Композиции полилактида с углеродными нанонаполнителями: получение, структура, свойства

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Рассмотрено современное состояние исследований композиций, содержащих в качестве нанонаполнителей производные графена. Обобщены результаты работ, проведенных в Федеральном исследовательском центре химической физики Российской академии наук по получению наполненных композиций на основе полилактида и углеродных нанонаполнителей – восстановленного оксида графена и нанопластин графита с использованием двух независимых методов – экологически чистого твердофазного смешения компонентов под действием сдвиговых деформаций и жидкофазного синтеза. Проведено сравнительное изучение механических, термических и электрических свойств композиций в зависимости от метода получения и природы используемых нанонаполнителей и установлено их влияние на структуру и комплекс свойств образующихся композиционных материалов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. З. Роговина

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: s.rogovina@mail.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

О. П. Кузнецова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

М. М. Гасымов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

С. М. Ломакин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4; 119334 Москва, ул. Косыгина, 4

В. Г. Шевченко

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук; Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4; 117393 Москва, ул. Профсоюзная, 70

А. А. Берлин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: s.rogovina@mail.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

References

  1. Tiwari S., Sahoo S., Wang N., Huczko A. // J. Sci.: Adv. Mater. Devices. 2020. V. 5. P. 10.
  2. Mbayachi V.B., Ndayiragije E., Sammani T., Taj S., Mbuta E.R., Khan A.U. // Results Chem. 2021. V. 3. P. 100163.
  3. Urade A.R., Lahiri I., Suresh K.S. // JOM. 2023. V. 75. P. 614.
  4. Zhu Y, Ji H., Cheng H.-M., Ruoff R.S. // Natl. Sci. Rev. 2018. V. 5. P. 90.
  5. Choi S.H., Yun S.J., Won S.B., Oh C.S., Kim S.M., Kim K.K., Lee Y.H. // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 1484.
  6. Kamali A.R., Fray D.J. // Nanoscale. 2015. V. 7. P. 11310.
  7. Eigler S., Enzelberger-Heim M., Grimm S., Hofmann P., Kroener W., Geworski A., Dotzer C., Röckert M., Xiao J., Papp C., Lytken O., Steinruck H.- P., Muller P., Hirsch A. // Adv. Mater. 2013. V. 25. P. 3583.
  8. Mattevi C., Kim H., Chhowalla M. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 3324.
  9. Bae S., Kim H., Lee Y., Xu X., Park J.-S., Zheng Y., Balakrishnan J., Lei T., Kim H.R., Song Y., Kim Y.-J., Kim K.S., Ozyilmaz B., Ahn J.-H., Hong B.H., Iijima S. // Nat. Nanotechnol. 2010. V. 5. P. 574.
  10. Allen M.J., Tung V.C., Kaner R.B. // Chem. Rev. 2010. V. 110. P. 132.
  11. Yi M., Shen Z. // J. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. P. 11700.
  12. Hernandez Y., Nicolosi V., Lotya M., Blighe F.M., Sun Z., De S., McGovern I.T., Holland B., Byrne M., Gun’Ko Y.K., Boland J.J., Niraj P., Duesberg G., Krishnamurthy S., Goodhue R., Hutchison J., Scardaci V., Ferrari A.C.,Coleman J.N. // Nat. Nanotechnol. 2008. V. 3. P. 563.
  13. Li D., Müller M.B., Gilje S., Kaner R.B., Wallace G.G. // Nat. Nanotechnol. 2008. V. 3. P. 101.
  14. Lin L., Peng H., Liu Z. // Nat. Mater. 2019. V. 18. P. 520.
  15. Zhang X., Hikal W.M., Zhang Y., Bhattacharia S.K., Li L., Panditrao S., Wang S., Weeks B.L. // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 102. P. 141905.
  16. Zhang Z.Z., Fu X.L., Yu H.J., Tao W.J., Mao C.J., Chen J.S., Wu M., Chen P. // Compos. Commun. 2021. V. 24. P. 100661.
  17. Aftab S.M.A., Shaikh R.B., Saifullah B., Hussein M.Z., Ahmed K.A. // AIP Conf. Proc. 2019. V. 2083. P. 030002.
  18. Kausar A., Ahmad I., Eisa M.H., Maaza M. // C – J. Carb. Res. 2023. V. 9. P. 29.
  19. Bagade S.S., Patel S., Malik M.M., Patel P.K. // C – J. Carb. Res. 2023. V. 9. P. 70.
  20. Mahmoudi T., Wang Y., Hahn Y.-B. // Nano Energy. 2018. V. 47. P. 51.
  21. Iqbal T., Fatima S., Bibi T., Zafar M. // Opt. Quantum Electron. 2021. V. 53. P. 228.
  22. Sengupta J., Hussain C.M. // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 3146.
  23. El-Kady M.F., Shao Y., Kaner R.B. // Nat. Rev. Mater. 2016. V. 1. P. 16033.
  24. Li C., Zhang X., Sun C., Wang K., Sun X., Ma Y. // J. Phys., Appl. Phys. 2019. V. 52. P. 143001.
  25. Dong Y., Wu Z.-S., Ren W., Cheng H.-M., Bao X. // Sci. Bull. 2017. V. 62. P. 724.
  26. Velasco A., Ryu Y.K., Bosca A., Ladron-de-Guevara A., Hunt E., Zuo J., Pedros J., Calle F., Martinez J. // Sustain. Energy Fuels. 2021. V. 5. P. 1235.
  27. Ke Q., Wang J. // J. Materiomics. 2016. V. 2. P. 37.
  28. Yang C. // Int. J. Smart Grid Clean Energy. 2021. V. 12. P. 1.
  29. Bokhari S.W., Siddique A.H., Sherrell P.C., Yue X., Karumbaiah K.M., Wei S., Ellis A.V., Gao W. // Energy Reports. 2020. V. 6. P. 2768.
  30. Achoa G.L., Mattos P.A., Clements A., Roca Y., Brooks Z.E. // J. Biomater. Appl. 2023. V. 38. P. 313.
  31. Daneshmandi L., Barajaa M., Rad T.A., Sydlik S.A., Laurencin C.T. // Adv. Healthc. Mater. 2021. V. 10. P. 1.
  32. Malisz K., Swieczko-Zurek B. // Crystals. 2023. V. 13. P. 1413.
  33. Arshad F., Nabi F., Iqbal S., Khan R.H. // Colloids Surf., Biointerfaces. 2022. V. 212. P. 112356.
  34. Ruh G., Wittmann G., Koenig G., Neumaier D. // Beilstein J. Nanotechnol. 2017. V. 8. P. 1056.
  35. Majumder S., Patil N., Dutta S. // Carbon. 2024. V. 216. P. 118557.
  36. Quinones J.T., Yun M. // Microelectron. Eng. 2023. V. 269. P. 111915.
  37. Rosso M.D., Brodie C.H., Ramalingam S., Cabral D.M., Pensini, Singh E.A., Collier C.M. // Scientific Reports. 2019. V. 9. P. 5773.
  38. Liu J., Bao S., Wang X. // Micromachines. 2022. V. 13. P. 184.
  39. Lee G., Yang G., Cho A., Han J.M., Kim J. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. P. 14198.
  40. Zhang R., Yu X., Yang Q., Cui G., Li Z. // Constr. Build. Mater. 2021. V. 294. P. 123613.
  41. Tang S., Lei B., Feng Z., Guo H., Meng P.Z.G. // Coatings. 2023. V. 13. P. 1120.
  42. Wang P., Cai D. // Int. J. Photoenergy. 2020. V. 2020. P. 1.
  43. Ollik K., Lieder M. // Coatings. 2020. V. 10. P. 883.
  44. Yan Q.L., Gozin M., Zhao F.Q., Cohen A., Pang S.P. // Nanoscale. 2016. V. 8. P. 4799.
  45. Yin S., Lu Z.H., Bai H.R., Liu X.Y., Li H., Hu Y.B. // Polymers. 2022. V. 14. P. 3315.
  46. Li S.N., Niu Z.T., Jiao Y.K., Jin P., Yang D.S., Bai C.F., Liu J., Li G., Luo Y. // RSC Adv. 2022. V. 12. P. 22806.
  47. Lin L.P., Tan M.T.T. // Biosens. Bioelectron. 2023. V. 237. P. 115492.
  48. Ashraf G., Aziz A., Iftikhar T., Zhong Z.-T., Asif M., Chen W. // Biosensors. 2022. V. 12. P. 1183.
  49. Ansari G., Pal A., Srivastava A.K., Verma G. // Opt. Laser Technol. 2023. V. 164. P. 109495.
  50. Soman G., Vandana M., Hegde G. // Sens. Int. 2023. V. 4. P. 100243.
  51. Li B., Wu X., Shi C., Dai Y., Zhang J., Liu W., Wu C., Zhang Y., Huang X., Zeng W. // Surf. Interfaces. 2023. V. 36. P. 102525.
  52. Pareek S., Jain U., Bharadwaj M., Saxena K., Roy S., Chauhan N. // Anal. Biochem. 2023. V. 663. P. 115015.
  53. Shahnaz T., Hayder G., Shah M.A., Ramli M.Z., Ismail N., Hua C.K., Zahari N.M., Mardi N.H., Selamat F.E., Kabilmiharbi N. // J. Mater. Res. Technol. 2024. V. 28. P. 2671.
  54. Fu X., Lin J., Liang Z., Yao R., Wu W., Fang Z., Zou W., Wu Z., Ning H., Peng J. // Surf. Interfaces. 2023. V. 37. P. 102747.
  55. Li J., Gunister E., Barsoum I. // J. Compos. Mater. 2019. V. 53. P. 1.
  56. Lewis J.S., Perrier T., Barani Z., Kargar F., Balandin A.A. // Nanotechnology. 2021. V. 32. P. 142003.
  57. Harito C., Zaidi S.Z.J., Putra B.R., Hardiansyah A., Khalil M., Yuliarto B. // Sci. Eng. Compos. Mater. 2022. P. 49.
  58. Bao T., Wangb Z., Zhao Y., Wangb Y., Yi X. // RSC Adv. 2020. V. 10. P. 26646.
  59. Mohan V., Mariappan V.K, Pazhamalai P., Krishnamoorthy K., Kim S.J. // Carbon. 2023. V. 205. P. 328.
  60. Papageorgiou D.G., Kinloch I.A., Young R.J. // Prog. Mater. Sci. 2017. V. 90. P. 75.
  61. Shen C., Oyadiji S.O. // Mater. Today Phys. 2020. V. 15. P. 100257.
  62. Sun Y.W., Papageorgiou D.G., Humphreys C.J., Dunstan D.J., Puech P. // Appl. Phys. Rev. 2021. V. 8. P. 021310.
  63. Balandin A.A. // Nat. Mater. 2011. V.10. P. 569.
  64. Ma W., Liu Y., Yan S., Miao T., Shi S., Xu Z., Zhang X., Gao C.J.N.R. // Nano Res. 2018. V. 11. P. 741.
  65. Sharma N., Tomar S., Shkir M., Choubey R.K., Singh A. // Mater. Today: Proc. 2021. V. 36. P. 730.
  66. Chen L., Li N., Yu X., Zhang S., Liu C., Song Y., Li Z., Han S., Wang W., Yang P., Hong N., Ali S., Wang Z. // J. Chem. Eng. 2023. V. 462. P. 142139.
  67. Tarhini A., Tehrani-Bagha A.R. // Appl. Compos. Mater. 2023. V. 30. P. 1737.
  68. Jonoush Z.A., Farahani M., Bohlouli M., Niknam Z., Golchin A., Hatamie S., Rezaei-Tavirani M., Omidi M., Zali H. // Mini-Rev. Org. Chem. 2021. V. 18. P. 78.
  69. Jilani A., Othman M.H.D., Ansari M.O., Hussain S.Z., Ismail A.F., Khan I.U. // Environ. Chem. Lett. 2018. V. 16. P. 1301.
  70. Al-Sherbini A.-S., Bakr M., Ghoneim I., Saad M. // J. Adv. Res. 2017. V. 8. P. 209.
  71. Compagnini G., Russo P., Tomarchio F., Puglisi O., D’Urso L., Scalese S. // Nanotechnology. 2012. V. 23. P. 505601.
  72. Diagboya P.N., Olu-Owolabi B.I., Adebowale K.O. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 2536.
  73. Mortazavi B., Hassouna F., Laachachi A., Rajabpour A., Ahzi S., Chapron D., Toniazzo V., Ruch D. // Thermochim. Acta. 2013. V. 552. P. 106.
  74. Fu Y., Liu L., Zhang J., Hiscox W.C. // Polymer. 2014. V. 55. P. 6381.
  75. Fu Y., Liu L., Zhang J. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6. P. 14069.
  76. Enikolopian N.S. // Macromol. Chem. Phys. 1984. № 8. Р. 109.
  77. Акопян Е.Л., Кармилов А.Ю., Никольский В.Г., Хачатрян А. М., Ениколопян Н.С. // Докл. АН СССР. 1986. Т. 291. №1. С. 133.
  78. Rogovina S.Z., Gasymov M.M., Lomakin S.M., Kuznetsova O.P., Ermolaev I.M., Shevchenko V.G., Shapagin A.V., Arbuzov A.A., Berlin A.A. // Mech. Compos. Mater. 2023. V. 58. P. 845.
  79. Rogovina S.Z., Lomakin S.M., Usachev S.V., Gasymov M.M., Kuznetsova O.P., Shilkina N., Shapagin A., Prut E., Berlin A. // Polym. Crystallization. 2022. V. 2022. P. 1.
  80. Gasymov M.M., Rogovina S.Z., Kuznetsova O.P., Shevchenko V.G., Berlin A.A. // Polymer Science A. 2023. V. 65. P.550.
  81. Rogovina S.Z., Lomakin S.M., Gasymov M.M., Kuznetsova O.P., Shevchenko V.G., Mel’nikov V.P., Berlin A.A. // Polymer Science D. 2023. V. 16. P. 161.
  82. Rogovina S.Z., Gasymov M.M., Lomakin S.M., Kuznetsova O.P., Shevchenko V.G., Arbuzov A.A., Berlin A.A. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2023. V. 17. P. 1376.
  83. Hummers W.S., Offeman R.E. // J. Am. Chem. Soc. 1958. V. 80. P. 1339.
  84. McAllister M.J., Li J.L., Adamson D.H., Schniepp H.C., Abdala A.A., Liu J., Alonso M.H., Milius D.L., Car R., Prud´homme R.K., Aksay I.A. // Chem. Materials. 2007. V. 19. P. 4396.
  85. Sengupta I., Chakraborty S., Talukdar M., Pal S.K., Chakraborty S. // J. Mater. Sci. Res. 2018. V. 33. P. 4113.
  86. Ceniceros-Reyes M.A., Marín-Hernández K.S., Sierra U., Saucedo-Salazar E.M., Mendoza-Resendez R., Luna C., Hernández-Belmares P.J., Rodríguez-Fernández O.S., Fernández-Tavizón S., Hernández-Hernández E., Díaz Barriga-Castro E. // Surf. Interfaces. 2022. V. 35. P. 102448.
  87. Zhu Y., Murali S., Stoller M.D., Velamakanni A., Piner R.D., Ruoff R.S. // Carbon. 2010. V. 48. P. 2118.
  88. Jakhar R., Yap J.E., Joshi R. // Carbon. 2020. V. 170. P. 277.
  89. Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Firsov A.A. // Science. 2004. V. 306. P. 666.
  90. Alexandre M., Dubois P. // Mater. Sci. Eng. 2000. V. 28. P. 1.
  91. Fornes T.D., Paul D.R. // Polymer. 2003. V. 44. P. 4993.
  92. Goncalves C., Goncalves I.C., Magalhaes F.D., Pinto A.M. // Polymers. 2017. V. 9. P. 269.
  93. Murariu M., Dechief A.L., Bonnaud L., Paint Y., Gallos A., Fontaine G., Bourbigot S., Dubois P. // Polym. Degrad. Stab. 2010. V. 95. P. 889.
  94. Ivanov E., Kotsilkova R., Xia H., Chen Y., Donato R.K., Donato K., Godoy A.P., Di Maio R., Silvestre C., Cimmino S., Angelov V. // Appl. Sci. 2019. V. 9. P. 1209.
  95. Anwer M.A.S., Naguib H.E. // Compos. B. Eng. 2016. V. 91. P. 631.
  96. Jonscher A.K. // Nature. 1977. V. 267. P. 673.
  97. Kim D.W., Lim J.H., Yu J. // Compos. B. Eng. 2019. V. 168. P. 387.
  98. De Sousa D.E.S., Scuracchio C.H., De Barra G.M., De Lucas A.A. // Multifunc. Polym. Comp. 2015. V. 7. P. 245.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Distribution curves of RGO (a) and NPG (c) particles by size and their SEM images (b) and (d), respectively.

Download (460KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the elastic modulus E (a), ultimate strength sp (b) and elongation at break eр (c) on the RGO content in polylactide–RGO composites obtained by liquid-phase (1) and solid-phase (2) methods.

Download (218KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the elastic modulus E (a), ultimate strength sp (b) and elongation at break eр (c) on the content of NPG in polylactide–NPG composites obtained by liquid-phase (1) and solid-phase (2) methods.

Download (230KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. DSC curves of polylactide–RGO composites obtained in a chloroform solution containing 0.05 (1), 0.1 (2), 0.25 (3), 1.0 wt. % RGO (4) (a), as well as under solid-phase mixing conditions for the initial polylactide (1) and polylactide–RGO composites containing 0.05 (2), 0.15 (3), 0.5 wt. % RGO (4) (b), during primary heating [78].

Download (151KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the degree of crystallinity of polylactide on the content of RGO in compositions obtained in a chloroform solution (1) and under solid-phase mixing conditions (2) [78].

Download (98KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. DSC thermograms of polylactide (1) and its composites containing 1.0 wt.% NPG (2), RGO (3) and 5.0 wt.% NPG (4), RGO (5) during primary (a) and secondary heating (b) [82].

Download (152KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the degree of crystallinity of polylactide in polylactide–NPG compositions on the content of NPG during primary (1) and secondary (2) heating [79].

Download (64KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Thermograms of polylactide (1) and polylactide–NPG composites containing 1.0 (2), 5.0 (3), 10.0 (4), 20.0 wt. % NPG (5) [79].

Download (80KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Dependence of conductivity s on frequency at RGO concentrations of 0.25 (1), 1.0 (2), 3.0 (3), 5.0 (4), 10.0 (5), 15.0 wt. % (6) (a) and at low frequencies on the RGO concentration (b) of compositions obtained by the liquid-phase method [78].

Download (179KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Dependence of conductivity (at low frequencies) (1) and permittivity (2) on the filler concentration of NPG compositions obtained by the liquid-phase method [82].

Download (65KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. SEM images of polylactide–RGO composites obtained by the liquid-phase method with a filler content of 0.25 (a) and 10.0 wt.% (b).

Download (295KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. SEM images of polylactide–RGO composites obtained by the solid-phase method, containing 0.25 wt.% RGO.

Download (197KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».