Химические и физико-химические методы модифицирования поверхности алмазных материалов. Разработка процесса модификации поверхности наноалмазов детонационного синтеза с целью их гидрофобизации и совместимости с индустриальными и автомобильными маслами.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

• Введение
• Глава 1. Литературный обзор
• 1.1 Общие сведения об алмазе
• 1.1.1 Физико-химические свойства алмаза
• 1.1.1.1 Парамагнитные свойства алмазных материалов
• 1.1.2 Методы получения искусственных алмазов
• 1.1.2.1 Синтез алмаза методом статических сверхвысоких давлений
• 1.1.2.2 Синтез алмаза методом динамических сверхвысоких давлений
• 1.1.2.3 Синтез алмаза из газовой фазы
• 1.2.1 Химическое состояние поверхности алмаза
• 1.3 Химическое модифицирование поверхности алмаза
• 1.3.1 Монофункционализация поверхности алмаза
• 1.3.1.1 Гидрирование поверхности алмаза
• 1.3.1 Окисление поверхности алмаза
• 1.3.2 Галогенирование поверхности алмаза
• 1.3.2.1 Фторирование
• 1.3.2.2 Хлорирование
• 1.3.2.3 Бромирование
• 1.3.3 Реакции нуклеофильного замещения на галогенированной поверхности алмаза
• 1.3.3.1 Реакции с N-нуклеофилами
• 1.3.3.2 Реакции с С-нуклеофилами
• 1.3.3.3 Реакции с S-нуклеофилами
• 1.3.4 Радикальные реакции на поверхности алмаза
• 1.3.5 Реакции [2+2] и [2+4] циклоприсоединения на реконструированной поверхности алмаза
• 1.4 Сорбционные свойства наноалмазов
• 1.4.1 Наноалмазы как новый вид сорбентов для хроматографии
• 1.5 Роль наноалмазных присадок к смазочным маслам
• 1.5.1 Ультрадисперсные алмазные частицы как основа многофункциональной алмазосодержащей присадки
• 1.5.2 Механизм действия присадки
• 1.5.3 Перспективные направления применения присадки
• Глава 2. Экспериментальная часть
• 2.1 Методика проведения эксперимента
• 2.1.1 Основная реакция для проведения эксперимента
• 2.1.2 Характеристика используемого оборудования
• 2.1.3 Результаты эксперимента
• 2.1.4 Обсуждение результатов
• 2.2 Выводы
• Глава 3. Экономическая часть
• 3.1 Введение
• 3.2 Время работы лаборатории, расчет количества анализов за год на приборах и во всей лаборатории
• 3.3 Определение стоимости основных фондов
• 3.4 Определение показателей по труду и расчет оплаты труда
• 3.5 Расчет затрат на анализ
• 3.6 Вывод по экономической части
• Глава 4. Безопасность и экологичность
• 4.1 Техника Безопасности и охрана труда в химической лаборатории
• 4.2 Опасные и вредные факторы
• 4.3 Вредные вещества
• 4.4 Микроклимат
• 4.5 Освещение
• 4.6 Шум
• 4.7 Вибрация
• 4.8 Электромагнитные излучения
• 4.9 Электробезопасность
• 4.10 Пожаровзрывоопасность
• 4.11 Обеспечение безопасности трудового процесса
• 4.12 Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей
• 4.13 Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности
• Список литературы

Введение

В последние годы (20 лет) созданы новые углеродные материалы, такие как наноалмазы, различные углерод-углеродные композиционные материалы, а также углеродные наноструктуры (углеродные нанотрубки, графитовые нановолокна), пористые углеродные материалы (сибунит, волокнистый углерод). Углеграфитные материалы широко используются в качестве адсорбентов, однако, направленное модифицирование их поверхности с целью придания ей новых свойств достаточно затруднено, вследствие невысокой концентрации функциональных групп на ней. Функциональные группы есть только на призматических гранях кристалла графита. В случае нанотрубок и структурно подобных материалов, модифицирование, как правило, идет по местам заранее созданных дефектов, что приводит к серьезным структурным изменениям в материале. По этой причине наиболее перспективно исследовать химическое модифицирование алмазных материалов, тем более, что именно они обладают комплексом уникальных физико-химических свойств, которые обусловливают высокий интерес к ним, как к промышленно важным материалам.

Следует отметить большое разнообразие алмазных материалов. Это - монокристаллы и порошки различной дисперсности природных и синтетических алмазов, ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза, алмазные пленки, получаемые осаждением углерода из газовой фазы на различных подложках. Для всех этих материалов характерна кристаллическая решетка алмаза. Свойства синтетических алмазных материалов существенно зависят от метода получения и, что особенно важно в случае ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза, от функционального состава поверхности.

В связи с этим важную роль приобретают химические и физико-химические методы направленного модифицирования поверхности алмазных материалов. Целью такого модифицирования является получение на поверхности алмазного материала преимущественно монофункционального слоя привитого поверхностного соединения [1] как органической, так и неорганической природы. Таким образом, химическое модифицирование алмазных порошков, приводит к созданию нового класса перспективных материалов, поскольку в них сочетаются уникальные свойства алмаза и специфические свойства привитого химического соединения.

Следует отметить две принципиальные особенности модифицирования углеродных материалов и, в частности алмазов, которые существенно отличают их от многих других минеральных носителей:

- возможность получения практически любых типов функциональных групп на поверхности, что обусловлено уникальными свойствами атома углерода;

- связь между поверхностью и привитым слоем может осуществляться за счет связи С-С, что автоматически делает привитый слой существенно более химически и механически стойким.

Однако, несмотря на столь многообещающие свойства наноалмазных материалов, число работ, нацеленных на изучение направленного синтеза привитых соединений на их поверхности невелико. Одними из основных причин, сдерживающих подобные исследования, являются: отсутствие хорошо разработанных методов получения монофункциональных слоев на поверхности, что связано с ее исходной полифункциональностью, а также отсутствие ясных областей применения наноалмазов. На сегодняшний момент наиболее изучено лишь их применение при создании электролитических металло-алмазных покрытий: хромовых и никелевых. Очевидно, что эти две проблемы тесно взаимосвязаны между собой: без получения материалов с заданными физико-химическими свойствами, которые во многом определяются химическим состоянием поверхности, невозможно рассматривать перспективные области применения наноалмазных материалов и наоборот. В качестве более частной задачи, можно указать на необходимость количественного изучения процессов модифицирования на поверхности наноалмаза и разработки методов позволяющих экспрессно и однозначно определять структуру привитого слоя.

Помимо наноалмазов, перспективы практического применения, но уже в жидкостной хроматографии, имеет пористый дисперсный алмаз. В связи с этим встает задача получения стабильных привитых слоев на его поверхности и изучения сорбционно-хроматографических свойств полученных материалов.

Таким образом, целью работы является разработка недорогого процесса модификации поверхности наноалмазов детонационного синтеза, обеспечивающего их гидрофобизацию и совместимость с индустриальными и автомобильными маслами.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Общие сведения об алмазе

1.1.1 Физико-химические свойства алмаза

Алмаз, как природного, так и искусственного происхождения, обладает комплексом уникальных физико-химических свойств, таких как: высокая твердость, рекордно низкий коэффициент сжимаемости, большая ширина запрещенной зоны, высокая теплопроводность, высокая термическая и радиационная стойкость, а также химическая инертность. Вся совокупность этих свойств обусловливает высокий интерес к нему как к промышленно важному материалу. Некоторые свойства алмаза представлены в табл.1.

Таблица 1.

Некоторые свойства алмаза [2]

Свойство	Величина при 300 К
Сжимаемость	1,8·10-5 мм2·кг-1
Скорость ультразвука	18,2 км·с-1
Коэффициент теплового расширения	1,0·10-6 К-1
Теоретическая прочность на сжатие	410 ГПа
Экспериментальная прочность на сжатие	3,75 ГПа
Теплопроводность	2100 Вт·м-1·К-... Другие файлы: Рассматриваются вопросы изучения свойств наноалмазов детонационного синтеза Синтез буферных соединений на основе хинолина Характеристика некоторых химических соединений на основе хинолина. Особенности синтеза двух азокрасителей ряда 8-гидроксихинолина. Метод синтеза потен... Разработка математической модели и оптимизации процесса производства аммиака Сущность технологического процесса промышленного синтеза аммиака на установке 600 т/сутки. Анализ зависимости выхода аммиака от температуры, давления... Разработка метода синтеза третбутилзамещенных хиноксалинопорфиразинов Разработка методов синтеза хиноксалинопорфиразинов и их металлокомплексов. Особенности комплексных соединений природных и синтетических порфиринов, их... Плазменные упрочняющие технологии Исследование технологии обработки поверхности металлических изделий с использованием концентрированных потоков энергии. Теория плазменно-детонационног...