The object of research, development or design (in Russian) : образцы оксида графена (ОГ) синтезированные из активированного угля (АУ) с помощью метода Хаммерса

The object of research, development or design (in Kazakh) : Хаммерс әдісі арқылы белсендірілген көмірден (БК) синтезделген графен оксидінің (ГО) үлгілері

Aim of work (in Russian) : синтез и исследование свойств оксида графена (ОГ) из активированного угля (АУ) и разработка датчика влажности на основе его мембраны

Aim of work (in Kazakh) : белсендірілген көмірінен (БК) графен оксидін (ГО) синтездеу және қасиеттерін зерттеу және оның мембранасы негізінде ылғал сенсорын жасау.

Методы исследования (на русском) : электронная и оптическая микроскопия, ИК-Фурье, УФ-видимой спектроскопии, рентгеноспектральный флюоресцентный и рентгенофазовый анализы

Методы исследования (на казахском) : электронды және оптикалық микроскопия, FTIR, УК-көрінетін спектроскопия, рентгендік спектрлік флуоресценция және рентген фазалық талдаулар

Obtained results and novelty (in Russian) : Активированный уголь(АУ) использованный нами в качестве исходного материала для получения оксида графена(ОГ) предварительно был очищен с помощью концентрированной азотной кислоты для определения оптимального раствора соответствующим требованиям к мембранам чувствительных датчиков влажности. Согласно полученным микрофотографиям СЭМ можно увидеть, что АУ был очищен от различных примесей(ионов металлов и других примесей). Для дальнейшего синтеза ОГ был использован очищенный АУ.Полученный раствор ОГ из очищенного АУ с помощью метода Хаммерса был обработан 5%HCl для удаления ионов металла, с последующей промывкой деионизированной водой для удаления кислот.Синтезированные различные растворы ОГ из очищенного и неочищенного АУ были исследованы с помощью УФ и ИК спектроскопиями. Результаты УФ спектроскопии ОГ(очищенный и не очищенный) показали, что в области поглощения 204нм были обнаружены π-π*-связей ароматических колец в химической структуре ОГ. В УФ спектре ОГ из не очищенного АУ было обнаружено появление поглощения в области 300нм, что подтверждает присутствие примесей в составе ОГ. Согласно результату ИК спектроскопии ОГ из очищенного АУ можно увидеть следующие сигналы в области поглощения:3600–3000см-1 О-Н, ароматическое кольцо 1585см−1 С=С, эпоксидные функциональные группы 1249см−1 C–O, алкокси группы 1054см−1 C–O. Таким образом, ОГ полученный из очищенного АУ является оптимальным раствором отвечающим требованиям предъявляемым к мембранам для чувствительных датчиков влажности.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : ГО синтездеуге бастапқы материал ретінде пайдаланылған БК сезімтал ылғал сенсорларының мембраналарына қойылатын талаптарға сәйкес келетін оңтайлы ерітіндіні анықтауға концентрлі HNO3 тазартылған. Алынған SEM микросуреттерінен БК әртүрлі қоспалардан (металл иондары және басқа қоспалардан) тазартылғанын көруге болады. ГО одан әрі синтезі үшін тазартылған БК пайдаланылды.Тазартылған белсендірілген көмірден Хаммерс әдісімен алынған ГО-нің ерітіндісі металл иондарын жою үшін 5%HCl өңделді, содан кейін қышқылдарды кетіру үшін ионсыздандырылған сумен жуылды.Тазартылған және тазартылмаған БК ГОнің синтезделген әртүрлі ерітінділері УК және ИК-спектроскопия көмегімен зерттелді. ГО(тазартылған және тазартылмаған) УК нәтижелері 204нм абсорбция аймағында ГО химиялық құрылымында ароматты сақиналардың π-π* байланыстары табылғанын көрсетті. Тазартылмаған БКден алынған ГОнің УКспектрінде 300нм аймағында сіңірілу көрінісі табылды, бұл ГО құрамында қоспалардың болуын растайды. Тазартылған БКден алынған ГО ИҚ-спектроскопиясының нәтижесі бойынша сіңіру диапазонында келесі сигналдарды көруге болады:3600–3000 см–1 О–Н, ароматты сақина 1585 см–1 С=С, эпоксидті функционалды топтар 1249 см–1 С–О, алкокси топтары 1054 см–1 С–О. Осылайша, тазартылған БК алынған ГО сезімтал ылғал сенсорларының мембраналарына қойылатын талаптарға жауап беретін оңтайлы шешім.Осылайша, тазартылған БК алынған ГО сезімтал ылғал сенсорларының мембраналарына қойылатын талаптарға жауап беретін оңтайлы ерітінді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Разработка сверхчувствительного датчика влажности (СДВ) с использованием относительного более дешевого материала и доступной технологии изготовления, позволяющий определить широкий диапазон влажности является основным конструктивным и технико экономическим показателями. В связи с этим одним из важных задач является поиск дешевых материалов.Поэтому в качестве исходного материала мы выбираем мембрану ОГизАУ,которая является одним из потенциальных материалов для удовлетворения вышеуказанных характеристик и выбор подходящего материала считается важным фактором при создании СДВ. Для синтеза ОГ с помощью метода Хаммерса в качестве исходного материала вместо графита выбран АУ.Основой выбора АУ в том что, данный материал по сравнению с графитом является дешевле и имеет такие же структурные характеристики и физико-химические свойства, как и др углеродные материалы, и из-за его большей удельной поверхности, высоким адсорбционным свойствам является подходящим материалом для СДВ.Из-за особенностей оптических и др систем военной отрасли СДВ должны отличаться широким диапазоном, своевременным откликом на изменения влажности, стабильностью работы при различных факторах, а также иметь низкую себестоимость и простую технологию изготовления.В рамках данного проекта будет разработан метод изготовления чувствительного, простого и низкозатратного СДВ работающего в широком диапазоне относительной влажности(5-100%) с симметричным сигналом времени отклика, с высокой степенью стабильности(+/- 2%).

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Салыстырмалы түрде арзан материалды және қол жетімді өндіріс технологиясын пайдаланып, қоршаған орта ылғалының кең ауқымын анықтауға мүмкіндік беретін өте сезімтал ылғалдылық датчигін (ӨСЫД) жасау негізгі конструктивті және техникалық-экономикалық көрсеткіштер болып табылады.Осыған байланысты маңызды міндеттердің бірі арзанырақ материалдарды табу. Сондықтан, бастапқы материал ретінде БК ОГ мембранасын таңдадық, ол жоғарыда аталған сипаттамаларға жауап беретін әлеуетті материалдардың бірі және ӨСЫД жасауда қолайлы материалды таңдау маңызды фактор.Хаммерс әдісі арқылы ГО синтездеу үшін біз графиттің орнына бастапқы материалға БК таңдалды. БК таңдаудың негізі мынада: бұл материал графитке қарағанда арзанырақ және басқа көміртекті, графиттік материалдар сияқты құрылымдық және физикалық-химиялық қасиеттерге ие, сонымен қатар оның үлкен беттік ауданына, жоғары адсорбциялық қасиеттеріне байланысты ӨСЫД жасауға арналған ең қолайлы материал болып табылады.Әскери өнеркәсіптің оптикалық және т.б жүйелерінің ерекшеліктеріне байланысты ӨСЫД өлшеудің кең диапазонымен, ылғалдылық өзгерістеріне уақтылы жауап беруімен, қоршаған ортаның әртүрлі факторлары кезінде тұрақты жұмысымен, сонымен қатар төмен бағамен және қарапайым өндіріс технологиясымен ерекшеленуі керек.Осы жоба аясында симметриялы жауап беру уақыты сигналымен салыстырмалы ылғалдылықтың кең диапазонында (5-100%),тұрақтылықтың жоғары дәрежесі (+/-2%) жұмыс істейтін сезімтал, қарапайым және арзан ӨСЫД жасау әдісі әзірленетін болады.

Level of implementation (in Russian) : Внедрение планируется при завершении реализации проекта и окончании проведения всех экспериментальных работ.

Level of implementation (in Kazakh) : Жобаның соңында және барлық эксперименттік жұмыстардың аяқталуынан кейін іске асыру жоспарланады.

Efficiency (in Russian) : несмотря на широкий ассортимент графеноподобных материалов в качестве исходного материала для датчиков влажности, не все потенциально применимые материалы не позволяют показать высокочувствительные характеристики для определения влажности в широком диапазоне, а также симметричный отклик и восстановление в зависимости от времени. Проявление особого интереса оксиду графена из АУ служит такие свойства как большая удельная поверхность, высокое адсорбционное свойство и получение структурированных отдельно стоящих мембран, не требующих высокой технологии для его изготовления, низкая себестоимость. Поэтому вышеперечисленные свойства данного исходного материала удовлетворят потребителей различных отраслей промышленности.

Efficiency (in Kazakh) : Ылғалдылық сенсорларына арналған шикізат ретінде графен тәрізді материалдардың кең ауқымына қарамастан, барлық ықтимал қолданылатын материалдар кең ауқымда ылғалды анықтауға, сондай-ақ симметриялық реакцияға және уақыт өте келе қалпына келтіруге арналған жоғары сезімталдықты көрсете алмайды. Белсендірілген көмірден графен оксидіне ерекше қызығушылықтың көрінісі үлкен меншікті бетінің ауданы, жоғары адсорбциялық қасиеті және оны өндіру үшін жоғары технологияны қажет етпейтін құрылымдық жеке тұрған мембраналарды өндіру және төмен баға сияқты қасиеттер болып табылады. Сондықтан бұл бастапқы материалдың жоғарыда аталған қасиеттері әртүрлі салалардағы тұтынушыларды қанағаттандырады.

Field of application (in Russian) : Относительно низкая стоимость, простата получения и технологичность открывает возможность к их широкому применению не только в военной отрасли, но и для очистки воды от тяжелых металлов, чувствительного элемента в газовых сенсорах, нанопленок в катализе, медицине, пищевой промышленности и др. областях промышленности.

Field of application (in Kazakh) : Салыстырмалы түрде төмен құны, өндірісінің қарапайымдылығы және дайындалуы оларды әскери өнеркәсіпте ғана емес, сонымен қатар ауыр металдардан суды тазарту, газ датчиктеріндегі сезімтал элемент, катализдегі нанофильмдер, медицинада, тамақ өнеркәсібі және т.б өнеркәсіпте кеңінен қолдану мүмкіндігін ашады.