2.2. Получение
2.2.1. Одностадийная технология получения нанокомпозита в химическом реакторе
Углеродный нанокомпозит получают по одностадийной технологии в результате одновременного формирования наночастиц углерода и связывающей их углеродной матрицы с образованием нанокомпозита системы углерод-углерод в одном и том же реакторе. На входе в химический реактор поступает углеродсодержащее сырье, а на выходе из реактора получаем готовую товарную продукцию. Этим технология выгодно отличается от традиционной технологии нанокомпозитов, где наночастицы получают в одном месте по определенной технологии, а консолидируют их в другом месте путем введения наноразмерного наполнителя в матрицу по совсем другой технологии.
Наночастицы углерода в аллотропной модификации графита и связывающая их углеродная матрица формируются одновременно в одном химическом реакторе в едином технологическом процессе. Это составляет суть одностадийной технологии объемных нанокомпозитов (рис. 6).
Рис. 6. Схема формирования структуры нанокомпозита в едином технологическом процессе (слева – теоретическая модель, справа – структура реального нанокомпозита системы углерод-углерод): а – матрица, б - наночастицы, в – схема связывания наночастиц матрицей;
2.2.2. Технология получения нанокомпозита в установке «Фотон»
Использован ИК-лазер (λ=10,6 мкм) для создания микроструктур нанокристаллического материала, получена структура (рис. 7), состоящая из полос (∼50 мкм) углеродного материала, и показана возможность изготовления микроустройств на основе углеродного нанокристаллического материала с помощью ИК-лазера.
Рис. 7. Применение ИК-лазера (λ=10,6 мкм) для получения микроструктур углеродного нанокристаллического материала
2.3. Свойства углеродных нанокомпозитов
По прочностным показателям углеродный нанокомпозит в 3 и более раз превосходит лучшие марки углеродных материалов традиционной технологии. Он хорошо обрабатывается механически. Высокая механическая прочность в сочетании с наноразмерными дискретными элементами структуры позволяет изготавливать из него детали сложной геометрической формы с острыми кромками, полированными до высокого класса чистоты поверхности.
Рис. 8. Углеродный нанокомпозит не теряет своих физико-механических свойств до температуры 2000oС. 1 - изгиб, 2 - растяжение.
Рис. 9. По высокотемпературной удельной прочности углеродный нанокомпозит превосходит вольфрам. 1 - углеродный нанокомпозит, 2 - вольфрам.
Углеродный нанокомпозит при нормальных условиях инертен практически ко всем химически активным средам. Он стоек в среде кислот, щелочей, хлорорганических соединений, расплавов цветных металлов, фторидов щелочных металлов.
Рис. 10. По высокотемпературной химической стойкости в активных средах с окислительным потенциалом углеродный нанокомпозит до 300 раз превосходит лучшие марки углеродных материалов конструкционного назначения, изготавливаемых по традиционной технологии. 1 - углеродный нанокомпозит, 2 - углеродные материалы традиционной технологии.
Электрохимический потенциал углеродного нанокомпозита (+0,340 мВ) сопоставим с наиболее пассивными благородными металлами: платиной (+0,332 мВ) и золотом (+0,334 мВ).
Углеродный нанокомпозит непроницаем для жидкости и газа, работоспособен в потоке тепловых нейтронов.