ISSN 2658-6525 (Online)
ISSN 2658-4123 (Print)
Основан в 1990 году
Реестровая запись
ПИ № ФС 77-74640
от 24 декабря 2018 г.

Вы здесь: Главная Архив статей (2014-2016) 2026 №3 Список статей 11 Хантимеров С. М., Гарипов Р. Р., Емельянов И. А., Сулейманов Н. М. Повышение диспергируемости многостенных углеродных нанотрубок и их равномерное распределение в полимерной матрице при мягкой кислотной обработке

PDF Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.26363.662-675

EDN: https://elibrary.ru/zezgoy

УДК 544.7-036.6:542.943

 

Повышение диспергируемости многостенных углеродных нанотрубок и их равномерное распределение в полимерной матрице при мягкой кислотной обработке

 

Хантимеров Сергей Мансурович
кандидат физико-математических наук, руководитель КФТИ – обособленного структурного подразделения ФИЦ КазНЦ РАН (420029, г. Казань, ул. Сибирский тракт, д. 10/7), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4385-3268, Researcher ID: N-9127-2016, Scopus ID: 23502060300, SPIN-код: 6694-8272, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Гарипов Ранис Рамисович
кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник лаборатории физики углеродных наноструктур и композитных систем КФТИ – обособленного структурного подразделения ФИЦ КазНЦ РАН (420029, г. Казань, ул. Сибирский тракт, д. 10/7), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3263-0694, Researcher ID: AAO-7766-2021, Scopus ID: 57223588617, SPIN-код: 2653-6370, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Емельянов Иван Андреевич
бакалавр Казанского (Приволжского) федерального университета (420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18), ORCID: https://orcid.org/0009-0002-1013-710X, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Сулейманов Наиль Муратович
доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник и заведующий лабораторией физики углеродных наноструктур и композитных систем КФТИ – обособленного структурного подразделения ФИЦ КазНЦ РАН (420029, г. Казань, ул. Сибирский тракт, д. 10/7, литера А), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2277-4982, Researcher ID: ABH-4186-2020, Scopus ID: 6603867983, SPIN-код: 5237-3594, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Аннотация
Введение. Полимерные композиты, модифицированные углеродными нанотрубками, позволяют создавать материалы с улучшенными механическими, электрическими и теплопроводящими свойствами. Однако широкое применение таких материалов ограничено неравномерностью распределения нанотрубок в полимерной матрице и их склонностью к агрегации. Для решения данной проблемы может применяться химическая функционализация углеродных нанотрубок, в частности, кислотная обработка. Оценка ее влияния на распределение нанотрубок в полимерной матрице позволит при масштабировании технологии снизить затраты на производство мастербатчей и изделий на основе полимерных композиционных материалов.
Цель исследования. Разработка щадящего режима функционализации многостенных углеродных нанотрубок, обеспечивающего получение полимерных композиционных материалов с равномерным распределением наполнителя.
Материалы и методы. Объектом выступили многостенные углеродные нанотрубки марки LUCAN ВТ 1001М в исходном и обработанном (в смеси азотной и серной кислот) виде. Удельная площадь поверхности образцов определялась адсорбционными методами и анализировалась методом Брунауэра – Эммета – Теллера. Исследование распределения исходных и обработанных многостенных углеродных нанотрубок осуществлялось методом оптической микроскопии.
Результаты исследования. Удельная поверхность многостенных углеродных нанотрубок увеличивается после их функционализации. Их обработка в щадящем режиме позволяет получать устойчивые водные дисперсии и вводить их в полимерные среды, достигая равномерного распределения наполнителя.
Заключение. Для практического применения углеродных нанотрубок необходима их предварительная обработка для функционализации. Щадящая обработка показала свою эффективность при введении и распределении нанотрубок в полимерной матрице для получения композиционных материалов.

<Ключевые слова: многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), функционализация, полимеры, композиционные материалы, жидкофазное окисление, полимерная матрица, полиметилметакрилат

Финансирование: работа выполнена за счет гранта Академии наук Республики Татарстан № 88/2024-ПД, предоставленного молодым кандидатам наук (постдокторантам) с целью защиты докторской диссертации, выполнения научно-исследовательских работ, а также выполнения трудовых функций в научных и образовательных организациях Республики Татарстан в рамках Государственной программы Республики Татарстан «Научно-технологическое развитие Республики Татарстан».

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Хантимеров С.М., Гарипов Р.Р., Емельянов И.А., Сулейманов Н.М. Повышение диспергируемости многостенных углеродных нанотрубок и их равномерное распределение в полимерной матрице при мягкой кислотной обработке. Инженерные технологии и системы. 2026;36(3):662–675. https://doi.org/10.15507/2658-4123.26363.662-675

Вклад авторов:
С. М. Хантимеров – формулирование идеи исследования, целей и задач; административное управление планированием и проведением исследования; создание и подготовка рукописи: критический анализ черновика рукописи, внесение замечаний и исправлений членами исследовательской группы, в том числе на этапах до и после публикации.
Р. Р. Гарипов – осуществление научно-исследовательского процесса, бвключая выполнение экспериментов или сбор данных; применение статистических, математических, вычислительных или других формальных методов для анализа или синтеза данных исследования; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных; создание и подготовка рукописи: написание черновика брукописи, включая его перевод на иностранный язык.
И. А. Емельянов – осуществление научно-исследовательского процесса, бвключая выполнение экспериментов или сбор данных, создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.
Н. М. Сулейманов – разработка или проектирование методологии исследования; создание моделей, проверка воспроизводимости результатов экспериментов и исследования в рамках основных или дополнительных задач работы.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 11.10.2025;
поступила после рецензирования 12.11.2025;
принята к публикации 10.03.2026

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Ali Z., Yaqoob S., Yu J., D'Amore A. Critical Review on the Characterization, Preparation, and Enhanced Mechanical, Thermal, and Electrical Properties of Carbon Nanotubes and Their Hybrid Filler Polymer Composites for Various Applications. Composites Part C: Open Access. 2024;(13):100434. https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2024.100434
  2. Yadav R.S., Kuřitka I. Recent Developments on Nanocomposites Based on Spinel Ferrite and Carbon Nanotubes for Applications in Electromagnetic Interference Shielding and Microwave Absorption. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2024;49(3):371–407. https://doi.org/10.1080/10408436.2023.2214577
  3. Ijaz H., Mahmood A., Abdel-Daim M.M., Sarfraz R.M., Zaman M., Zafar N., et al. Review on Carbon Nanotubes (CNTs) and their Chemical and Physical Characteristics, with Particular Emphasis on Potential Applications in Biomedicine. Inorganic Chemistry Communications. 2023;(155):111020. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2023.111020
  4. Thakur C.K., Karthikeyan C., Abou-Dahech M.S., Altabakha M.M.A.M., Al Shahwan M.J.S., Ashby C.R., et al. Microwave-Assisted Functionalization of Multi-Walled Carbon Nanotubes for Biosensor and Drug Delivery Applications. Pharmaceutics. 2023;15(2):335. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15020335
  5. Qu S., Yang D., Gao N., Xu P., Jiang X., Cheng K. и др. Polymer Binder-Free Aqueous Spinning of Biomimetic CNT based Hierarchical Hollow Fiber for Structural and Energy Storage Application. Chemical Engineering Journal. 2024;(486):150113. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150113
  6. Kanagamani K., Geethamani P., Muthukrishnan P. Applications of Carbon Nanotubes in Energy Storage Devices. Indian Journal of Chemical Technology. 2023;(30):423–429. https://doi.org/10.56042/ijct.v30i4.69419
  7. Pyrzynska K. Recent Applications of Carbon Nanotubes for Separation and Enrichment of Lead Ions. Separations. 2023;10(3):152. https://doi.org/10.3390/separations10030152
  8. Teng Y., Li J., Yao J., Kang L., Li Q. Filled Carbon-Nanotube Heterostructures: from Synthesis to Application. Microstructures. 2023;(3):2023019. https://doi.org/10.20517/microstructures.2023.07
  9. Yang S. Properties, Applications, and Prospects of Carbon Nanotubes in the Construction Industry. Architecture, Structures and Construction. 2023(3):289–298. https://doi.org/10.1007/s44150-023-00090-z
  10. Cai X., Wang S., Peng L.-M. Recent Progress of Photodetector Based on Carbon Nanotube Film and Application in Optoelectronic Integration. Nano Research Energy. 2023;2(2):e9120058. https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120058
  11. Łukawski D., Hochmańska-Kaniewska P., Janiszewska-Latterini D., Lekawa-Raus A. Functional Materials Based on Wood, Carbon Nanotubes, and Graphene: Manufacturing, Applications, and Green Perspectives. Wood Science and Technology. 2023;(57):989–1037. https://doi.org/10.1007/s00226-023-01484-4
  12. Alosime E.M. A Review on Surface Functionalization of Carbon Nanotubes: Methods and Applications. Discover Nano. 2023;(18):12. https://doi.org/10.1186/s11671-023-03789-6
  13. Iakoubovskii K. Techniques of Aligning Carbon Nanotubes. Central European Journal of Physics. 2009;7(4):645–653. https://doi.org/10.2478/s11534-009-0072-2
  14. Li H., Wang G., Wu Y., Jiang N., Niu K. Functionalization of Carbon Nanotubes in Polystyrene and Properties of their Composites: A Review. Polymers. 2024;16(6):770. https://doi.org/10.3390/polym16060770
  15. Datsyuk V., Kalyva M., Papagelis K., Parthenios J., Tasis D., Siokou A., et al. Chemical Oxidation of MultiWalled Carbon Nanotubes. Carbon. 2008;(46):833–840. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.02.012
  16. Tugelbayev A., Kim J.-H., Lee J.U., Chung C.-W. The Effect of Acid Treated Multi-Walled Carbon Nanotubes on the Properties of Cement Paste Prepared by Ultrasonication with Polycarboxylate Ester. Journal of Building Engineering. 2023;(64):105638. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105638
  17. Pavía M., Emo M., Estellé P., Mohamed A.R., Vigolo B. Controlled Structural Damaging of Multiwalled Carbon Nanotubes and Graphene Nanoplatelets by Oxidation for Stable Nanofluids with Enhanced Thermal Conductivity. Journal of Molecular Liquids. 2023;(390):123194. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2023.123194
  18. Hasnol A.N.Y., Thivagar R., Naresh S., Shuit S.H., Balakrishnan K. Functionalization of Multiwall Carbon Nanotubes (MWCNTS) using Phosphoric Acid for Immobilization of Cellulase. NanoWorld Journal. 2023;9(1):15–22. https://doi.org/10.17756/nwj.2023-112
  19. Singh S., Oum W., Kim S.S., Kim H.W. Functionalized Multiwalled Carbon Nanotubes for Highly Stable Room Temperature and Humidity-Tolerant Triethylamine Sensing. ACS Sensors. 2023;8(12):4664–4675. https://doi.org/10.1021/acssensors.3c01721
  20. O’Rear E.A., Onthong S., Pongprayoon T. Mechanical Strength and Conductivity of Cementitious Composites with Multiwalled Carbon Nanotubes: To Functionalize or Not? Nanomaterials. 2024;14(1):80. https://doi.org/10.3390/nano14010080
  21. Garipov R.R., Khantimerov S.M., L`vov S.G., Shustov V.A., Kurbatova N.V., Suleimanov N.M. Effect of Thermochemical Treatment on the State of SWNT and on the Electrical Conductivity of Epoxy-SWNT Composites. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2021;29(4):251–257. https://doi.org/10.1080/1536383X.2020.1833191
  22. Aghaei A., Shaterian M., Hosseini-Monfared H., Farokhi A. Single-Walled Carbon Nanotubes: Synthesis and Quantitative Purification Evaluation by Acid/Base Treatment for High Carbon Impurity Elimination. Chemical Papers. 2023;(77):249–258. https://doi.org/10.1007/s11696-022-02478-5
  23. Sezer N., Koç M. Oxidative Acid Treatment of Carbon Nanotubes. Surfaces and Interfaces. 2019;(14):1–8. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2018.11.001
  24. Глебова Н.В., Нечитайлов А.А. Функционализация поверхности многостенных углеродных нанотрубок. Письма в журнал технической физики. 2010;36(19):8–15. URL: https://journals.ioffe.ru/articles/14152 (дата обращения: 26.11.2025).
  25. Забродский А.Г., Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Терукова Е.Е., Теруков Е.И., Томасов А.А. и др. Мембранно-электродные блоки с высокой удельной мощностью на основе функционализированных многостенных углеродных нанотрубок. Письма в журнал технической физики. 2010;36(23):98–105. URL: https://journals.ioffe.ru/articles/14220 (дата обращения: 26.11.2025).
  26. Нечитайлов А.А., Глебова Н.В. О механизме влияния кислородно-модифицированных углеродных нанотрубок на кинетику электровосстановления кислорода на платине. Электрохимия. 2014;50(8):835. https://doi.org/10.7868/S042485701408012X
  27. Суслова Е.В., Архипова Е.А., Калашник А.В., Иванов А.С., Савилов С.В., Ся Х. и др. Влияние функционализации допированных азотом углеродных нанотрубок на электропроводность. Журнал физической химии. 2019;93(10):1551–1555. https://doi.org/10.1134/S0044453719100303
  28. Алексашина Е.В., Мищенко С.В., Соцкая Н.В., Ткачев А.Г., Вигдорович В.И., Долгих О.В. Кислотная активация углеродных нанотрубок. Конденсированные среды и межфазные границы. 2009;11(2):101–105. https://elibrary.ru/kxfppb

 

Лицензия Creative Commons
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Подробности
Просмотров: 3