Electrically conductive ceramic material containing multi-layer graphene

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27360%2F18%3A10239418" target="_blank" >RIV/61989100:27360/18:10239418 - isvavai.cz</a>

Alternative codes found

RIV/61989100:27640/18:10239418 RIV/61989100:27740/18:10239418

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Elektricky vodivý keramický materiál s obsahem vícevrstvého grafenu

Original language description

Podstatou výsledku je využití interkalovaného a povrchově modifikovaného marockého jílu ghassoulu (GHA) vodivým polymerem polypyrrolem (PPy) jakožto prekurzoru k přípravě elektricky vodivého keramického materiálu s obsahem vícevrstvého grafenu. GHA, unikátní kombinace stevensitu a sepiolitu, je těžen na jediném místě na světě a dosud nikdy nebyl použit pro přípravu tohoto typu keramiky. Práškový nanokompozit PPy/GHA s obsahem 50 hm.% PPy byl připraven oxidační polymerací pyrrolu chloridem železitým v přítomnosti GHA (velikostní frakce &lt; 40 µm). Hmotnostní poměr vstupních látek PPy : FeCl3 : GHA byl 1 : 4,85 : 1,2. U tohoto vzorku bylo dosaženo elektrické vodivosti ~ 80 S/m, což je hodnota o jeden řád vyšší, než vodivost čistého PPy, který byl připraven stejným způsobem. Práškový nanokompozit PPy/GHA byl slisován do tablet (m = 3 g) při tlaku 400 MPa po dobu 10 minut. Pro kalcinaci takto připravených tablet byla použita vysokoteplotní trubková pozorovací odporová pec firmy Clasic s příkonem 8300 W. Režim kalcinace zahrnoval řízený ohřev a chlazení v teplotním intervalu 25-1300 oC rychlostí 5 oC/min a hodinovou výdrž při teplotě 1300 oC v inertní argonové (Ar) atmosféře. Použit byl 99.9999% Ar. V průběhu kalcinace došlo k přeměně PPy na několik fází, z nichž nejvýznamnější je vícevrstvý grafen. Výsledný neupravený keramický materiál vykazuje průměrnou el. vodivost σ1 ~ 0.012 S/m, po odstranění málo vodivé povrchové vrstvy vykazuje průměrnou el. vodivost σ2 ~ 870 S/m, tedy ~ 73000x vyšší. RTG difrakční analýza ukázala přítomnost vysokoteplotních fází, vzniklých z GHA (cristobalit, enstatit, forsterit, korund, mullit, strontnatý silikát), a uhlíkatých fází (amorfní uhlík, grafit) vzniklých z PPy. Ramanova spektroskopie potvrdila přítomnost krystalické grafitické struktury rovněž ve formě vícevrstevného grafenu (2D pás na pozici 2690 cm-1). Připravený materiál dokládá nejen možnou přípravu vícevrstvého grafenu z PPy ve vhodné fylosilikátové matrici, ale rovněž ukazuje další využití dosud velmi málo prozkoumaného jílu GHA.

Czech name

Elektricky vodivý keramický materiál s obsahem vícevrstvého grafenu

Czech description

Podstatou výsledku je využití interkalovaného a povrchově modifikovaného marockého jílu ghassoulu (GHA) vodivým polymerem polypyrrolem (PPy) jakožto prekurzoru k přípravě elektricky vodivého keramického materiálu s obsahem vícevrstvého grafenu. GHA, unikátní kombinace stevensitu a sepiolitu, je těžen na jediném místě na světě a dosud nikdy nebyl použit pro přípravu tohoto typu keramiky. Práškový nanokompozit PPy/GHA s obsahem 50 hm.% PPy byl připraven oxidační polymerací pyrrolu chloridem železitým v přítomnosti GHA (velikostní frakce &lt; 40 µm). Hmotnostní poměr vstupních látek PPy : FeCl3 : GHA byl 1 : 4,85 : 1,2. U tohoto vzorku bylo dosaženo elektrické vodivosti ~ 80 S/m, což je hodnota o jeden řád vyšší, než vodivost čistého PPy, který byl připraven stejným způsobem. Práškový nanokompozit PPy/GHA byl slisován do tablet (m = 3 g) při tlaku 400 MPa po dobu 10 minut. Pro kalcinaci takto připravených tablet byla použita vysokoteplotní trubková pozorovací odporová pec firmy Clasic s příkonem 8300 W. Režim kalcinace zahrnoval řízený ohřev a chlazení v teplotním intervalu 25-1300 oC rychlostí 5 oC/min a hodinovou výdrž při teplotě 1300 oC v inertní argonové (Ar) atmosféře. Použit byl 99.9999% Ar. V průběhu kalcinace došlo k přeměně PPy na několik fází, z nichž nejvýznamnější je vícevrstvý grafen. Výsledný neupravený keramický materiál vykazuje průměrnou el. vodivost σ1 ~ 0.012 S/m, po odstranění málo vodivé povrchové vrstvy vykazuje průměrnou el. vodivost σ2 ~ 870 S/m, tedy ~ 73000x vyšší. RTG difrakční analýza ukázala přítomnost vysokoteplotních fází, vzniklých z GHA (cristobalit, enstatit, forsterit, korund, mullit, strontnatý silikát), a uhlíkatých fází (amorfní uhlík, grafit) vzniklých z PPy. Ramanova spektroskopie potvrdila přítomnost krystalické grafitické struktury rovněž ve formě vícevrstevného grafenu (2D pás na pozici 2690 cm-1). Připravený materiál dokládá nejen možnou přípravu vícevrstvého grafenu z PPy ve vhodné fylosilikátové matrici, ale rovněž ukazuje další využití dosud velmi málo prozkoumaného jílu GHA.

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

21001 - Nano-materials (production and properties)

Project

<a href="/en/project/LQ1602" target="_blank" >LQ1602: IT4Innovations excellence in science</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)<br>S - Specificky vyzkum na vysokych skolach

Publication year

2018

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Internal product ID

029/15_11_2018_F

Numerical identification

029/15_11_2018_F

Technical parameters

Vlastníkem je tvůrce (Centrum nanotechnologií (9360) na VŠB-TUO), takže není nutné uzavření licenční smlouvy o využití výsledku.

Economical parameters

Syntéza PPy/GHA vychází z cenově dostupných látek a probíhá při 25 °C a atm. tlaku. Cena 3 g PPy/GHA, použitých pro přípravu tablety, je cca 22,- Kč. Desetihodinová kalcinace (řízený ohřev a chlazení 25-1300°C rychlostí 5°C/min, 1h výdrž při 1300°C, čas promývání pece Ar) představuje pro použitou pec cca 30,- Kč. Potřebný objem Ar odpovídá cca 70,- Kč. Lze kalcinovat 4 tablety najednou, celkem tedy cca 100,- Kč pro 12 g PPy/GHA. Cenu jedné tablety vodivého keramického materiálu lze odhadnout na cca 47,- Kč. Ekonomickou výhodou je vznik vícevrstvého grafenu (obsaženého ve výsledném materiálu) přímo ze vstupních surovin. Přidanou hodnotou je o řád (téměř 11×) vyšší elektrická vodivost v porovnání s výchozím nanokompozitem PPy/GHA. Roční zvýšení zisku, exportu, objemu výroby, atd. nelze v současné době kvantifikovat.

Application category by cost

—

Owner IČO

61989100

Owner name

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

P - Využití výsledku jiným subjektem je v některých případech možné bez nabytí licence

Licence fee requirement

Z - Poskytovatel licence na výsledek nepožaduje v některých případech licenční poplatek

Web page

—