials for advanced energy conversion and storage devices. Nat. Mater. 2005. 4: 366. https://doi.org/10.1038/nmat1368
5. Diebold U. The surface science of titanium dioxide. Surface Science Reports. 2003. 48(5-8): 53. https://doi.org/10.1016/S0167-5729(02)00100-0
6. Sowards K., Medina H. Hierarchical enhanced surface area structures and their associated with Titania. Aplied Materials Today. 2023. 35: 101962. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2023.101962
7. Rajendera G, Kumarb J., Giri P.K. Interfacial charge transfer in oxygen deficient TiO2-graphene quantum dot hybrid and its influence on the enhanced visible light photocatalysis. Applied Catalysis B: Environmental. 2018. 224: 960. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.11.042
8. Shundo A., Yamamoto S., Tanaka K. Network formation and physical properties of epoxy resins for future practical applications. JACS Au. 2022. 2(7): 1522. https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00120
9. Urade A.R., Lahiri I., Suresh K.S. Graphene properties, synthesis and applications: A Review. JOM. 2023. 75: 14. https://doi.org/10.1007/s11837-022-05505-8
10. Pokrovskiy V.A. Temperature-programmed desorption mass spectrometry. J. Therm. Anal. and Calorimetry. 2000.62: 407. https://doi.org/10.1023/A:1010177813557
11. Xia Z.Y, Pezzini S., Treossi E., Giambastiani G., Corticelli F., Morandi V., Zanelli A., Bellani V, Palermo V. The exfoliation of graphene in liquids by electrochemical, chemical, and sonication -assisted techniques: a nanoscale study. Adv. Funct. Mater. 2013. 23: 4684. https://doi.org/10.1002/adfm.201203686
12. Gregg S.J., Sing K.S.W. Adsorption, Surface Area and Porosity (Academic Press, London, New York. 1982).
13. Gorelov B.M., Mischanchuk O.V., Sigareva N.V., Shulga S.V., Gorb A.M., Polovina O.I., Yukhymchuk V.O. Structural and dipole-relaxation processes in epoxy-multilayer graphene composites with low filler content. Polymers. 2021. 13(19): 3360. https://doi.org/10.3390/polym13193360 . https://doi.org/10.3390/polym13193360
