Автор(ы)

Хайранов Расул Хакимжянович

Аффилиация

ФГБОУ ВО "ЮУрГГПУ", г.Челябинск

Руководитель

Песин Леонид Абрамович, д.ф.-м.н., профессор

Аннотация

Актуальность. Интерес к углеродным материалам обусловлен их уникальными физико-химическими свойствами, перспективными для практического применения. Синтез и исследование низкоразмерных углеродных структур, содержащих цепочечные фрагменты до сих пор остаются актуальной научной проблемой. В этом плане интригует гипотеза о возможности существования одномерной модификации химически чистого углерода (карбина). Открытие кристаллического карбина в природных минералах даёт надежду на возможность его лабораторного и промышленного синтеза, и, следовательно, перспективу практического применения. Но идеальные кристаллы карбина все ещё не синтезированы. В продуктах синтеза, которые называются “карбиноиды”, присутствуют как фрагменты линейно полимеризованного углерода, так и большое количество дефектов (неуглеродные включения, межцепочечные сшивки и др.). Этот тип углерода впервые был синтезирован в СССР в 60-х годах прошлого века.

Одним из наиболее перспективных материалов для синтеза одномерных углеродных структур является поливинилиденфторид (ПВДФ). Сам ПВДФ обладает рядом полезных свойств, благодаря которым он широко используется в мембранных технологиях, электронике, медицине, акустике и др. Его молекулы представляют собой углеродные цепи, к каждому атому которых попеременно присоединены два атома фтора и водорода.

Наиболее простым и продуктивным методом глубокой карбонизации ПВДФ, позволяющим модифицировать достаточно большое количество полимера, является химическая обработка. При химической карбонизации под воздействием жидкой дегидрофторирующей смеси фтор и водород в равных количествах отделяются от цепочечного углеродного скелета. Такая реакция представляется перспективной для синтеза одномерного углерода, её методика хорошо апробирована в НИЦ «Низкоразмерный углерод» ЮУрГГПУ. Предыдущие исследования показали, что синтезированные таким образом образцы изменяют свои физические характеристики при хранении после получения. Это явление можно обозначить термином «старение». Его важно изучать, так как для практического использования необходимы материалы со стабильными свойствами.

Целью данной работы является нахождение области временной стабильности молекулярной структуры химически карбонизированного ПВДФ.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

  1. Синтезировать образец методом химического дегидрофторирования ПВДФ.
  2. Проследить эволюцию полос поглощения методом ИК-спектроскопии.
  3. Найти временную область стабилизации молекулярной структуры структуры образца.

Объектом исследования является пленка ПВДФ толщиной 20 мкм.

Предмет исследования – это тройные углерод-углеродные связи, образующиеся в процессе старения образца.

Гипотеза исследования: количество тройных углерод-углеродных связей растёт со времени синтеза образца до определённого момента, который нам нужно найти.

Метод ИК спектроскопии обладает высокой чувствительностью даже к малейшим изменениям молекулярной структуры вещества, поэтому именно он был выбран для мониторинга процесса старения синтезированного материала с помощью спектрометра IRAffinity-1, а для обработки спектров использовалась программа Microsoft Office Excel.

В результате проведённой работы удалось выявить некоторые особенности изучаемого процесса:

  1. После окончания химического синтеза молекулярная структура образца меняется в течение длительного времени.
  2. В частотной области, характерной для проявления валентных колебаний тройных связей, происходит сильное изменение формы ИК-спектров поглощения, проявляющееся в появлении и росте двух широких особенностей с центрами около 2050 и 2100 см-1.
  3. Анализ ИК-спектров не позволил однозначно установить причину роста поглощения в частотной области, характерной для валентных колебаний тройных углерод-углеродных связей.
  4. Обнаружена сильная гигроскопичность исследуемого образца, которая проявляется в изменении спектра в области колебаний OH связей.

Содержание работы

Конкурс, в котором автор работы принял участие: High Goals – 2020: открытый международный конкурс инициативных научно-исследовательских проектов
Отрасль наук: Физико-математические науки
Форма представления работы: Курсовая работа
Дата публикации работы: 30.10.2020