МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОЛЬГ НА ОСНОВЕ НИЗКОПЛОТНЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация
Разработана методика синтеза низкоплотного углеродного материала путем диспергирования дробленой графитовой фольги, пропитанной водными растворами поверхностно-активного вещества и фосфорной кислоты. Фосфорная кислота использовалась с целью повышения термостабильности полученного материала, в то время как использование поверхностно-активного вещества увеличивало степень диспергирования графитовой матрицы. Графитовые фольги различной толщины и плотности изготавливали прессованием низкоплотного углеродного материала без связующего с последующей холодной прокаткой на лабораторной линии. Исследованы механические свойства полученных материалов (прочность на разрыв, сжимаемость, восстанавливаемость, упругость). Отмечено, что прочность на разрыв исследуемых фольг линейно растет с увеличением плотности, и при определенной плотности изменяется угол наклона. Впервые установлено, что графитовые фольги обладают анизотропией прочности на разрыв для образцов одинаковой плотности, взятых вдоль и поперек оси прокатки. Показано, что сжимаемость графитовой фольги линейно уменьшается, а восстанавливаемость увеличивается с увеличением ее плотности. Исследованы температурные зависимости теплоемкости и теплопроводности в интервале температур от 300 К до 700 К. Экспериментальная температурная зависимость теплоемкости описана с помощью уравнения Майера-Келли. Установлено, что температура начала окисления графитовой фольги, полученной с использованием поверхностно-активного вещества и фосфорной кислоты, смещается на 80 К в сторону более высоких температур. Показано, что процесс окисления фольги, полученной с использованием поверхностно-активного вещества и фосфорной кислоты, задается моделью двух параллельных реакций, которые описываются уравнениями Праута-Томпкинса реакции n-ого порядка с автокатализом. Определены кинетические характеристики полученных уравнений.
Для цитирования:
Калашник Н.А., Ионов С.Г. Механические и теплофизические свойства фольг на основе низкоплотных углеродных материалов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 9. С. 11-16
Литература
Dhakate S.R., Chauhan N., Sharma S., Tawale J., Singh S., Sahare P.D., Mathur R.B. An approach to produce single and double layer grapheme from re-exfoliation of expanded graphite. Carbon. 2011. V. 49. P. 1946-1954. DOI: 10.1016/j.carbon.2010.12.068.
Hayward T.P. Patent US5582781. 1996.
Meza D.V., Green B.H., Sarumaru T. Patent US6620359B1. 2003.
Kalashnik N.A., Kalashnik A.V., Arkhangelsky I.V., Malakho A.P., Ionov S.G. Physico-chemical properties of low-density carbon materials obtained by heat treatment of graphite foils impregnated with water solutions. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2015. V. 58. N 5. P. 41-45 (in Russian).
Savchenko D.V., Serdan A.A., Morozov V.A., Van Tendeloo G., Ionov S.G. Improvement of the oxidation stability and the mechanical properties of flexible graphite foil by boron oxide impregnation. New Carbon Materials. 2012. V. 27. N 1. P. 12-18. DOI: 10.1016/S1872-5805(12)60001-8.
Filippov A.É., Popov V.L. Jumplike variation of the contact area between randomly rough surfaces. Tech. Phys. Lett. 2005. V. 31. N 9. P. 735-737. DOI: 10.1134/1.2061731.
Balima F., Pischedda V., Le Floch S., Brulet A., Lindner P., Duclaux L. An in situ small angle neutron scattering study of expanded graphite under uniaxial stress. Carbon. 2013. V. 57. P. 460–469. DOI: 10.1016/j.carbon.2013.02.019.
Goldstein J.B. Fundamentals of mechanics of deformable bodies. Petrozavodsk: Pub. of PetrSU. 2005. 872 p. (in Russian).
Ostrovsky V.S., Virgiliev Yu.S., Kostikov V.I., Shipkov N.N. Artificial graphite. M.: Metallurgiya. 1986. 272 p. (in Russian).
Shulepov S.V. Physics of carbon materials. Chelyabinsk: Metallurgiya. 1990. 336 p. (in Russian).
Sosedov V.P. The properties of structural materials based on carbon. M.: Metallurgiya. 1975. 336 p. (in Russian).
van Schaijk R.T.F., de Visser A., Ionov S.G., Kulbachinskii V.A., Kytin V.G. Magnetotransport in carbon foils fabricated from exfoliated graphite. Phys. Rev. B. 1998. V. 57. N 15. P. 8900-8906. DOI: 10.1103/PhysRevB.57.8900.
