Влияние элементного состава малослойного графена на прочностные свойства эпоксидной смолы
https://doi.org/10.26907/2542-064X.2025.4.619-631
Аннотация
В работе рассмотрено влияние малослойного графена (МГ) различного состава на прочность, износостойкость и теплопроводность эпоксидной смолы. В качестве прекурсоров при синтезе использованы нитрат аммония и нитрат калия, что позволило варьировать состав МГ. Установлено, что добавление МГ увеличивает прочность на сжатие и износостойкость эпоксидной смолы. По- казано, что повышенное число гетероатомов в структуре МГ практически не влияет на изменение прочности на сжатие. Однако износостойкость эпоксидной смолы увеличивается с ростом содержания гетероатомов в структуре МГ.
При поддержке: Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-79-10254, https://rscf.ru/project/23-79-10254/).
Об авторах
Н. Д. Подложнюк
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Никита Денисович Подложнюк, младший научный сотрудник лаборатории физики кластерных структур отделения твердотельной электроники
г. Санкт-Петербург
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
А. А. Возняковский
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Алексей Александрович Возняковский, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики кластерных структур отделения твердотельной электроники
г. Санкт-Петербург
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
А. П. Возняковский
Научно-исследовательский институт синтетического каучука имени академика С.В. Лебедева
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Александр Петрович Возняковский, доктор химических наук, заведующий сектором наногетерогенных полимерных материалов
г. Санкт-Петербург
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
С. В. Кидалов
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Сергей Викторович Кидалов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физики кластерных структур отделения твердотельной электроники
г. Санкт-Петербург
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
Список литературы
1. Jin F.-L., Li X., Park S.-J. Synthesis and application of epoxy resins: A review // J. Ind. Eng. Chem. 2015. V. 29. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.03.026.
2. Bhong M., Khan T.K.H., Devade K., Krishna B.V., Sura S., Eftikhaar H.K., Thethi H.P., Gupta N. Review of composite materials and applications // Mater. Today: Proc. 2023. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.10.026.
3. Balandin A.A., Ghosh S., Bao W., Calizo I., Teweldebrhan D., Miao F., Lau C.N. Superior thermal conductivity of single-layer graphene // Nano Lett. 2008. V. 8, No 3. P. 902–907. https://doi.org/10.1021/nl0731872.
4. Lee C., Wei X., Kysar J.W., Hone J. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene // Science. 2008. V. 321, No 5887. P. 385–388. https://doi.org/10.1126/science.1157996.
5. Zhu Y., Murali S., Cai W., Li X., Suk J.W., Potts J.R., Ruoff R.S. Graphene and graphene oxide: Synthesis, properties, and applications // Adv. Mater. 2010. V. 22, No 35. P. 3906–3924. https://doi.org/10.1002/adma.201001068.
6. Parente J.M., Simões R., Reis P.N.B. Effect of graphene nanoparticles on suspension viscosity and mechanical properties of epoxy-based nanocomposites // Procedia Struct. Integr. 2022. V. 37. P. 820–825. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.02.014.
7. Paraskar P., Bari P., Mishra S. Influence of amine functionalized graphene oxide on mechanical and thermal properties of epoxy matrix composites // Iran. Polym. J. 2020. V. 29, No 1. P. 47–55. https://doi.org/10.1007/s13726-019-00772-w.
8. Meng Q., Feng Y., Han S., Yang F., Demiral M., Meng F., Araby S. Developing functional epoxy/graphene composites using facile in-situ mechanochemical approach // J. Appl. Polym. Sci. 2023. V. 140, No 13. Art. e53681. https://doi.org/10.1002/app.53681.
9. Osman A., Elhakeem A., Kaytbay S., Ahmed A. A comprehensive review on the thermal, electrical, and mechanical properties of graphene-based multi-functional epoxy composites // Adv. Compos. Hybrid Mater. 2022. V. 5, No 2. P. 547–605. https://doi.org/10.1007/s42114-022-00423-4.
10. Szeluga U., Pusz S., Kumanek B., Olszowska K., Kobyliukh A., Trzebicka B. Effect of graphene filler structure on electrical, thermal, mechanical, and fire retardant properties of epoxy-graphene nanocomposites - a review // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2021. V. 46, No 2. P. 152–187. https://doi.org/10.1080/10408436.2019.1708702.
11. Bhatt M.D., Kim H., Kim G. Various defects in graphene: A review // RSC Adv. 2022. V. 12, No 33. P. 21520–21547. https://doi.org/10.1039/D2RA01436J.
12. Voznyakovskii A.P., Vozniakovskii A.A., Kidalov S.V. Few-layer graphene produced by the self-propagating high-temperature process from biopolymers: Synthesis, properties, and application (a review) // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. V. 69, No 3. P. 334–340. https://doi.org/10.1134/S0036023623603185.
13. Podlozhnyuk N., Vozniakovskii A., Kidalov S., Voznyakovskii A. Performance properties of epoxy resin modified with few-layer graphene obtained by the method of self-propagating high-temperature synthesis // Polymers. 2025. V. 17, No 6. Art. 812. https://doi.org/10.3390/polym17060812.
14. Voznyakovskii A., Vozniakovskii A., Kidalov S. New way of synthesis of few-layer graphene nanosheets by the self-propagating high-temperature synthesis method from biopolymers // Nanomaterials. 2022. V. 12, No 4. Art. 657. https://doi.org/10.3390/nano12040657.
15. ISO 178:2019. Plastics – Determination of flexural properties. ISO TC 61/SC 2, 2019. 30 p.
16. ISO 527-2:2025. Plastics – Determination of tensile properties. Part 2: Test conditions for moulding and extrusion plastics. ISO TC 61/SC 2, 2025. 19 p.
17. ISO 604:2002. Plastics – Determination of compressive properties. ISO/TC 61/SC 2, 2002. 24 p. 18. Babrauskas V., Leggett D. Thermal decomposition of ammonium nitrate // Fire Mater. 2020. V. 44, No 2. P. 250–268. https://doi.org/10.1002/fam.2797.
18. Freeman E.S. The kinetics of the thermal decomposition of potassium nitrate and of the reaction between potassium nitrite and oxygen // J. Am. Chem. Soc. 1957. V. 79, No 4. P. 838–842. https://doi.org/10.1021/ja01561a015.
19. Weidenthaler C. Pitfalls in the characterization of nanoporous and nanosized materials // Nanoscale. 2011. V. 3, No 3. P. 792–810. https://doi.org/10.1039/C0NR00561D.
20. Ferrari A.C., Basko D.M. Raman spectroscopy as a versatile tool for studying the properties of graphene // Nat. Nanotechnol. 2013. V. 8, No 4. P. 235–246. https://doi.org/10.1038/nnano.2013.46.
21. Díez-Betriu X., Álvarez-García S., Botas C., Álvarez P., Sánchez-Marcos J., Prieto C., Menéndez R., de Andrés A. Raman spectroscopy for the study of reduction mechanisms and optimization of conductivity in graphene oxide thin films // J. Mater. Chem. C. 2013. V. 1, No 41. P. 6905–6912. https://doi.org/10.1039/C3TC31124D.
22. Vozniakovskii A.A., Vozniakovskii A.P., Kidalov S.V., Otvalko J., Neverovskaia A.Yu. Characteristics and mechanical properties of composites based on nitrile butadiene rubber using graphene nanoplatelets // J. Compos. Mater. 2020. V. 54, No 23. P. 3351–3364. https://doi.org/10.1177/0021998320914366.
23. Подложнюк Н.Д., Возняковский А.А., Кидалов С.В., Возняковский А.П. Прочностные свойства эпоксидной смолы, модифицированной малослойным графеном // Журнал технической физики. 2025. Т. 95, № 2. С. 239–246. https://doi.org/0.61011/JTF.2025.02.59714.291-24.
24. Li A., Zhang C., Zhang Y.-F. Thermal conductivity of graphene-polymer composites: Mechanisms, properties, and applications // Polymers. 2017. V. 9, No 9. Art. 437. https://doi.org/10.3390/polym9090437.
25. Huang X., Zhi C., Lin Y., Bao H., Wu G., Jiang P., Mai Y.-W. Thermal conductivity of graphene-based polymer nanocomposites // Mater. Sci. Eng., R. 2020. V. 142. Art. 100577. https://doi.org/10.1016/j.mser.2020.100577.
Рецензия
Для цитирования:
Подложнюк Н.Д., Возняковский А.А., Возняковский А.П., Кидалов С.В. Влияние элементного состава малослойного графена на прочностные свойства эпоксидной смолы. Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. 2025;167(4):619-631. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2025.4.619-631
For citation:
Podlozhnyuk N.D., Vozniakovskii A.A., Voznyakovskii A.P., Kidalov S.V. Influence of the elemental composition of few-layer graphene on the strength properties of epoxy resin. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta Seriya Estestvennye Nauki. 2025;167(4):619-631. (In Russ.) https://doi.org/10.26907/2542-064X.2025.4.619-631
Просмотров:
17
Послать статью по эл. почте 