Исследование проводящих свойств композитных полимерных материалов на основе поливинилпирролидона, допированных одно- и двухслойными нанотрубками

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

На сегодняшний день проводящие полимеры являются одной из самых динамично развивающихся областей материаловедения, объединяя химию, физику и нанотехнологии. Проводящие полимеры особенно востребованы в области гибкой электроники, энергетики и биомедицины. В связи с этим резко возрос интерес к полимерным нанокомпозитам на основе углеродных нанотрубок благодаря их уникальному сочетанию свойств, недостижимому для традиционных полимеров. Новые материалы смогут сочетать в себе высокую проводимость с лёгкостью и биосовместимостью, открывая новые возможности к инновационным технологиям. В данной работе в качестве основных объектов выбран известный полимер поливинилпирролидон и углеродные нанотрубки. Проведено теоретическое исследование возможности создания стабильного комплекса «Полимер-Углеродные нанотрубки» с использованием квантово-химического расчетного метода теории функционала плотности. Исследовано влияние слойности углеродных нанотрубок на адсорбционное взаимодействие комплекса, состоящего из фрагмента полимера поливинилпирролидон и молекулярного кластера углеродной нанотрубки. Для этого использованы одно- и двуслойные углеродные нанотрубки. Анализ карт электростатических потенциалов и зарядовых распределений в рассмотренных системах позволил объяснить механизм взаимодействия компонентов полимерных композитов для выбранного полимера и нанотрубок. Далее проведен анализ электронно-энергетического строения полученных полимерных нанокомпозитов. На основании полученных данных сделан вывод о проводящих свойствах полученного комплекса.

Об авторах

Лусине Самвеловна Элбакян

Волгоградский государственный университет

ORCID iD: 0009-0006-1014-240X
SPIN-код: 4950-7497
Scopus Author ID: 56295199500
Волгоград, Университетский просп., 100,

Ирина Владимировна Запороцкова

Волгоградский государственный университет

SPIN-код: 9816-7704
Волгоград, Университетский просп., 100,

Список литературы

  1. Green M. J., Bhabtu N., Pasquali M., Adams W. W. Nanotubes as polymers. Polymer, 2009, vol. 50, iss. 21, pp. 4979–4997. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2009.07.044
  2. Ribeiro B., Botelho E. C., Costa M. L., Bandeira C. F. Carbon nanotube buckypaper reinforced polymer composites: A review. Polímeros, 2017, vol. 27, no. 3, pp. 247–255. https://doi.org/10.1590/0104-1428.03916
  3. Jorio A., Dresselhaus G., Dresselhaus M. S. Carbon Nanotubes: Advanced topics in the synthesis, structure, properties and applications. Berlin, Springer, 2008. XXIV, 720 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-72865-8
  4. Liu Y., Kumar S. Polymer/carbon nanotube nano composite fibers – A review. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, vol. 6, iss. 9, pp. 6069–6087. https://doi.org/10.1021/am405136s
  5. Alamry A., Rahimian S. S. K., Abdullah A. H., Arockiarajan A. Carbon nanotube characteristics and enhancement effects on the mechanical features of polymer-based materials and structures – A review. Journal of Materials Research and Technology, 2023, vol. 24, no. 5, pp. 6495–6521. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.072
  6. Elbakyan L. S., Zaporotskova I. V. Composite nanomaterials based on polymethylmethacrylate doped with carbon nanotubes and nanoparticles: A review. Polymers, 2024, vol. 16, no. 9, art. 1242. https://doi.org/10.3390/polym16091242
  7. Elbakyan L. S., Zaporotskova I. V. Polypropylene modified with carbon nanomaterials: Structure, properties and application possibilities (A review). Polymers, 2025, vol. 17, no. 4, art. 517. https://doi.org/10.3390/polym17040517
  8. Spitalsky Zd., Tasis D., Papagelis K., Galiotis C. Carbon nanotube–polymer composites: Chemistry, processing, mechanical and electrical. Progress in Polymer Science, 2010, vol. 35, iss. 3, pp. 357–401. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.09.003
  9. Fuchs M., Scheffler M. Ab initio pseoudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density-functional theory. Comp. Phys. Commun., 1999, vol. 119, pp. 67–98. https://doi.org/10.1016/S0010-4655(98)00201-X
  10. Beckstedte M., Kley A., Neugebauer J., Scheffler M. Density functional theory calculations for poly-atomic systems: Electronic structure, static and elastic properties and ab initio molecular dynamics. Comp. Phys. Commun., 1997, vol. 107, pp. 187–205. https://doi.org/10.1016/S0010-4655(97)00117-3
  11. Perdew J. P., Zunger A. Self-interaction correction to density functional approximation for many-electron systems. Phys. Rev. B, 1981, vol. 23, no. 10, pp. 5048–5079. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.23.5048
  12. Becke A. D. Density-functional exchange-energy approximation with correct asymptotic behavior. Phys. Rev. A, 1988, vol. 38, no 6, pp. 3098–3100. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.38.3098
  13. Reiher M., Salomon O., Hess B. A. Reparameterization of hybrid functionals based on energy differences of states of different multiplicity. Theor. Chem. Acc., 2001, vol. 107, iss. 1, pp. 48–55. https://doi.org/10.1007/s00214-001-0300-3
  14. Koch W., Holthausen M. C. A Chemist’s Guide to Density Functional Theory. 2nd ed. Weinheim, New York, Wiley-VCH, 2001. XIII, 300 p. https://doi.org/10.1002/3527600043
  15. Elbakyan L. S., Hayrapetyan D. B., Mantashyan P. A. DFT study of GaAs quantum dot and 5CB liquid crystal molecule interaction. J. of Molecular Graphics and Modelling, 2025, vol. 136, art.108953. https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2025.108953
  16. Ichkitidze L. P., Popovich K. D., Suchkova V. V., Ryabkin D. I., Petukhov V. A., Telyshev D. V., Selishchev S. V., Gerasimenko A. Yu. Flexible electrically conductive films based on biocompatible composite material. Technical Physics, 2025, vol. 95, iss. 3, pp. 643–652. https://doi.org/10.61011/JTF.2025.03.59872.285-24 (in Russian).
  17. Malka E., Margel S. Engineering of PVA/PVP hydrogels for agricultural applications. Gels, 2023, vol. 9, iss. 11, art. 895. https://doi.org/10.3390/gels9110895
  18. Gökmeşe F., Uslu İ., Aytimur A. Preparation and characterization of PVA/PVP nanofibers as promising materials for wound dressing. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 2013, vol. 52, iss. 12, pp. 1259–1265. https://doi.org/10.1080/03602559.2013.814144
  19. Pople J. A. Nobel Lecture: Quantum chemical models. Reviews of Modern Physics, 1999, vol. 71, iss. 5, pp. 1267–1274. https://doi.org/10.1103/revmodphys.71.1267
  20. Electronic motion: Density functional theory (DFT). In: Piela L. Ideas of quantum chemistry. Amsterdam, Elsevier, 2007, ch. 11, pp. 567–614. https://doi.org/10.1016/b978-044452227-6/50012-0
  21. Crisostomo S., Pederson R., Kozlowski J., Kalita B., Cancio A. C., Datchev K., Wasserman A., Song S., Burke K. Seven useful questions in density functional theory. Letters in Mathematical Physics, 2023, vol. 113, no. 2, art. 42. https://doi.org/10.1007/s11005-023-01665-z
  22. Ghaffoori A. J., Abdul-Adheem W. R. A review of carbon nanotubes electrical properties for future nanotechnology applications. J. of AL-Rafidain University College for Sciences, 2019, vol. 45, iss. 2, pp. 207–222. https://doi.org/10.55562/jrucs.v45i2.123
  23. David R. L. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, CRC Press, 2005, pp. 9-24–9-41.
  24. Baron Ya. M., Ponomareva A. M., Ravdel A. A., Timofeeva Z. N. Kratkii spravochnik fiziko-khimicheskikh velichin [Ravdel A. A., Ponomareva A. M., eds. Brief reference book of physical and chemical quantities]. St. Petersburg, Ivan Fedorov Publ., 2003. 240 p. (in Russian).
  25. Adamson A. W. Physical Chemistry of Surfaces. New York, John Wiley & Sons, Inc., 1976. 728 p. (Russ. ed.: Moscow, Mir, 1979. 568 p.).
  26. Miao R., Liang Y., Zhou G., Deng Y., Wang L., Deng J., Shao Q. Single walled carbon nanotubes band gap width measurement and the influence of nitrogen doping research. Phys. Chem. Chem. Phys., 2024, vol. 26, iss. 3, pp. 1616–1624. https://doi.org/10.1039/d3cp05332f

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).