Кремнезем-содержащее покрытие по флоат-стеклу с углеродными нанотрубками

непроницаемое покрытие АД определяла адгезия и при большем времени выдержки формы с покрытием в шликере толщина набранного слоя не будет увеличиваться. Таким образом, можно сказать, что пленки КМЦ и СС обладают достаточными адгезионными свойствами, образуют на поверхности гипса пористое покрытие и могут быть использованы для снижения скорости набора массы при шликерном литье. Пленка АД не обладает требуемыми для этого способа свойствами. Наиболее перспективным для регулирования скорости набора массы представляется покрытие дисперсии акрила.

С покрытием, изготовленным из дисперсии акрила, была изготовлена бумажная форма трубки. Затем, способом шликерного литья из фарфоровой суспензии послойным формованием с помощью установки, схема которой изображена на рис.1, был получен полуфабрикат тонкостенной трубки. После первой стадии сушки полуфабрикат удалили и обожгли в печи с карбидкрем-ниевыми нагревателями, получив целый фарфоровый образец.

Библиографический список

1. А. Г. Добровольский. Шликерное литье. Изд. 2-е, перераб. и доп.. -М.: Металлургия, 1997. - 240 с.

2. А. И. Захаров, И. А. Карнаущенко Изучение однородности поверхности керамических полуфабрикатов и изделий методом капиллярного всасывания. // Стекло и керамика. - 2008. - №10. - С.37-40.

УДК 666.1.056

А.А. Степко

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

КРЕМНЕЗЕМ-СОДЕРЖАЩЕЕ ПОКРЫТИЕ ПО ФЛОАТ-СТЕКЛУ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ

Исследовалось покрытие по флоат-стеклу на основе SiO2 и углеродных нанотрубок. Была отработана методика нанесения покрытий. Были исследованы свойства покрытий с углеродными нанотрубками. Выявлены зависимости физических свойств от толщины покрытий.

The coating on float glass based on carbon nanotubes and SiO2 was investigated. Technique of

coating was refined. The properties of coatings with carbon nanotubes was studied. The dependences of the physical properties of the coating thickness was detected.

В настоящее время для расширения функциональных возможностей листового флоат-стекла широко применяется модификация его поверхности путем нанесения различного вида покрытий: металлических, оксидных, карбидных, нитридных, влияющих на избирательность светопропускания в широком диапазоне длин волн, повышающих электропроводность, износостойкость, химстойкость, обеспечивающих фотовольтаические и сенсорные свойства. Перспективными являются покрытия, содержащие углеродные нанот-рубки, которые в силу уникальности их свойств способны повышать механические, электрические и теплофизические свойства, улучшать коэффициент экранирования от воздействия электромагнитного излучения [1-7].

Целью данной работы является синтез композиционных покрытий, содержащих кремнегель и углеродные нанотрубки, изучение влияния толщины золь-гель покрытия на электропроводность, микротвердость и прозрачность стекла.

Выбор SiO2 в качестве матрицы обусловлен его высокой прозрачностью, микротвердостью, термостойкостью. Кремнегель SiO2 получали путем кислотного гидролиза тетраэтоксисилана. В качестве наполнителя использовали многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) марки "Тау-нит-МД". Они имеют наружный диаметр 8-15 нм, внутренний диаметр 4-8 нм, длина 2 мкм и более. Общий объём примесей после очистки до 1 %. Насыпная плотность 0,03-0,05 г/см3, удельная поверхность 300-320 м /г.

При проведении исследования была отработана методика нанесения композиционных покрытий и режим их термообработки. Перед нанесением покрытия подложки из промышленного флоат-стекла тщательно промывались дистиллированной водой и этанолом. После очистки подложки сушились в сушильном шкафу в течение 30 минут при температуре 70 0С. Первый слой покрытия наносился методом вытягивания подложки со скоростью 50 мм/мин из водной суспензии, содержащей 0,25 % (масс.) многослойных углеродных нанотрубок и 0,2 % (масс.) цетилтриметиламмоний бромида. Для регулирования толщины покрытия нанесение углеродных нанотрубок повторялось от одного до пяти раз. Для получения однородной

водной суспензии МУНТ применялась ультразвуковая обработка в течение 20 минут при частоте 18кГц. После нанесения слоя покрытия, содержащего МУНТ, производилась термическая обработка при температуре 400 0С в течение 30 минут для разложения ПАВ. После чего наносился слой золя SiO2, для которого осуществлялась сушка в течение 30 минут при температуре 70 0С и последующая термообработка при 4500С.

Определение толщины покрытий проводилось оптическим методом с помощью оптической измерительной приставки микротвердомера. Свето-пропускание образцов с покрытием определялось на спектрофотометре Specord M400, электропроводность покрытий с помощью тераомметра Е6-13А двухзондовым методом. Определение микротвердости покрытий осуществлялось с помощью полуавтоматического микротвердомера Micro-hardness Tester HVS - 1000 при нагрузках 50 и 25 грамм.

При определении поверхностной электропроводности стекол с нанесенными многослойными покрытиями, содержащими кремнезем и МУНТ (рис.1), наблюдалось существенное ее повышение, причем зависимость от толщины покрытия, т.е. от концентрации углеродных нанотрубок, носит экспоненциальный характер. Для исходного листового стекла величина поверхностной электропроводности находится на уровне 10-14 См/м, нанесение покрытий, содержащих МУНТ, приводит к повышению поверхностной электропроводности до 1,610-5см/м, т.е. ее значение увеличивается почти на 9 порядков при толщине покрытия -80 мкм.

* О 10 20 30 40 50 60 70 80

Толщина покрытия, мкм

Рис. 1. Зависимость поверхностной электропроводности и микротвердости при нагрузке 50г для покрытий с МУНТ от толщины

Результаты определения микротвердости (рис.1,2) показали, что величина HV исходной подложки составляет 5,2 ГПа, нанесение слоя SiO2-содержащего покрытия приводит к незначительному уменьшению микротвердости до 4,7 ГПа. При нанесении слоев, содержащих МУНТ, наблюдается существенное повышение HV, причем с увеличением концентрации углеродных нанотрубок при толщине покрытия 80 мкм микротвердость увеличивается до 8,0 ГПа, то есть в 1,7 раза.

Из зависимости микротвердости покрытий при испытаниях с различной нагрузкой можно сделать вывод, что покрытие имеет неоднородность распределения армирующего наполнителя (МУНТ) по толщине покрытия. Об этом можно судить по различной зависимости микротвердости от толщины покрытия при различной нагрузке. При более высокой нагрузке и малой толщине покрытия сказывается влияние основания (рис. 1), в то время как испытание при более низкой нагрузке указывает на практически одинаковую микротвердость покрытий (рис. 3). Это связано с тем, что наружный слой покрытия содержит большое количество МУНТ и малое количество SiO2, что было подтверждено данными локальной спектроскопии комбинационного рассеивания на приборе INTEGRA SPECTRA (рис 2). При увеличении нагрузки индентор проникает глубже в покрытие, где имеется необходимая для повышения микротвердости концентрация МУНТ и SiO2.

Рис. 2. 2Б - карта интенсивности характеристических пиков СКР

для покрытий с МУНТ

При повышении электрических и механических свойств при нанесении многослойных покрытий, содержащих МУНТ, наблюдается однако уменьшение светопропускания (рис.3) до 50%.

Толщина покрытий,

Рис. 3. Зависимость светопропускания и микротвердости при нагрузке 25г для покрытий с МУНТ от толщины

Исследование природы нанесенного покрытия после термообработки при 4500С методом рентгенофазового анализа (рис.4) указывает на его аморфный характер, о чем свидетельствует наличие аморфного гало на рентгенограммах и отсутствие рентгеновских рефлексов.

Таким образом, в результате проделанной работы показана возможность синтеза композиционных покрытий на основе SiO2, полученного по золь-гель методу с использованием в качестве армирующей добавки многослойных углеродных нанотрубок марки «Таунит».

550 юс

450 400 350 300 250 МО

>ЛЛ_ Г\

Л V

/\

Л тг г У

И II 15 15 17 1» М Л 22 23 25 Ж 27 И Я 30 31 33 33 Я » 36 ЗТ »

Угол гр»лус

Рис. 4. Рентгенограмма кремнеземсодержащего покрытия с МУНТ после

термообработки при 450 0С

Отработаны технологические параметры получения композиционных покрытий на основе высокотемпературной кремнеземной матрицы и МУНТ золь-гель методом с использованием ультразвука на стадии диспергирования углеродных нанотрубок в водной среде с применением ЦТАБ. Установлено, что армирование многослойными нанотрубками приводит к повышению микротвердости композиционных покрытий по сравнению с исходным кремнеземным покрытием до 1,7 раз. Введение МУНТ позволяет повысить значение поверхностной электропроводности с 10-14 См/м до 1,6 10-5 См/м. Однако использование МУНТ в качестве армирующей добавки приводит к уменьшению светопропускания стекла, что наиболее проявляется на образцах с покрытием большой толщины. Из полученных результатов следует, что стекло с данным покрытием возможно использовать в качестве электрообогреваемого стекла, используемого в автомобильной, авиационной и строительной индустриях для остекления различных объектов, во время эксплуатации которых возникают условия, способствующие запотеванию или обледенению стекол.

Библиографический список

1. M. R. S. Castro. Multi-walled carbon nanotube-based transparent conductive layers deposited on polycarbonate substrate / M. R. S. Castro, N. Al-Dahoudi, P. W. Oliveira, H. K. Schmidt // J Nanopart Res (2009)-11, p. 801-806.

2. Boris J.C. Thomas. Sol-gel route to carbon nanotube borosilicate glass composites / Boris J.C. Thomas, Milo S.P. Shaffer, Aldo R. Boccaccini // Composites, Part A 40, 2009, p. 837-845.

3. В.И. Сусляев. Электромагнитный отклик от композиционного материала на основе многостенных углеродных нанотрубок / В.И. Сусляев, В.Л. Кузнецов, И.Н. Мазов, В.А. Журавлев, Г.Е. Кулешов // Доклады ТУ-СУРа, № 2 (22), часть 1, стр. 56-58.

4. Л. Л. Вовченко. Резонансный характер взаимодействия многослойных углеродных нанотрубок с излучением миллиметрового диапазона волн / Л. Л. Вовченко // Наносистеми, наноматерiали, нанотехнологп, т. 9, № 4, 2011,стр 759-769.

5. Young Il Song. Fabrication of Carbon Nanotube Field Emitters Using a Dip-Coating Method / Young Il Song, Gil Yong Kim, Ha Kyu Choi, Hee Jin Jeong, Ki Kang Kim, Cheol-Min Yang, Seong Chu Lim, Kay Hyeok An, Kyung Taek Jung, and Young Hee Lee.// Chem. Vap. Deposition 2006, 12, p. 375-379.

6. C. M. Trottier. Properties and characterization of carbon-nanotube-based transparent conductive coating / C. M. Trottier, P. Glatkowski, P. Wallis, J. Luo. // Journal of the SID 13/9, 2005, p. 759-763.

7. M. Kaempgen. Transparent carbon nanotube coatings / M. Kaempgen, G.S. Duesberg, S. Roth // Applied Surface Science 252, 2005, p. 425-429.

УДК 666.1.001.5: 666.3

Д.П. Чертин1, С.Ю.Стефанович1'2, В.Н. Сигаев1

1 Международная лаборатория функциональных материалов на основе стекла имени П.Д. Саркисова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

2 Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л. Я. Карпова, Москва, Россия

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТЕКЛОКЕРАМИКА НА ОСНОВЕ НИОБАТА КАЛИЯ-НАТРИЯ

Исследована четырёхкомпонентная пьезокерамика на основе ниобата калия-натрия с минимальным содержанием стеклообразователя. Рассмотрен метод кристаллизации переохлаждённых расплавов, как один из альтернативных способов получения пьезокерамики.

Considered quadruple piezoelectric potassium-sodium niobate-based ceramic, with a minimum content of glass-forming addition was considered. The method of crystallization of supercooled melt, as one of the alternative ways of receiving piezoelectric ceramics was examined.

Керамика Pb (Zr(1-x)Tix)O3 (ЦТС) и другие виды керамик на основе свинца широко используются в качестве пьезоэлектрических материалов [1]. Однако согласно Директиве 2002/95/ЕС Европейского парламента и Совета ЕС «Об ограничении использования отдельных вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании» (статья № 4), в странах Евросоюза ограничивается применение свинецсо-держащих материалов в изделиях электронной техники из-за высокой токсичности соединений свинца.

Поэтому в настоящее время обширные исследования направлены на поиск пьезоэлектрических материалов, не содержащих свинец. Особый