Исследование углеродных электропроводящих текстильных материалов, полученных методом электрофоретического осаждения оксида графена

В настоящее время электрофоретическое осаждение — один из наиболее актуальных технологических методов получения электропроводящих материалов. С его помощью впервые получены электропроводящие материалы на основе углеродных волокон (УВ) с использованием оксида графена (ГО) и наночастиц серебра, обладающие повышенными электропроводностью, поверхностной активностью, физическими и механическими свойствами. Цель работы — исследование углеродных электропроводящих текстильных материалов и разработка способа их получения методом электрофоретического осаждения оксида графена с использованием гальванического осаждения из электролита наночастиц серебра. Электрофоретическое осаждение выполняли с шагом 1 см при постоянном напряжении 160 В в течение 20, 40 и 60 с. Результаты ИК-спектроскопии показали, что частицы ГО закрепились на углеродных текстильных материалах. Полученные таким образом углеродные материалы (УВ/ГО/НЧ Ag/60) образуют новую структуру с несколькими слоями оксида графена и наночастиц серебра. При этом отложение ГО повышает шероховатость поверхности УВ, что способствует улучшению смачиваемости и адгезии материала. Анализ спектров, полученных методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, показал, что у УВ произошли значительные изменения в энергии связи возбужденных фотоэлектронов. По сравнению с исходными УВ у них фиксировали увеличение доли серебра и кислорода, а отношение углерода к кислороду уменьшилось. Предложенная методика позволила получить углеродные текстильные материалы с показателями электропроводности, в 2,5 раза превышающими исходные. Введение наночастиц серебра способствовало заполнению поверхностных трещин в волокнах. Возрастание доли восстановленного ОГ позволило значительно повысить шероховатость поверхности, электропроводность, поверхностную энергию и улучшить экранирующие свойства углеродных текстильных материалов (значения эффективности экранирования у полученных материалов на 24,4 % выше, чем у исходных УВ). В перспективе подобные электропроводящие материалы можно будет с успехом использовать в технических текстильных изделиях.

1. Сафонов В. В. Защитные полимерные покрытия и материалы. Ч. 3. Защита полимеров и красителей от фотоизлучения. — М.: МГУДТ, 2015. — 217 с.

2. Сапожников С. В., Сафонов В. В. Инновационные технологии в производстве электропроводящих текстильных материалов / Международная науч.-тех. конф. «Инновационные технологии в текстильной и легкой промышленности»: сб. статей. — Витебск: УО «ВГТУ», 2018. С. 69 – 71.

3. Сафронов А. П., Калинина Е. Г., Котов Ю. А. и др. Электрофоретическое осаждение нанопорошков на пористой поверхности / Российские нанотехнологии. 2006. Т. 1. № 1 – 2. С. 162 – 169.

4. Побежимов Г. Б. Изготовление высокотемпературных сверхпроводящих композитов методом электрофоретического осаждения / Международная конференция молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2007». — М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 2007.

5. Филиппов Н. С., Вандышева Н. В., Паращенко М. А. и др. Электрофоретическое осаждение коллоидных наночастиц CdS на аморфную кремниевую мембрану / Физика и техника полупроводников. 2014. Т. 48. № 7. С. 995 – 1001.

6. Евдокимов В. Д., Клименко Л. П., Евдокимова А. Н. Технология упрочнения машиностроительных материалов: учеб. пособие-справочник. — Киев: Профессионал, 2006. — 352 с.

7. Духин С. С., Дерягин Б. В. Электрофорез. — М.: Наука, 1976. — 332 с.

8. Zhao H. Fast and facile graphene oxide grafting on hydrophobic polyamide fabric via electrophoretic deposition route / J. Mater. Sci. 2018. Vol. 53. N 13. P. 9504 – 9520.

9. Souri H. Electrical conductivity of the graphene nanoplatelets coated natural and synthetic fibres using electrophoretic deposition technique / Int. J. Smart Nano Mater. 2018. Vol. 9. N 3. P. 1 – 16.

10. Avcu E. Electrophoretic deposition of chitosan-based composite coatings for biomedical applications: A review / Progr. Mater. Sci. 2019. Vol. 103. P. 69 – 108.

11. Mahmood H. Enhancement of interfacial adhesion in glass fiber/epoxy composites by electrophoretic deposition of graphene oxide on glass fibers / Composites Sci. Technol. 2016. Vol. 126. P. 149 – 157.

12. Варшавский В. Я. Углеродные волокна. — М., 2007. — 500 с.

13. Мелешко А. И., Половников С. П. Углерод, углеродные волокна, углеродные композиты. — М.: Сайнс-пресс, 2007. — 194 с.

14. Колокольцев С. Н. Углеродные материалы. Свойства, технологии, применения: учеб. пособие. — Долгопрудный: Интеллект, 2012. — 296 с.

15. Губин С. П., Илюшин А. С. Физико-химические проблемы наночастиц, графена, наноформ углерода и материалов на их основе. — М.: Физический факультет МГУ, 2015. — 196 с.

16. Чупров П. Н., Зайцев Е. В., Буслаева Е. Ю. и др. Электрофоретическое осаждение оксида графена на цилиндрическую поверхность микроволокон / Наносистемы. 2018. Т. 10. № 1. С. 65 – 70.