Створення та порівняння властивостей композитів на основі кераміки, наповненої прямими або спіральними вуглецевими нанотрубками для технології кольорового струминного 3D-друку

О. Д. Золотаренко$^{1,2}$, Е. П. Рудакова$^{1,2}$, А. Д. Золотаренко$^{1,2}$, Н. Й. Аханова$^{3,4}$, М. Ульханова$^{4}$, Д. В. Щур$^{2}$, М. Т. Габдуллін$^{3}$, Т. В. Мироненко$^{2}$, А. Д. Золотаренко$^{2}$, М. В. Чимбай$^{1,2}$, І. В. Загорулько$^{5}$

$^{1}$Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України, вул. Генерала Наумова, 17, 03164 Київ, Україна
$^{2}$Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Омеляна Пріцака, 3, 03142 Київ, Україна
$^{3}$Казахстансько-Британський технічний університет, вул. Толе бі, 59, 050000 Алмати, Республіка Казахстан
$^{4}$Національна нанотехнологічна лабораторія, Казахський національний університет імені Аль-Фарабі, просп. Аль-Фарабі, 71, 050040 Алмати, Республіка Казахстан
$^{5}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 18.10.2022; остаточний варіант - 19.11.2022. Завантажити: PDF

У даній роботі описується експеримент, що дозволив отримати спіралеподібні багатостінні вуглецеві нанорурки (СБВНР) діаметром 30–60 нм шляхом піролізу вуглеводнів та уловлювання продукту рідинним затвором. З метою порівняльного аналізу у роботі розглянуто також синтез прямих багатостінних вуглецевих нанорурок (ПБВНР). Такі вуглецеві нанорурки після виготовлення можна використовувати в технології 3$D$-друку CJP. Всі отримані матеріяли були досліджені за допомогою методу просвічувальної електронної мікроскопії. У роботі розглянуто процеси синтезу СБВНР та ПБВНР. Проведено оцінку характеристик міцности 3$D$-виробів з різних композитів на їх основі після дискретного 3$D$-друку та їх спікання. Описано умови синтези вуглецевих наноструктур піролітичним методом, відпрацьовано методи підготовки продуктів синтезу для подальшого їх використання у 3$D$-принтерах технології CJP, FDM, SLA, SLS, а також відпрацьовано технологію виготовлення механічних сумішей для 3$D$-принтерів технології CJP. Крім того, було розглянуто методику створення 3$D$-виробів із композитних матеріалів. Виміряна міцність на вигин кераміки, створеної методом 3$D$-друку та армованої вуглецевими нанорурками. Встановлено залежність величини міцности на вигин, отриманої кераміки від кількості БВНР у композиті. Досліджено стійкість до механічного руйнування композитів (БВНР–Al$_{2}$O$_{3}$), отриманих при використанні спіралеподібних та прямих БВНР. У цьому було показано, що з використанні СБВНР після порушення цілісності композиту частини вироби не розсипаються, а залишаються об'єднаними навіть під навантаженням.

Ключові слова: спіральні багатостінні вуглецеві нанорурки (СБВНР), вуглецеві наноструктури, вуглецеві наноматеріяли, вуглецеві нанорурки, одностінна вуглецева нанорурка, багатостінні вуглецеві нанорурки, композит, глина, кераміка, Al$_{2}$O$_{3}$, піроліз, кварцовий реактор, Ni, Cu, каталізатор, азот (N$_{2}$), толуол (C$_{7}$H$_{8}$), 3D-друк, технологія CJP, FDM, SLA.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i02/0199.html

PACS: 62.23.Pq, 82.45.Xy


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. V. A. Lavrenko, I. A. Podchernyaeva, D. V. Shchur, An. D. Zolotarenko, and Al. D. Zolotarenko, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 56: 504 (2018). Crossref
  2. Ol. D. Zolotarenko, M. N. Ualkhanova, E. P.Rudakova, N. Y. Akhanova, An. D. Zolotarenko, D. V. Shchur, M. T. Gabdullin, N. A. Gavrylyuk, A. D. Zolotarenko, M. V. Chymbai, I. V. Zagorulko, and O. O. Havryliuk, Chemistry, Phys. Tech. Surf., 13, No. 2: 209 (2022).
  3. Z. A. Matysina, Ol. D. Zolotarenko, M. Ualkhanova, O. P. Rudakova, N. Y. Akhanova, An. D. Zolotarenko, D. V. Shchur, M. T. Gabdullin, N. A. Gavrylyuk, O. D. Zolotarenko, M. V. Chymbai, and I. V. Zagorulko, Prog. Phys. Met., 23, No. 3: 528 (2022).
  4. A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, E. P. Rudakova, S. Y. Zaginaichenko, A. G. Dubovoy, D. V. Schur, and Y. A. Tarasenko, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems-II (Dordrecht: Springer: 2007), p. 137.
  5. D. V. Schur, A. G. Dubovoy, S. Yu. Zaginaichenko, V. M. Adejev, A. V. Kotko, V. A. Bogolepov, A. F. Savenko, A. D. Zolotarenko, S. A. Firstov and V. V. Skorokhod, NATO Security through Science Series A: Chemistry and Biol-ogy: 199 (2007).
  6. S. Yu. Zaginaichenko, D. V. Schur, and Z. A. Matysina, Carbon, 41, Iss. 7: 1349 (2003). Crossref
  7. V. A. Lavrenko, D. V. Shchur, A. D. Zolotarenko, and A. D. Zolotarenko, Pow-der Metallurgy and Metal Ceramics, 57, No. 9: 596 (2019). Crossref
  8. V. M. Gun’ko, V. V. Turov, D. V. Schur, V. I. Zarko, G. P. Prykhod’ko, T. V. Krupska, A. P. Golovan, J. Skubiszewska-Zięba, B. Charmas, and M. T. Kartel, Chem. Phys., 459: 172 (2015). Crossref
  9. M. M. Nishchenko, S. P. Likhtorovich, D. V. Schur, A. G. Dubovoy, and T. A. Rashevskaya, Carbon, 41, No. 7: 1381 (2003). Crossref
  10. D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, E. A. Lysenko, T. N. Golovchenko, and N. F. Javadov, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems, (Dordrecht: Springer: 2008), p. 53.
  11. D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, A. D. Zolotarenko, and T. N. Veziroglu, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems, (Dordrecht: Springer: 2008), p. 85.
  12. O. D. Zolotarenko, O. P. Rudakova, M. T. Kartel, H. O. Kaleniuk, A. D. Zolotarenko, D. V. Schur, and Y. O. Tarasenko, Surface, 12, No. 27: 263 (2020) (in Ukrainian).
  13. N. E. Ahanova, D. V. Schur, N. A. Gavriluk, M. T. Gabdullin, N. S. Anikina, An. D. Zolotarenko, O. Ya. Krivushhenko, Al. D. Zolotarenko, B. M. Gorelov, E. Erlanuli, and D. G. Batrishev, Chemistry, Physics and Technology of Sur-face, 11, No. 3: 429 (2020) (in Ukrainian).
  14. Z. A. Matysina, Ol. D. Zolotarenko, O. P. Rudakova, N. Y. Akhanova, A. P. Pomytkin, An. D. Zolotarenko, D. V. Shchur, M. T. Gabdullin, M. Ualkhanova, N. A. Gavrylyuk, A. D. Zolotarenko, M. V. Chymbai, and I. V. Zagorulko, Prog. Phys. Met., 23, No. 3: 510 (2022).
  15. N. Ye. Akhanova, D. V. Shchur, A. P. Pomytkin, Al. D. Zolotarenko, An. D. Zolotarenko, N. A. Gavrylyuk, M. Ualkhanova, W. Bo, and D. Ang, J. Nanosci. Nanotechnol., 21: 2435 (2021). Crossref
  16. O. D. Zolotarenko, E. P. Rudakova, A. D. Zolotarenko, N. Y. Akhanova, M. N. Ualkhanova, D. V. Shchur, M. T. Gabdullin, N. A. Gavrylyuk, T. V. Myronenko, A. D. Zolotarenko, M. V. Chymbai, I. V. Zagorulko, Yu. O. Tarasenko, and O. O. Havryliuk, Chemistry, Physics and Technology of Surface, 13, No. 3: 259 (2022) (in Ukrainian).
  17. D. V. Schur, A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, O. P. Zolotarenko, M. V. Chimbai, N. Y. Akhanova, M. Sultangazina, and E. P. Zolotarenko, Phys. Sci. Tech., 6, No. 1–2: 46 (2019). Crossref
  18. M. Baibarac, I. Baltog, S. Frunza, A. Magrez, D. Schur, and S. Zaginaichenko, Diamond Relat. Mater., 32: 72 (2013). Crossref
  19. A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, V. A. Lavrenko, S. Y. Zaginaichenko, N. A. Shvachko, O. V. Milto, and Y. A. Tarasenko, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems-II: 127 (2011). Crossref
  20. N. Akhanova, S. Orazbayev, M. Ualkhanova, A. Y. Perekos, A. G. Dubovoy, D. V. Schur, Al. D. Zolotarenko, An. D. Zolotarenko, N. A. Gavrylyuk, M. T. Gabdullin, and T. S. Ramazanov, J. Nanosci. Nanotech. Applications, 3, No. 3: 1 (2019).
  21. Ol. D. Zolotarenko, O. P. Rudakova, N. E. Ahanova, An. D. Zolotarenko, D. V. Schur, M. T. Gabdullin, M. Ualhanova, N. A. Gavriluk, M. V. Chimbaj, Yu. O. Tarasenko, I. V. Zagorulko, and O. D. Zolotarenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 10: 1417 (2021) (in Ukrainian).
  22. Ol. D. Zolotarenko, E. P. Rudakova, N. Y. Akhanova, An. D. Zolotarenko, D. V. Shchur, M. T. Gabdullin, M. Ualkhanova, M. Sultangazina, N. A. Gavrylyuk, M. V. Chymbai, A. D. Zolotarenko, I. V. Zagorulko, and Yu. O. Tarasenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44, No. 3: 343 (2022) (in Ukrainian).
  23. D. V. Schur, S. Y. Zaginaichenko, A. F. Savenko, V. A. Bogolepov, and N. S. Anikina, Int. J. Hydrogen Energy, 36, No. 1: 1143 (2011). Crossref
  24. A. F. Savenko, V. A. Bogolepov, K. A. Meleshevich, S. Yu. Zaginaichenko, D. V. Schur, M. V. Lototsky, V. K. Pishuk, L. O. Teslenko, and V. V. Skorokhod, Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nano-materials: 365 (2007).
  25. D. V. Schur, S. Zaginaichenko, and T. N. Veziroglu, Int. J. Hydrogen Energy, 33, Iss. 13: 3330 (2008). Crossref
  26. D. V. Schur, M. T. Gabdullin, S. Yu. Zaginaichenko, T. N. Veziroglu, M. V. Lototsky, V. A. Bogolepov, and A. F. Savenko, Int. J. Hydrogen Energy, 41, Iss. 1: 401(2016). Crossref
  27. D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, and T. N. Veziroglu, Int. J. Hydrogen Ener-gy, 40, Iss. 6: 2742 (2015). Crossref
  28. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, D. V. Shchur, A. Viziroglu, T. N. Viziroglu, M. T. Gabdullin, N. F. Javadov, An. D. Zolotarenko and Al. D. Zolotarenko, Gidrogen v Kristallah [Hydrogen in Crystals] (Kyiv: Pub-lishing House ‘KIM’: 2017) (in Russian).
  29. D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, A. F. Savenko, V. A. Bogolepov, N. S. Anikina, A. D. Zolotarenko, Z. A. Matysina, T. N. Veziroglu and N. E. Skryabina, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems-II: 87 (2011). Crossref
  30. Z. A. Matysina, An. D. Zolonarenko, Al. D. Zolonarenko, N. A. Gavrylyuk, A. Veziroglu, T. N. Veziroglu, A. P. Pomytkin, D. V. Schur, and M. T. Gabdullin, Features of the Interaction of Hydrogen with Metals, Alloys and Compounds. Hydrogen Atoms in Crystalline Solids (Kyiv: ‘KIM’ Publishing House: 2022).
  31. D. V. Schur, M. T. Gabdullin, V. A. Bogolepov, A. Veziroglu, S. Yu. Zaginaichenko, A. F. Savenko, and K. A. Meleshevich, Int. J. Hydrogen Energy, 41, Iss. 3: 1811 (2016). Crossref
  32. Z. A. Matysina and D. V. Shchur, Russ. Phys. J., 44: 1237 (2001). Crossref
  33. V. I. Trefilov, D. V. Schur, V. K. Pishuk, S. Yu. Zaginaichenko, A. V. Choba, and N. R. Nagornaya, Renewable Energy, 16, Iss. 1–4: 757 (1999). Crossref
  34. A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, A. Veziroglu, T. N. Veziroglu, N. A. Shvachko, A. P. Pomytkin, N. A. Gavrylyuk, D. V. Schur, T. S. Ramazanov, and M. T. Gabdullin, Int. J. Hydrogen Energy, 47, Iss. 11: 7281 (2022). Crossref
  35. Ol. D. Zolotarenko, O. P. Rudakova, An. D. Zolotarenko, D. V. Shchur, N. A. Gavrilyuk, N. T. Kartel, O. D. Zolotarenko, and V. A. Mashira, Recent Contributions to Physics, 81, No. 2: 68 (2022) (in Russian). Crossref
  36. Z. A. Matysina, O. S. Pogorelova, S. Yu. Zaginaichenko, and D. V. Schur, J. Phys. Chem. Solids, 56, No. 1: 9 (1995). Crossref
  37. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, and D. V. Schur, Int. J. Hydrogen Ener-gy, 21, Is. 11–12: 1085 (1996). Crossref
  38. D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, Z. A. Matysina, I. Smityukh, and V. K. Pishuk, J. Alloys Comd., 330–332: 70 (2002). Crossref
  39. Yu. M. Lytvynenko and D. V. Schur, Renewable Energy, 16, No. 1: 753 (1999). Crossref
  40. D. V. Schur, A. A. Lyashenko, V. M. Adejev, V. B. Voitovich, and S. Yu. Zaginaichenko, Int. J. Hydrogen Energy, 20, Iss. 5: 405 (1995).
  41. D. V. Schur, V. A. Lavrenko, V. M. Adejev, and I. E. Kirjakova, Int. J. Hydro-gen Energy, 19, Iss. 3: 265 (1994). Crossref
  42. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, D. V. Shchur, and M. T. Gabdullin, Russ. Phys. J., 59, No. 2: 177 (2016). Crossref
  43. S. Yu. Zaginaichenko, Z. A. Matysina, D. V. Schur, L. O. Teslenko, and A. Veziroglu, Int. J. Hydrogen Energy, 36, Iss. 1: 1152 (2011). Crossref
  44. S. Yu. Zaginaichenko, D. A. Zaritskii, D. V. Schur, Z. A. Matysina, T. N. Veziroglu, M. V. Chymbai, and L. I. Kopylova, Int. J. Hydrogen Energy, 40, Iss. 24: 7644 (2015). Crossref
  45. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, and D. V. Shchur, Fiz. Met. Metalloved., 114, No. 4: 308 (2013). Crossref
  46. Z. A. Matysina, N. A. Gavrylyuk, M. T. Kartel, A. Veziroglu, T. N. Veziroglu, A. P. Pomytkin, D. V. Schur, T. S. Ramazanov, M. T. Gabdullin, An. D. Zolotarenko, Al. D. Zolotarenko, and N. A. Shvachko, Int. J. Hydrogen Energy, 46, Iss. 50: 25520 (2021). Crossref
  47. D. V. Shchur, S. Yu. Zaginaichenko, A. Veziroglu, T. N. Veziroglu, N. A. Gavrylyuk, A. D. Zolotarenko, M. T. Gabdullin, T. S. Ramazanov, Al. D. Zolotarenko, and An. D. Zolotarenko, Russ. Phys. J., 64: 89 (2021). Crossref
  48. S. Yu. Zaginaichenko, Z. A. Matysina, D. V. Schur, and A. D. Zolotarenko, Int. J. Hydrogen Energy, 37, Iss. 9: 7565 (2012). Crossref
  49. S. A. Tikhotskii, I. V. Fokin, and D. V. Schur, Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 47, No. 4: 327 (2011). Crossref
  50. A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, A. Veziroglu, T. N. Veziroglu, N. A. Shvachko, A. P. Pomytkin, D. V. Schur, N. A. Gavrylyuk, T. S. Ramazanov, N. Y. Akhanova, and M. T. Gabdullin, Int. J. Hydrogen En-ergy, 47, Iss. 11: 7310 (2022). Crossref
  51. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, D. V. Schur, T. N. Veziroglu, A. Veziroglu, M. T. Gabdullin, Al. D. Zolotarenko, and An. D. Zolotarenko, Int. J. Hydrogen Energy, 43, Iss. 33: 16092 (2018). Crossref
  52. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, D. V. Schur, A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, M. T. Gabdulin, L. I. Kopylova, and T. I. Shaposhnikova, Russ. Phys. J., 61: 2244 (2019). Crossref
  53. D. V. Schur, A. Veziroglu, S. Yu. Zaginaychenko, Z. A. Matysina, T. N. Veziroglu, M. T. Gabdullin, T. S. Ramazanov, A. D. Zolonarenko, and A. D. Zolonarenko, Int. J. Hydrogen Energy, 44, Iss. 45: 24810 (2019). Crossref
  54. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, D. V. Schur, Al. D. Zolotarenko, An. D. Zolotarenko, and M. T. Gabdullin, Russ. Phys. J., 61: 253 (2018). Crossref
  55. An. D. Zolotarenko, Al. D. Zolotarenko, A. Veziroglu, T. N. Veziroglu, N. A. Shvachko, A. P. Pomytkin, N. A. Gavrylyuk, D. V. Schur, T. S. Ramazanov, and M. T. Gabdullin, Int. J. Hydrogen Energy, 44, Iss. 11: 7281 (2021). Crossref
  56. S. E. Porozova, L. D. Sirotenko, V. O. Shokov, and A. A. Gurov, Refract. Ind. Ceram., 57: 321 (2016). Crossref
  57. K. Ando, B.-S. Kim, M.-C. Chu, S. Saitou, and S. Sato, Key Engineering Mate-rials, 247: 175 (2003). Crossref
  58. D. Mittal, J. Hostaša, L. Silvestroni, L. Esposito, A. Mohan, R. Kumar, and S. K. Sharma, J. European Ceramic Society, 42, Iss. 14: 6303 (2022). Crossref