Електропровідні композити на основі оксидів металів та вуглецевих наноструктур
Ол. Д. Золотаренко1, О. П. Рудакова2, Н. Е. Аханова3,4, Ан. Д. Золотаренко2, Д. В. Щур2, М. Т. Габдуллин3, М. Уалханова4, Н. А. Гаврилюк1, М. В. Чимбай2, Ю. О. Тарасенко1, І. В. Загорулько5, О. Д. Золотаренко2
1Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України, вул. Генерала Наумова, 17, 03164 Київ, Україна
2Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Академіка Кржижановського, 3, 03142 Київ, Україна
3Казахстансько-британський технічний університет, вул. Толе бі, 59, 050000 Алмати, Республіка Казахстан
4Казахський національний університет імені Аль-Фарабі, просп. Аль-Фарабі, 71, 050040 Алмати, Республіка Казахстан
5Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
Отримано: 20.07.2021. Завантажити: PDF
Одержано електропровідні вуглецево-оксидні композити на основі Al2O3 і TiO2, призначені для 3D-друку (CJP), та досліджено залежності питомої провідності одержаних композитів від умов одержання та типів використовуваних вуглецевих наноструктур (ВНС). Методом просвічувальної електронної мікроскопії досліджено структуру і фазовий склад зразків, а їхню поверхню вивчено з використанням автоемісійного растрового електронного мікроскопа. Електропровідність матеріалів визначали на потенціостаті. Визначено оптимальні умови формування композитів на основі оксидів Al2O3 або TiO2 з вуглецевими нанотрубками (ВНТ) і нановолокнами шляхом обробки сумішей у планетарному кульовому змішувачі, які ідеально підходили б для приготування матеріалів для 3D-друку (CJP). Встановлено залежність електропровідності композитів від вмісту ВНС (1–5% мас.). Показано, що додавання 3% мас. ВНТ до оксидів призводить до різкого збільшення електропровідності: від 5,0⋅10−8 до 2,8⋅10−4 См/см для Al2O3 і від 5,0⋅10−6 до 2,2⋅10−2 См/см для TiO2. Доведено, що композити на основі оксиду вуглецю є перспективними носіями каталізаторів електродних процесів в електрохемічних пристроях. Виявлено, що каталізатор Pt/TiO2–ВНТ з вмістом ВНТ 5 мас.% має найкращу каталітичну активність у відновленні кисню в моделювальному електрод-катоді паливного елемента. Технологію 3D-друку (CJP) електропровідного композиту (кераміка–ВНТ) можна використовувати для модифікації керамічних паливних елементів. Окрім того, використання технології CJP дозволить здешевити виробництво електродів для паливних елементів. Композит з 5% мас. ВНТ є найефективнішим. Композит з вмістом ВНТ 3% мас. має меншу кількість протяжних вуглецевих структур, що забезпечує перенесення електронів, а в зразках з 15% мас. та 50% мас. ВНТ низька ефективність Pt-каталізатора може бути пов’язана з труднощами контакту реакційного середовища через велику кількість вуглецевого матеріалу.
Ключові слова: вуглецеві наноструктури, нанокомпозити вуглець-кераміка (Al2O3 та TiO2), електропровідність, каталітична активність, Pt/TiO2–ВНТ, 3D-друк CJP.
URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v43/i10/1417.html
PACS: 61.46.Fg, 62.23.Hj, 62.23.Pq, 81.20.Wk, 82.45.Xy