Анотація до роботи:

Лісунова М.О. Структура, стабільність і перколяційні властивості колоїдних композицій на основі багатошарових вуглецевих нанотрубок.–Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.24 – фізика колоїдних систем. – Інститут біоколоїдної хімії ім.Ф.Д.Овчаренка НАН України, Київ, 2007.

Дисертація присвячена – вивченню структури, стабільності та перколяційних властивостей колоїдних композиційних систем на основі полімерних, рідкокристалічних матриць та середовищ гідрофільної природи, наповнених вуглецевими багатошаровими НТ.

Ультранизькі значення перколяційної концентрації j_c (j_c»0.0004-0.01) колоїдних композитів зумовлені впливом високого аспектного відношення НТ. Повна стабілізація водних суспензій НТ та формування однорідної структури НТ з фрактальною розмірністю d_f=3, досягається при концентраціях НПАР C_s, що пропорційні масовій концентрації НТ, C_s » C моль/дм³. Електрична перколяція водних суспензій НТ спостерігалася при більш високих концентраціях, ніж реологічна. В реологічній поведінці суспензій при малих швидкостях зсуву (<30 c^-1) і при С_s моль/дм³ виявлено режим від’ємної пластичної в’язкості h*= dt/d. Сегрегація має значний вплив на перколяційну поведінку композитів на основі полімер-НТ. Побудована геометрична модель нанокомпозитів з сегрегованою структурою та на основі комп’ютерного розрахунку встановлено вплив скейлінгу, виведено формулу для визначення перколяційної концентрації, встановлена універсальність критичних індексів t, s. Позитивний ТКС-ефект у композиційних системах на основі полікристалічного полімеру з НТ не пов’язаний зі змінами морфологічної структури полімеру під час плавлення, а пояснюється впливом термічного розширення розплавленої полімерної матриці. У композиційних системах на основі НТ, диспергованих у рідких кристалах, в області температур нематичної та ізотропної рідкої фази РК, досліджено гістерезис електропровідності.

1. Експериментальними та теоретичними методами досліджень проведено вивчення процесів структуроутворення, формування перколяційного кластеру у водних суспензіях, порошкових, пресованих, рідкокристалічних композитах, що включають багатошарові вуглецеві нанотрубки (НТ) та обґрунтовано умови створення стабільних суспензій НТ неіонною ПАР.

2. Встановлено, що у водних суспензіях НТ адсорбція НПАР на вуглецевих нанотрубках відбувається переважно внаслідок взаємодії ароматичного ядра НПАР з вуглецевою поверхнею. Стабілізація суспензій та формування однорідної структури НТ з фрактальною вимірністю d_f = 3, досягається при концентраціях НПАР C_s, яка пропорційна масовій концентрації НТ, C_s » C моль/дм³. Електрична перколяція спостерігається при більш високих концентраціях, ніж реологічна, > , і дана аномалія пояснюється специфікою механізму тунельного електричного транспорту в досліджуваних системах.

3. Експериментально досліджено вплив сегрегації на перколяційну поведінку електропровідності нанокомпозитів полімер-НТ. Встановлено, що ультранизькі значення перколяційної концентрації j_c (j_c » 0.0004-0.01) колоїдних композитів пояснюються високим ступенем анізотропії форми частинок НТ, і наявністю сегрегації НТ. В досліджених системах спостерігалася універсальна скейлінгова поведінка електропровідності з критичними індексами t» 2.

4. Запропоновано теоретичну модель нанокомпозиційної системи з сегрегованою структурою і досліджено скейлінгові ефекти. Виведена розрахункова формула для обчислення перколяційної концентрації, що враховує відношення розмірів частинок ізолятора до провідних, число провідних моношарів і аспектне відношення. Встановлено, що критичні індекси провідності t, s збігаються з критичними індексами для моделі випадкової перколяції.

5. Показано, що позитивний ТКС-ефект, який має місце у композиційних системах на основі полікристалічного полімеру з НТ пов’язаний з особливостями термічного розширення при плавленні полімерної матриці.

6. Встановлено перколяційний характер зміни електропровідності композицій НТ диспергованих у рідких кристалах (ЕББА, РК-1282) при досить низьких порогових масових концентраціях (С_с = 0.0001 – 0.0005). Виявлено температурний гістерезис в поведінці електропровідності, що пов’язаний з зміною просторового розподілу НТ у РК матрицях.

Публікації автора:

1. Lisunova M.O., Mamunya Ye.P., Lebovka N.I., Melezhyk A.V. Percolation behaviour of ultrahigh molecular weight polyethylene/multi-walled carbon nanotubes composites // European Polymer J. – 2007. – Vol.43. – P.949–958.

2. Lebovka N.I., Lisunova M.O., Mamunya Y.P., Vygornitskii N.V. Scaling in percolation behaviour in conductive–insulating composites with particles of different size // J. Phys D: Appl Phys. – 2006. – Vol.39. – P.2264–71.

3. Lisunova M.O., Lebovka N.I., Melezhyk O.V., Boiko Yu.P. Stability of aqueous suspensions of nanotubes in the presence of nonionic surfactant // J. Colloid and Interface Sci. – 2006. – Vol.299. – P. 740–746.

4. Lisetski L.N., Lebovka N.I., Sidletskiy O.Ts., Panikarskaya V.D., Kasian N.A., Kositsyn S.S., LisunovaM.O., Melezhyk O.V. Spectrophotometry and electrical conductivity studies of multiwall nanotubes dispersed in nematic liquid crystals // Functional Materials. – 2007. – Vol.14, №2. – P.233–237.

5. Лебовка Н.И., Лисунова М.А., Бойко Ю.П., Мележик А.В. Исследование перколяционного поведения электрической проводимости и вязкости в водных суспензиях многослойных углеродных нанотрубок // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. – 2007. – Т.5, №3. – С. 165-175.

6. Lysetskiy L., Panikarskaya V., Sidletskiy O., Kasian N., Kositsyn S., Shtifanyuk P., Lebovka N., LisunovaM., Melezhyk O. Optical transmission and conductivity of nematic liquid crystals containing dispersed multiwall nanotubes // Mol. Cryst. Liq. Cryst. – 2007. – Vol. 478. – P. 127–133.

7. Лисунова М.А., Выгорницкий Н.В., Мамуня Е.П., Лебовка Н.И. Влияние соотношения размеров частиц полимер-наполнитель на перколяционное поведение композиций // Матеріали V міжнародної наукової конференції „Політ”. – Київ (Україна). – 2005. – С.337.

8. Лісунова М.О., Вигорницький М.В., Мамуня Е.П., Лебовка М.І. Вплив співвідношення розмірів частинок полімер-наповнювач на перколяційну поведінку композицій // Міжнародна коференція студентів і молодих вчених з теоретичної та експериментальної фізики „Еврика”. Збірник тез. – Львів (Україна). – 2005. – С.121.

9. Lisunova M.O., Lebovka N.I. Influence of adsorption of non-ionic surfactant on the stability of aqueous dispersions of nanotubes // 9^th Ukrainian-polish Symposium Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications: Program and Proccedings. – Wulka Milanovska (Poland). – 2005. – P.165–167.

10. Лисунова М.А., Выгорницкий Н.В, Мамуня Е.П., Лебовка Н.И. Влияние полимерной матрицы на электропроводность полимер-наполненных систем в области перколяционного перехода // Материалы Международной научно-технической конференция МЭЭС’05. – Киев (Украина). – 2005. – С.34–36.

11. Lisunova M., Mamunya Ye., Lebovka N., Melezhyk O. Percolation behaviour of multiwalled carbon nanotubes-polymer composites // International Conferense of students and young scientist “Heureka”. Збірник тез. – Lviv (Ukraine). – 2006. – P.А47.

12. Lisunova M.O., Lebovka N.I., Boiko Yu.P. Percolation behaviour in the aqueous suspensions of multi walled carbon nanotubes // Матеріали VI міжнародної наукової конференції „Політ”. – Київ (Україна). – 2006. – C.175.

13. Lisunova M., Boiko Yu., Lebovka N., Lysetskiy L., Melezhyk O. Electrical conductivity of carbon nanotubes dispersed in nematic liquid crystal // International Conference of students and young scientist “Heureka”. Збірник тез. – Lviv (Ukraine). – 2007. – P. D1.

14. Lisunova M., Lebovka N., Mamunya Ye. Percolation behaviour of polymer/multi-walled carbon nanotubes composites // Knowledge Based Materials Summer School. – Alvdalen (Sweden). – 2006. – Р. 14.

15. Lisunova M., Moraru V., Lebovka N., Vygornickii N. A study on the physical properties aqueous suspensions of surfactant stabilized multi-wall carbon nanotubes // Microscopy of Tomorrow’s Industrial Materials, Autumn School. – Berlin (Germany). – 2005. – Р. 10.