Атлуханова Луиза Бремовна
367000, г. Махачкала, ил. Ленина 1
Luiza B. Atlukhanova
pl. Lenina 1, Makhachkala, 367000
Козлов Георгий Владимирович
360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского 173
Georgii V. Kozlov
ul. Chernyshevskogo 173, Nalchik, 360004
Долбин Игорь Викторович
360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского 173
Igor V. Dolbin
ul. Chernyshevskogo 173, Nalchik, 360004
Известно, что из-за высокой степени анизотропии и низкой поперечной жесткости углеродные нанотрубки образуют кольцеобразные структуры (фрактальные объекты) в полимерной матрице нанокомпозитов. Для количественной характеристики структуры нанонаполнителя (углеродных нанотрубок) в полимерной матрице использована фрактальная размерность, для расчета которой предложены две методики, основанные на моделях необратимой агрегации и фрактального анализа. Полученные с применением обоих подходов результаты хорошо согласуются (в пределах 6 %) между собой. Установлено, что формирование кольцеобразных структур происходит по механизму кластер-кластер (объединением мелких формирований в более крупные, а не отдельных нанотрубок). Кроме того, метод фрактального анализа учитывает влияние полимерной матрицы на структуру кольцеобразных формирований и, следовательно, свойства полимерных нанокомпозитов. Корректность использованных методик проверяли с помощью перколяционной модели усиления, показавшей хорошее соответствие теории и эксперимента при применении фрактальных размерностей, определенных обоими способами. Это означает, что при фиксированном содержании нанонаполнителя свойства нанокомпозитов определяются только структурой нанонаполнителя. Иначе говоря, существенное изменение свойств (для степени усиления более чем на порядок) возможно даже при малом содержании нанонаполнителя, которое реализуется только вариацией его структуры. При этом вариация структуры может быть достигнута методами обработки нанонаполнителя (использованием ультразвука, функционализации, построением особых типов каркаса нанонаполнителя и др.).
By virtue of high degree of anisotropy and small transverse stiffness, carbon nanotubes are known to form ring-shaped annular structures (fractal objects) in the polymer matrix of nanocomposites. We used the fractal dimension for quantitative and physically strict characterization of the nanofiller structure (carbon nanotubes) in the polymer matrix of nanocomposites. Two methods of calculation based on the models of irreversible aggregation and fractal analysis are proposed. The results obtained using both approaches match each other within 6%. It has been shown that formation of the annular structures occurs according to the cluster-cluster mechanism (i.e., by combining small formations into larger ones, rather than individual nanotubes). Moreover, the method of fractal analysis takes into account the effect of the polymer matrix on the structure of ring-shaped formations and, hence, on the properties of polymer nanocomposites. The correctness of the methods thus used was proved using the percolation model, which showed good agreement between the theory and experiment when using fractal dimensions determined by both methods. This means that for a fixed nanofiller content, the properties of nanocomposites are determined only by the nanofiller structure. In other words, a significant change in the properties (for the degree of reinforcement more than by an order of magnitude) is possible even at a low content of a nanofiller, which is realized only through change in the nanofiller structure using various methods of nanofiller treatment (ultrasound, functionalization, construction of special types of nanofiller frame, etc.).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.