Синтез био-нано-композитов для медицины и энергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

СИНТЕЗ БИО-НАНО-КОМПОЗИТОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ И ЭНЕРГЕТИКИ

А.А. Васин1,2

Суперконденсаторы являются промежуточным устройством хранения энергии между батареями и конденсаторами, обладающим высокой мощностью тока, длительным жизненным циклом и способностью быстрой перезарядки. Производительность суперконденсатора определяется в первую очередь материалом из которого изготавливаются электроды. Электродам на основе углерода, имеющего высокую электронную проводимость, в сочетании с оксидами металлов (MnO2, RuO2, NiO, etc.) свойственна так называемая «псевдоёмкость». Такие материалы позволяют объединить преимущества аккумуляторных батарей и конденсаторов с двойным электрическим слоем, что делает их более востребованными. Таким образом, синтез композитов с углеродом эффективный способ улучшить электрохимические характеристики электродов. В последние годы активно исследуются различные сульфиды металлов в качестве электродных материалов благодаря их преимуществу перед оксидами в большей проводимости и механической стабильности.

Углеродные наноструктуры с решёткой инвертированного опала получали методом темплатов, обладающего наибольшими возможностями по контролю и управлению пористой структурой материала. В качестве шаблона использовали опаловые матрицы, сложенные из сферических частиц аморфного диоксида кремния диаметром 260 нм и 25 нм. Для введения углерода в матрицу SiO2 использовали водный раствор сахарозы С12Н22О11 с добавлением серной кислоты, которым пропитывали образец. Образцы карбонизировались путём отжига 900 °C в потоке аргона, затем обрабатывались HF для удаления диоксида кремния. Углеродный материал промывался водой и сушился при 100 °C. Полученные структуры с решёткой инвертированного опала, имеющие систему взаимосвязанных микро-, мезо- и макропор, обладают высокой удельной поверхностью, что позволяет увеличить сорбционные, каталитические и электрохимические свойства материала [1, 2]. электрохимический решетка композит углеродный

Для модифицирования поверхности углеродного материала оксидом и сульфидом никеля образцы помещали в водный раствор сульфата никеля NiSO4Ч6H2O с добавлением мочевины СO(NH2)2, перемешивали и выдерживали при 100 °С 5 часов. Затем осаждённый материал промывали в деионизованной воде и этаноле, сушили при 80 °С на воздухе ночь, отжигали в потоке аргона при 350-500 °С 2 часа.

Синтезированные образцы характеризовались с помощью рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии, методом сорбции азота (теория БЭТ), проведением электрохимических измерений.

Полученный материал представляет собой углеродную упорядоченную структуру образованных после травления глобул SiO2 сферических пустот, поверхность которой покрыта соединениями никеля размером 10-35 нм. По фазовому составу образцы помимо аморфного углерода содержат фазы оксида и сульфидов никеля. При модификации углеродной матрицы соединениями никеля площадь удельной поверхности пор уменьшилась более чем в 2-3 раза и составила 494-250 м2/г. Удельная ёмкость конденсатора с композитом достигала 600 Ф/г. Из данных электрохимических измерений можно сделать вывод, что существенный вклад в удельную ёмкость конденсатора с электродами из композитов вносят фарадеевские реакции.

Литература

1. Васин А.А., Классен Н.В. «Использование взаимодействий биополимеров с наночастицами и низкочастотными электрическими полями для регенерации тканей» Вестник трансплантологии искусственных органов, том 18, стр. 196, 2016.

2. Vasin A.A., Klassen N.V., Likhter A.M., “Transformations of Spatial Distributions of Biopolymers and Nanoparticles in Water Suspensions Induced by Resonance-like Low Frequency Electrical Fields”, International Journal of Mathematical, Computational, Physical, Electrical and Computer Engineering, v. 8, № 7, 1089 - 1092, 2014

3. Васин А.А., Классен Н.В., Лихтер А.М., «Аномалии электрооптических свойств биологических микрочастиц и перспективы их применения», Физическое образование в ВУЗах, спецвыпуск, стр. 27 - 32, 2014.

4. А.А.Васин, Н.В.Классен, П.В.Провоторов "Новые способы прямой генерации электроэнергии на основе электрической активности биоматериалов", Сборник тезисов международной конференции «Дни науки-2015» Спб.:Издательство "Лема", 2015. С.22.

5. Васин А.А. Н.В.Классен, П.В.Провоторов. «Создание наноструктур на основе биополимеров и наночастиц, совмещающих функции радиационных генераторов электричества и его суперконденсаторных накопителей». М., Сборник тезисов 13-й курчатовской молодежной научной школы. НИЦ"Курчатовский институт", 2015, с. 43-46.

Аннотация

SYNTHESIS OF CARBON NANOSTRUCTURES WITH THE INVERSE OPAL LATTICE MODIFIED BY NiO, NiS FOR ELECTRODES OF SUPERCAPACITORS

N.S. Sukhinina

We present the results of studies on the synthesis, the structure and properties of carbon inverted opal nanostructures, the surface of which is modified by oxide and sulfide of nickel. The specific capacitance of the capacitor with the composite as electrode has increased more than 2 - 4 times, from 130 F/g to 600 F/g, as compared with the carbon sample without the modification by nickel compounds. The significant contribution of the faradaic reactions in specific capacitance of the capacitor electrodes of the composites is marked.

Adey, W.R. Tissue interaction with nonionising electromagnetic fields / W.R. Adey // Phys. Rew. 1981 - Vol. 61. - No. 2. - P. 435-514

J. M. Artйs et al. “Conformational Gating of DNA Conductance,” Nature Communications, vol. 6, pp. 8870, 2015

Васин А.А., Классен Н.В. «Использование взаимодействий биополимеров с наночастицами и низкочастотными электрическими полями для регенерации тканей» Вестник трансплантологии искусственных органов, том 18, стр. 196, 2016.

Vasin A.A., Klassen N.V., Likhter A.M., “Transformations of Spatial Distributions of Biopolymers and Nanoparticles in Water Suspensions Induced by Resonance-like Low Frequency Electrical Fields”, International Journal of Mathematical, Computational, Physical, Electrical and Computer Engineering, v. 8, № 7, 1089 - 1092, 2014

Васин А.А., Классен Н.В., Лихтер А.М., «Аномалии электрооптических свойств биологических микрочастиц и перспективы их применения», Физическое образование в ВУЗах, спецвыпуск, стр. 27 - 32, 2014.

А.А.Васин, Н.В.Классен, П.В.Провоторов "Новые способы прямой генерации электроэнергии на основе электрической активности биоматериалов", Сборник тезисов международной конференции «Дни науки-2015» Спб.:Издательство "Лема", 2015. С.22.

Васин А.А. Н.В.Классен, П.В.Провоторов. «Создание наноструктур на основе биополимеров и наночастиц, совмещающих функции радиационных генераторов электричества и его суперконденсаторных накопителей». М., Сборник тезисов 13-й курчатовской молодежной научной школы. НИЦ"Курчатовский институт", 2015, с. 43-46.

Размещено на Allbest.ru