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
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
- 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
- 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).
- 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).
- 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.
- 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).
- S. Yu. Zaginaichenko, D. V. Schur, and Z. A. Matysina, Carbon, 41, Iss. 7: 1349 (2003). Crossref
- 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
- 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
- M. M. Nishchenko, S. P. Likhtorovich, D. V. Schur, A. G. Dubovoy, and T. A. Rashevskaya, Carbon, 41, No. 7: 1381 (2003). Crossref
- 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.
- 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.
- 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).
- 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).
- 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).
- 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
- 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).
- 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
- M. Baibarac, I. Baltog, S. Frunza, A. Magrez, D. Schur, and S. Zaginaichenko, Diamond Relat. Mater., 32: 72 (2013). Crossref
- 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
- 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).
- 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).
- 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).
- 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
- 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).
- D. V. Schur, S. Zaginaichenko, and T. N. Veziroglu, Int. J. Hydrogen Energy, 33, Iss. 13: 3330 (2008). Crossref
- 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
- D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, and T. N. Veziroglu, Int. J. Hydrogen Ener-gy, 40, Iss. 6: 2742 (2015). Crossref
- 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).
- 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
- 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).
- 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
- Z. A. Matysina and D. V. Shchur, Russ. Phys. J., 44: 1237 (2001). Crossref
- 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
- 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
- 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
- Z. A. Matysina, O. S. Pogorelova, S. Yu. Zaginaichenko, and D. V. Schur, J. Phys. Chem. Solids, 56, No. 1: 9 (1995). Crossref
- Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, and D. V. Schur, Int. J. Hydrogen Ener-gy, 21, Is. 11–12: 1085 (1996). Crossref
- D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, Z. A. Matysina, I. Smityukh, and V. K. Pishuk, J. Alloys Comd., 330–332: 70 (2002). Crossref
- Yu. M. Lytvynenko and D. V. Schur, Renewable Energy, 16, No. 1: 753 (1999). Crossref
- 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).
- D. V. Schur, V. A. Lavrenko, V. M. Adejev, and I. E. Kirjakova, Int. J. Hydro-gen Energy, 19, Iss. 3: 265 (1994). Crossref
- Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, D. V. Shchur, and M. T. Gabdullin, Russ. Phys. J., 59, No. 2: 177 (2016). Crossref
- 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
- 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
- Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, and D. V. Shchur, Fiz. Met. Metalloved., 114, No. 4: 308 (2013). Crossref
- 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
- 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
- S. Yu. Zaginaichenko, Z. A. Matysina, D. V. Schur, and A. D. Zolotarenko, Int. J. Hydrogen Energy, 37, Iss. 9: 7565 (2012). Crossref
- S. A. Tikhotskii, I. V. Fokin, and D. V. Schur, Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 47, No. 4: 327 (2011). Crossref
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- S. E. Porozova, L. D. Sirotenko, V. O. Shokov, and A. A. Gurov, Refract. Ind. Ceram., 57: 321 (2016). Crossref
- K. Ando, B.-S. Kim, M.-C. Chu, S. Saitou, and S. Sato, Key Engineering Mate-rials, 247: 175 (2003). Crossref
- 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