Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2020,  том 17,  №1, 21-25

 

Л.Б. Атлуханова1, Г.В. Козлов2

Взаимосвязь жесткости углеродных нанотрубок (нановолокон) и их структуры в полимерных нанокомпозитах

1Дагестанский государственный медицинский университет, пл. Ленина, 1, 367000, Махачкала, Россия
2Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, ул. Чернышевского, 173, 360004, Нальчик, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Определяющее влияние структуры нанонаполнителя, в том числе и углеродных нанотрубок, на конечные макроскопические свойства полимерных нанокомпозитов требует исследования и описания указанной структуры. Углеродные нанотрубки в силу своей высокой степени анизотропии и низкой поперечной жесткости образуют в полимерной матрице нанокомпозитов кольцеобразные формирования, которые являются структурным аналогом макромолекулярных клубков разветвленных полимерных цепей. Это обстоятельство позволяет использовать для описания структуры углеродных нанотрубок хорошо известные методы физической химии полимерных растворов, в том числе и фрактальной. Применение указанных методов для описания нанокомпозитов полипропилен/углеродные нанотрубки (нановолокна) показало, что повышение содержания нанонаполнителя определяет снижение радиуса кольцеобразных формирований, что приводит к уменьшению их реального уровня анизотропии и повышению фрактальной размерности. Использование методов фрактальной физической химии показало, что участок жесткости углеродных нанотрубок, аналогичный сегменту Куна для макромолекулярных клубков, является характеристикой реальной степени анизотропии  нанонаполнителя. Показана однозначная взаимосвязь степени анизотропии углеродных нанотрубок и их структуры, характеризуемой фрактальной размерностью кольцеобразных формирований, а именно, повышение степени анизотропии снижает эту размерность. При длине участка жесткости, равной длине самой нанотрубки, указанная размерность стремится к единице, а в случае абсолютно гибкой углеродной нанотрубки с нулевой длиной участка жесткости размерность кольцеобразных формирований стремится к размерности компенсированного состояния, равной ~ 2,29.

Ключевые слова: нанокомпозит, углеродные нанотрубки (нановолокна), макромолекулярный клубок, анизотропия, фрактальная размерность, степень усиления.

УДК 541.64: 546.26

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2020.01.003


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 17, No.1 (2020) 21-25

 

L.B. Atlukhanova1, G.V. Kozlov2

The intercommunication of carbon nanotubes (nanofibers) stiffness and their structure in polymer nanocomposites

1Dagestan State Medical University, Lenin Sq., 1, Makhachkala, 367000, Russia
2Kh.M. Berbekov Kabardino-Balkarian State University, Chernyshevsky Str., 173, Nal’chik, 360004, Russia

The decisive effect of nanofiller structure including carbon nanotubes on final macroscopic of polymer nanocomposites requires study and description of the indicated structure. Carbon nanotubes in virtue of their high degree of anisotropy and low transverse stiffness form in polymer matrix of nanocomposites annual formations, which are structural analog of macromolecular coils of branched polymer chains. This circumstance allows to use for description of carbon nanotubes structure well-known methods of physical chemistry of polymer solutions including and fractal one. Application of the indicated methods for description of nanocomposites polypropylene/carbon nanotube (nanofiber) has been shown that enhancement of nanofiller content defines reduction of annual formations radius, that results to decreasing of their real level of anisotropy and enhancement of fractal dimension. Usage of the fractal physical chemistry methods has been shown that segment of rigidity of carbon nanotubes, which is analogue of Kuhn’s segment for macromolecular coils, is characteristic of real degree of nanofiller anisotropy. The unequivocal interconnection of anisotropy degree of carbon nanotubes and their structure, characterized by fractal dimension of annual formations was shown, namely, enhancement of anisotropy degree reduces this dimension. At length of segment rigidity, equal to length of nanotube the indicated dimension tries to attain one and in the case of absolutely flexible carbon nanotube with zero length of segment of rigidity dimension of annual formations tries to attain dimension of compensated state, which is equal to ~ 2.29.

Keywords: nanocomposite, carbon nanotubes (nanofibers), macromolecular coil, anisotropy, fractal dimension, reinforcement degree.