Elektricky vodivý keramický materiál s obsahem vícevrstvého grafenu

Kód výsledku v 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>

Nalezeny alternativní kódy

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

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Elektricky vodivý keramický materiál s obsahem vícevrstvého grafenu

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

Electrically conductive ceramic material containing multi-layer graphene

Popis výsledku anglicky

The essence of the result is the use of Moroccan clay ghassoul (GHA) intercalated and surface modified by conductive polymer polypyrrole (PPy) as a precursor for the preparation of electrically conductive ceramic material containing multilayer graphene. GHA, the unique combination of stevensite and sepiolite, is mined in the only place in the world and has never been used to prepare this type of ceramics. Powder PPy/GHA nanocomposite containing 50 wt..% PPy was prepared by oxidative polymerization of pyrrole by FeCl3 in the presence of GHA (size fraction &lt; 40 µm). Mass ratio of PPy : FeCl3 : GHA was 1 : 4,85 : 1,2. This sample exhibits the electrical conductivity ~ 80 S/m, which is one order of magnitude higher compared to conductivity of pristine PPy prepared in the same way but without the presence of GHA. Powder PPy/GHA nanocomposite was pressed into tablets (m = 3 g) by pressure 400 MPa for 10 minutes. For the calcination of such prepared tablets, high-temperature resistance tube furnace (Clasic Co.) with P=8300 W was used. The calcination regime included controlled heating and cooling in the interval 25-1300 oC (hetaing/cooling rate 5 oC/min) and 1 h long calcination at constant temperature 1300 oC, everything in an inert Ar (99.9999%) atmosphere. During calcination, the PPy has been converted into several phases, the most important of which is multilayer graphene. The resulting untreated ceramic material has an average el. conductivity σ1 ~ 0.012 S / m, after removing the low conductive surface layer, the average el. conductivity increased to σ2 ~ 870 S / m, i.e. it is ~ 73000x higher. This conductivity is almost 11x times higher in comparison with the original powder PPy/GHA nanocomposite. XRD analysis showed the presence of high temperature phases originating from GHA (cristobalite, enstatite, forsterite, corundum, mullite, strontium silicate) and carbon phases (amorphous carbon, graphite) originating from PPy. Raman spectroscopy confirmed the presence of the crystalline graphitic structure also in the form of multilayer graphene (2D band at 2690 cm-1). The prepared material not only illustrates the possibility of preparation of the multilayer graphene from PPy in a suitable phyllosilicate matrix, but also shows the further use of the so far very little studied GHA clay.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

21001 - Nano-materials (production and properties)

Projekt

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

Návaznosti

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

Rok uplatnění

2018

Kód důvěrnosti údajů

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

Interní identifikační kód produktu

029/15_11_2018_F

Číselná identifikace

029/15_11_2018_F

Technické parametry

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

Ekonomické parametry

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.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

61989100

Název vlastníka

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

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

Požadavek na licenční poplatek

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

Adresa www stránky s výsledkem

—