ВОЗДЕЙСТВИЕ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА НИТИ, СФОРМИРОВАННЫЕ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
Аннотация
В данной работе представлено исследование, посвященное воздействию микроволнового излучения на нити, сформированные из углеродных нанотрубок (УНТ), синтезируемых методом химического осаждения из газовой фазы с использованием плавающего катализатора. Воздействие электрического и магнитного полей излучения на нити УНТ изучено раздельно. Выявлено, что воздействие магнитного поля излучения с частотой 2,45 ГГц и мощностью 1300 Вт не приводит к изменению структуры и элементного состава материала нити УНТ. На основе анализа данных энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС) показано, что количественное содержание углерода, железа, кислорода и серы приблизительно одинаково для исходной нити УНТ и для нитей УНТ, подвергавшихся воздействию магнитного поля излучения в течение 2 с и 20 мин. Отсутствие взаимодействия магнитного поля микроволнового излучения с материалом УНТ согласуется с наблюдавшимися ранее экспериментальными данными для частот вблизи 10 и 30 ГГц. Также выявлено, что электрическое поле излучения с частотой 2,45 ГГц, наоборот, очень интенсивно взаимодействует с материалом и приводит к заметному нагреву и свечению нитей УНТ. Кратковременное секундное воздействие электрического поля излучения с мощностью от 250 до 2000 Вт привело к значительному изменению как структуры, так и элементного состава УНТ. В частности, воздействие излучения мощностью до 750 Вт включительно способствовало снижению количества аморфного углеродного материала. Кроме того, используя излучение мощностью 1500 Вт, удалось снизить содержание железа до ~6 мас.% с сохранением собственной структуры УНТ. Таким образом, кратковременное воздействие электрического поля микроволнового излучения с частотой 2,45 ГГц может рассматриваться как эффективный и быстрый способ очистки нитей УНТ от частиц остаточного катализатора.
Для цитирования:
Куржумбаев Д.Ж., Евменова С.А., Мохова А.И., Урванов С.А., Казеннов Н.В., Караева А.Р., Мордкович В.З. Воздействие микроволнового излучения на нити, сформированные из углеродных нанотрубок. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 12. С. 64-73. DOI: 10.6060/ivkkt.20256812.16y.
Литература
Vigolo B., Pénicaud A., Coulon C., Sauder C., Pailler R., Journet C., Bernier P., Poulin P. Macroscopic fibers and ribbons of oriented carbon nanotubes. Science. 2000. V. 290. N 5495. P. 1331-1334. DOI: 10.1126/science.290.5495.1331.
Behabtu N., Young C.C., Tsentalovich D.E., Kleinerman O., Wang X., Ma A.W.K., Bengio E.A., Ter Waarbeek R.F., De Jong J.J., Hoogerwerf R.E., Fairchild S.B., Ferguson J.B., Maruyama B., Kono J., Talmon Y., Cohen Y., Otto M.J., Pasquali M. Strong, Light, Multifunctional Fibers of Carbon Nanotubes with Ultrahigh Conductivity. Science. 2013. V. 339. N 6116. P. 182-186. DOI: 10.1126/science.1228061.
Yang Z., Yang Y., Huang Y., Shao Y., Hao H., Yao S., Xi Q., Guo Y., Tong L., Jian M., Shao Y., Zhang J. Wet-spinning of carbon nanotube fibers: dispersion, processing and properties. Natl. Sci. Rev. 2024. V. 11. N 10. P. nwae203. DOI: 10.1093/nsr/nwae203
Li Y.-L., Kinloch I. A., Windle A.H. Direct Spinning of Carbon Nanotube Fibers from Chemical Vapor Deposi-tion Synthesis. Science. 2004. V. 304. N 5668. P. 276-278. DOI: 10.1126/science.1094982.
Koziol K., Vilatela J., Moisala A., Motta M., Cunniff P., Sennett M., Windle A. High-Performance Carbon Nanotube Fiber. Science. 2007. V. 318. N 5858. P. 1892-1895. DOI: 10.1126/science.1147635.
Kuznetsov A.A., Fonseca A.F., Baughman R.H., Zakhi-dov A.A. Structural Model for Dry-Drawing of Sheets and Yarns from Carbon Nanotube Forests. ACS Nano. 2011. V. 5. N 2. P. 985-993. DOI: 10.1021/nn102405u.
Dariyal P., Arya A.K., Singh B.P, Dhakate S.R. A review on conducting carbon nanotube fibers spun via di-rect spinning technique. J. Mater. Sci. 2021. V. 56. N 2. P. 1087-1115. DOI: 10.1007/s10853-020-05304-z.
Wang H.-Z., Jiao X.-Y., Gao Z.-Q., Hou P.-X., Xu L.-L., Shi C., Liang Y., Wang Y.-P., Liu C. Highly Conduc-tive Double-Wall Carbon Nanotube Fibers Produced by DryJet Wet Spinning. Adv. Funct. Mater. 2024. V. 34. N 39. P. 2404538. DOI: 10.1002/adfm.202404538.
Di J., Zhang X., Yong Z., Zhang Y., Li D., Li R., Li Q. Carbon-Nanotube Fibers for Wearable Devices and Smart Textiles. Adv. Mater. 2016. V. 28. N 47. P. 10529-10538. DOI: 10.1002/adma.201601186.
Du D., Tang Z., Ouyang J. Highly washable e-textile prepared by ultrasonic nanosoldering of carbon nano-tubes onto polymer fibers. J. Mater. Chem. C. 2018. V. 6. N 4. P. 883-889. DOI: 10.1039/C7TC05179D.
Schulz M.J., Chitranshi M., Chauhan D., Kubley A., Pujari A., Xu C., Chen D., Chaudhary S., Hou G., Bell G., Brandewie B., Kaneria R., Hudepohl R. Pioneering carbon nanotube textile engineering & fashion technology. J. Text. Eng. Fash. Technol. 2019. V. 5. N 2. P. 89-92. DOI: 10.15406/jteft.2019.05.00187.
Komatsu N., Ichinose Y., Dewey O.S., Taylor L.W., Trafford M.A., Yomogida Y., Wehmeyer G., Pasquali M., Yanagi K., Kono J. Macroscopic weavable fibers of carbon nanotubes with giant thermoelectric power factor. Nat. Commun. 2021. V. 12. N 1. P. 4931. DOI: 10.1038/s41467-021-25208-z.
Hossain M.M., Li B.M., Sennik B., Jur J.S., Bradford P.D. Adhesive free, conformable and washable carbon nanotube fabric electrodes for biosensing. npj Flex. Elec-tron. 2022. V. 6. N 1. P. 97. DOI: 10.1038/s41528-022-00230-3.
Duy L.T., Sial Q.A., Seo H. Improvement of Stretchable and Washable Carbon-Nanotube-Based Textile Supercapacitors by using Molybdenum Trioxide Nanoflakes and Prewashing Treatment. Adv. Mater. Technol. 2022. V. 7. N 7. P. 2101204. DOI: 10.1002/admt.202101204.
Hossain Md. M., Lubna M.M., Bradford P.D. Multifunctional and Washable Carbon Nanotube-Wrapped Textile Yarns for Wearable E-Textiles. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023. V. 15. N 2. P. 3365-3376. DOI: 10.1021/acsami.2c19826.
Grabowska K., Januszkiewicz Ł., Pabjańczyk-Wlazło E. Shielding Effectiveness of Textile Woven Fabric with Carbon Nanotubes Yarn. J. Nat. Fibers. 2024. V. 21. N 1. P. 2418347. DOI: 10.1080/15440478.2024.2418347.
Naumova V.A., Mordkovich V.Z., Khaskov M.A., De V.V., Kulnitskiy B.A., Karaeva A.R. The role of water in the process of demetallization of products of the cata-lytic synthesis of long carbon nanotubes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 10. P. 66-74 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.5y.
Karaeva A.R., Khaskov M.A., Kurzhumbaev D.Zh., Kulnitskiy B.A., Mordkovich V.Z. Investigation of fluorinated double- wall carbon nanotubes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 10. P. 38-48 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246710.4y.
Ageeva E.A., Zhukova E.A., Karaeva A.R., Mordkovich V.Z. Changes in physical properties of super long carbon nanotubes after different methods of purification. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 9. P. 74-79 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20165909.1y.
Shchegolkov A.V., Orlova N.V., Shchegolkov A.V., Chumak M.A. Study of morphology of carbon nanotubes produced by microwave synthesis for composite electric heater with temperature selfregulation effect. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 2. P. 70-78 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20256802.7157.
Baghel P, Sakhiya A.K., Kaushal P. Ultrafast growth of carbon nanotubes using microwave irradiation: characterization and its potential applications. Heliyon. 2022. V. 8. N 10. P. e10943. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e10943.
Lichta G., Hofstetterb K., Licht S. Intense, selfinduced sustainable microwave plasma using carbon nanotubes made from CO2. Nanoscale. 2025. V. 15. DOI: 10.1039/D4NR04097J.
Karaeva A.R., Urvanov S.A., Kazennov N.V., Mitberg E.B., Mordkovich V.Z. Features of carbon nanotubes ob-tained in presence of metallocenes of group VIII elements. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 4-9 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.6у.
Shandakov S.D., Kosobutsky A.V., Rybakov M.S., Sevostyanov O.G., Russakov D.M. Effect of gaseous and condensate products of ethanol decomposition on aerosol CVD synthesis of single-walled carbon nanotubes. Carbon. 2018. V. 126. P. 522-531. DOI: 10.1016/j.carbon.2017.10.064.
Novikov I.V., Krasnikov D.V., Lee I.H., Agafonova E.E., Serebrennikova S.I., Lee Y., Kim S., Nam J.-S., Kondrashov V.A., Han J., Rakov I.I., Nasibulin A.G., Jeon I. Aerosol CVD Carbon Nanotube Thin Films: From Synthesis to Advanced Applications: A Comprehensive Review. Adv. Mater. 2025. P. 2413777. DOI: 10.1002/adma.202413777.
Mordkovich V.Z., Kazennov N.V., Ermolaev V.S., Zhukova E.A., Karaeva A.R. Scaledup process for producing longer carbon nanotubes and carbon cotton by macrospools. Diam. Relat. Mater. 2018. V. 83. P. 15-20. DOI: 10.1016/j.diamond.2018.01.017.
Kulnitskiy B.A., Perezhogin I.A., Bredikhina A.S., Lazareva E.S., Zhukova E.A., Karaeva A.R., Mordkovich V.Z., Blank V.D. Structural features of iron-containing particles inside carbon nanotubes. Mater. Res. Express. 2017. V. 4. N 7. P. 075053. DOI: 10.1088/2053-1591/aa7b20.
Kulnitskiy B.A., Mordkovich V.Z., Karaeva A.R., Urvanov S.A., Blank V.D. Cubic and tetragonal maghemite formation inside carbon nanotubes under chemical vapor deposition process conditions. Fuller. Nanotub. Carbon Nanostructures. 2020. V. 28. N 11. P. 913–918. DOI: 10.1080/1536383X.2020.1784146.
Kurzhumbaev D.Zh., Mitberg E.B., Kalenov D.S., Parkhomenko M.P., Eremin I.S., Urvanov S.A., Karaeva A.R., Mordkovich V.Z., von Gratowski S.V. Carbon Nanotube Thread as a Material for Flexible Microwave Absorbers. J. Electromagn. Waves Appl. 2023. V. 37. N 6. P. 767-781. DOI:10.1080/09205071.2023.2204405.
