×
20.10.2013
216.012.7661

Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ГРАФЕНА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в медицине, часовой промышленности, при изготовлении оптических элементов светодиодов и изделий, работающих на истирание в опорах скольжения. Способ включает получение наночастиц графена, приготовление ионизированной суспензии с наночастицами графена на основе спиртового раствора, введение суспензии в емкость с электродами и осаждение наночастиц графена под действием постоянного тока с формированием графенового покрытия на изделиях, подключенных к отрицательному полюсу источника тока, при этом упомянутую суспензию готовят с водородным показателем 5-12 рН, а покрытие формируют под действием постоянного тока плотностью 2,5 мА/см и напряжением 80-110 В. Технический результат: повышение качества покрытий, нанесенных на различные материалы - металлические, стеклянные, резиновые, керамические. 4 з.п. ф-лы, 6 пр.

Изобретение относится к технологии создания защитных покрытий из наночастиц графена на материалы с различными физико-химическими свойствами. При этом достигается повышение качества защитных покрытий на разнородные материалы и изделия из них: металл, стекло, пластмассу, резину, оптические элементы светодиодов, медицинское оборудование, имплантанты человека, короноки зубов; удается значительно увеличить стойкость изделий с покрытием, работающих на истирание в опорах скольжения, в качестве твердой смазки в часовой промышленности.

Известен способ электролитического нанесения покрытий на плоские изделия, включающий непрерывное осаждение материала из раствора при пропускании технологического тока между катодом и анодом (RU 2207410 С1, МПК C25D 5/33, C25D 7/04, опубл. 15.04.2003 г.).

Недостатком указанного способа является то, что он не гарантирует достаточной степени качества защитного покрытия.

Известен способ формирования тонких пленок электролита YSZ методом электрофоретического осаждения на пористых катодах, включающий получение суспензии нанопорошка YSZ в изопропиловом спирте и ацетилацетоне с добавлением полимерного модификатора БМК-5 (сополимер бутилметакрилата с 5% метакриловой кислотой, молекулярной массой 3.1×10-5). Суспензию концентрацией 2 г/л готовили по навеске нанопорошка, который диспергировали в смешанной среде (изопропанол: ацетилацетон=1:1) объемом 25 см3. Суспензию 20 г/л шихты LSM готовили в смешанной среде объемом 50 см3. Перед нанесением шихту LSM измельчали в изопропиловом спирте до обеспечения удельной поверхности 13 м2/г.При электрофоретическом осаждении катодом служила пористая LSM-подложка площадью 13 мм, анодом - диск из нержавеющей стали, расстояние между электродами - 1 см. Использовали режим осаждения 50 В, ток осаждения 1,5 мА, время осаждения 1-2 минуты (RU 2400858 С1, МПК H01J 1|02, опубл. 27.09.10 г.).

Недостатком способа является значительное количество крупных пор размером 3-20 мкм. На металлическую поверхность оседают не индивидуальные частицы размером 10-20 нм, а их агрегаты размером 100-200 нм. Образуется пористое покрытие, что снижает качество защитного нанопокрытия металла.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является способ, заключающийся в получении наночастиц графена, приготовлении суспензии, содержащей жидкую и твердую фазы из наночастиц графена, положительную зарядку наночастиц графена, введение суспензии в емкость, содержащей электроды, электрофоретическое осаждение наночастиц графена на отрицательно заряженный электрод путем пропускания постоянного электротока между электродами (Wu Z-S, Pei S.F./Field Emission of Single - Layer Graphere Films Prepared by Electrophoresis Deposition // Adv.mater. - 2009. - V21. - P1756-1760).

Недостатком прототипа является получение «пористого» графенового покрытия с неровной поверхностью.

Задачей заявляемого способа является повышение качества защитного графенового покрытия при нанесении на изделия из материалов с различными физико-химическими свойствами: металла, стекла, пластмассы, резины.

Технический результат достигается благодаря тому, что электрофоретический способ формирования покрытий из графена включает получение наночастиц графена, приготовление ионизированной суспензии с наночастицами графена на основе спиртового раствора, введение суспензии в емкость с электродами, осаждение наночастиц графена под действием постоянного тока на анод, но для нанесения графенового покрытия на материалы, различные по физико-химическому составу и свойствам, применяют суспензию с водородным показателем 5-12 рН при постоянном токе плотностью 2,5 мА/см2 и напряжении 80-110 В. Кроме того, для нанесения графенового покрытия на металлические изделия применяют суспензию с водородным показателем 5,4-5,5 рН при напряжении 80 В; для нанесения графенового покрытия на стеклянные изделия применяют суспензию с водородным показателем 5,5-6,5 рН при напряжении 90 В; для нанесения графенового покрытия на резиновые изделия применяют суспензию с водородным показателем 7,5-8,0 рН при напряжении 100 В; для нанесения графенового покрытия на керамические изделия применяют суспензию с водородным показателем 8,0-12,0 рН при напряжении 110 В.

Исследования показали, что при использовании для осаждения графенового покрытия на изделия из различных материалов суспензии с водородным показателем меньше 5 рН и больше 12 рН, напряжения меньше 80 В и больше 110 В, плотности тока меньше и больше 2,5 мА\см2 качество покрытия резко снижается.

Известно, что у изделий из материала сталь 10 предел прочности на растяжение 340 МПа, предел текучести 210 МПа, относительное удлинение на растяжение 30%, твердость 20-40 HRC.

По данным сайта http//dtamania.ru/news/grefen у графеновой пленки предел прочности на растяжение в 10 раз больше, чем у стали, жесткость на изгиб (устойчивость на изгиб) в 13 раз больше аналогичного показателя стали, показатель твердости в 2 раза больше, чем у стали.

Графеновое покрытие имеет следующие характеристики: предел прочности на растяжение 3400 МПа, предел текучести 2100 МПа, твердость 40-80 HRC. По данным (http//issp.ras.ru/Control/inform/perst/2011/11_24) шероховатость поверхности графеной пленки составляет 0,15·10-9 - 0,20·10-9 м.

При использовании защитных покрытий из графеновой пленки стойкость покрытий поверхности труб нефти - газопроводов повышается в 10 раз, покрытий, работающих в подшипниках качения в качестве твердой смазки - в 2 раза. У металлических листов с глянцевой поверхностью шероховатость =1,2-1,05 мкм (1,2 10-6-1,05 10-6 м). Таким образом, нанесение графеного покрытия на металлическую глянцевую поверхность стали позволяет снизить шероховатость ее поверхности в 1000 раз. Для таких поверхностей не требуется дальнейшая обработка: полировка и шлифовка.

Нанесение графеного покрытия на поверхность металла или стекла позволяет улучшить микрогеометрию (снизить шероховатость) и тем самым повысить качество поверхности, например, для металлических листов офсетной печати, оконных и автомобильного стекол. На такую поверхность не оседает пыль и грязь, что позволяет отказаться от регулярной очистки металлических листов офсетной печати, оконных и автомобильного стекол.

Пример 1. Нанесение защитного покрытия на металлическую поверхность. При этом производили следующие операции: химическое отшелушивание частиц графена путем обработки графита 20% раствором азотной кислоты HNO3. При этом получен монослой графена с размерами частиц 10-30 нм в количестве 80%. Суспензию для электролита готовили следующим образом. В 150 г изопропилового спирта вводили 15 г нанопорошка графена со средним размером частиц 10-30 нм. Далее частицы графена положительно заряжали, добавляя Mg (NO3)2×6Н2О. Весовое соотношение частиц графена и добавки - 1:1. Полученную суспензию диспергировали на диспергаторе УЗГ-0.4\22 в течение 5 мин. После обработки была получена однородная суспензия Mg2+ - абсорбированных частиц графена. Суспензия являлась седиментационно-устойчивой и не оседала. Полученную суспензию сливали в емкость, где расположены положительно и отрицательно заряженные электроды. Обрабатываемое изделие из металла подсоединяли к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а графитовый электрод диаметром 1-15 мм - к положительному. Процесс электрофоретического осаждения наночастиц графена проводили при напряжении 80-100 В, плотности тока 2,5 мА/см 2, время обработки 5-10 мин. В результате получено ровное покрытие 4 мг/см2. Водородный показатель суспензии рН 5,38-5,39.

Пример 2. Условия приготовления суспензии и процесс электрофоретического осаждения аналогично примеру 1. Обрабатываемое изделие из стекла соединялось с отрицательным полюсом источника постоянного тока. В жидкую часть суспензии добавляли 0,002 г щелочного металла, например Na. При взаимодействии изопропилого спирта со щелочным металлом образуется неустойчивое вещество (алкоголят), легко распадающееся на ионы. Водородный показатель суспензии рН 5,4-5,5. В результате получено ровное покрытие 5 мг/см2.

Пример 3. Условия приготовления суспензии и процесс электрофоретического осаждения аналогично примеру 1.

Обрабатываемое изделие из оптического элемента светодиода соединялось с отрицательным полюсом источника постоянного тока. В жидкую часть суспензии добавляли 0,003 г щелочного металла, например Na. При взаимодействии изопропилого спорта со щелочным металлом образуется неустойчивое вещество (алкоголят), легко распадающееся на ионы. Водородный показатель суспензии рН 5,4-5,5. В результате получено ровное покрытие 6 мг/см2.

Пример 4. Условия приготовления суспензии и процесс электрофоретического осаждения аналогично примеру 1.

Обрабатываемое изделие из пластмассы соединялось с отрицательным полюсом источника постоянного тока. В жидкую часть суспензии добавляли 0,004 г щелочного металла, например Na. При взаимодействии изопропилого спорта со щелочным металлом образуется неустойчивое вещество (алкоголят), легко распадающееся на ионы. Водородный показатель суспензии рН 5,5-6,5. В результате получено ровное покрытие 7 мг/см2.

Пример 5. Условия приготовления суспензии и процесс электрофоретического осаждения аналогично примеру 1.

Обрабатываемое изделие из резины соединялось с отрицательным полюсом источника постоянного тока. В жидкую часть суспензии добавляли 0,005 г щелочного металла, например Na. При взаимодействии изопропилого спорта со щелочным металлом образуется неустойчивое вещество (алкоголят), легко распадающееся на ионы. Водородный показатель суспензии рН 7,5-8. В результате получено ровное покрытие 8 мг/см2.

Пример 6. Условия приготовления суспензии и процесс электрофоретического осаждения аналогично примеру 1.

Обрабатываемое изделие из керамики соединялось с отрицательным полюсом источника постоянного тока. В жидкую часть суспензии добавляли 0,006 г щелочного металла, например Na. При взаимодействии изопропилого спорта со щелочным металлом образуется неустойчивое вещество (алкоголят), легко распадающееся на ионы. Водородный показатель суспензии рН 8-9. В результате получено ровное покрытие 9 мг/см2.

Использование способа позволяет повысить качество защитных покрытий из графена на материалы с различными физико-химическими свойствами.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 42 items.
10.04.2014
№216.012.b1c1

Способ изготовления дисперсно-армированных бетонных изделий

Изобретение относится к строительству, а именно к способам изготовления дисперсно-армированных изделий. Изобретение позволит повысить прочность бетонных изделий при изгибе под действием вертикальной нагрузки. Способ дисперсно-армированных бетонных изделий включает послойную по толщине изделия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511221
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b1ee

Устройство для очистки сельскохозяйственных земель от пестицидов

Изобретение относится к защите окружающей среды и может быть использовано при очистке сельскохозяйственных земель и почв от пестицидов, а также для очистки сточных вод. Устройство для очистки сельскохозяйственных земель от пестицидов содержит фотокаталитический реактор, фотокатализатор в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511266
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.05.2014
№216.012.c6da

Устройство для очистки и обеззараживания молочной продукции

Изобретение относится к экологии и охране здоровья человека, может быть использовано в санитарно-эпидемиологической технике и в быту для очистки молока, кумыса, соков, напитков от механических примесей, масел, жиров, а также вирусов, бактерий, микробов, простейших. Устройство содержит корпус с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516665
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.05.2014
№216.012.c88b

Способ тушения сигарет и самотушащаяся сигарета

Использование: изобретение относится к способу тушения и самотушащейся сигарете для его реализации. Причем самотушащаяся сигарета, содержащая табачный стержень, состоящий из фрагментов с низкой и высокой плотностью набивки табака, обернутую вокруг него бумажную гильзу, фильтр, отличается тем,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517105
Дата охранного документа: 27.05.2014
27.05.2014
№216.012.c900

Устройство для очистки почвы от нефтепродуктов

Изобретение относится к рекультивации загрязненных нефтепродуктами земель, обезвреживанию почвы, ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. Устройство содержит приемный бункер, перемешивающее устройство, дробилку, устройство для отгрузки очищенной почвы, винтовой конвейер, вибратор....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517222
Дата охранного документа: 27.05.2014
27.05.2014
№216.012.c903

Способ сортировки твердых бытовых отходов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к переработке смешанных твердых бытовых отходов и может быть использовано в области коммунального и сельского хозяйства. Способ предусматривает подачу отходов на транспортировку загрузочным конвейером с последующей передачей на сортировочный конвейер. Отходы в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517225
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.06.2014
№216.012.cc41

Способ аккумулирования электрической энергии и устройство для его осуществления

Изобретение относится к аккумулированию электрической энергии, полученной в результате преобразования механической энергии ветра, солнечных батарей, геотермальной энергии тепловых источников и др. Технический результат заключается в повышении срока службы и ресурса работы аккумулятора за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518060
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.06.2014
№216.012.d373

Тушитель сигарет с коробкой для их хранения

Изобретение относится к тушителю сигарет с коробкой для их хранения, который содержит корпус с отверстием соответствующей длины для помещения в него тлеющего остатка сигареты огневой частью внутрь отверстия, который жестко закреплен на торцевой части коробки, отличающийся тем, что в нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519902
Дата охранного документа: 20.06.2014
10.07.2014
№216.012.dab4

Способ переработки электронного лома

Изобретение относится к утилизации твердых бытовых отходов, содержащих благородные металлы. Электронный лом дробят на молотковой дробилке, добавляют измельченную медь, а затем плавят в присутствии флюса в течение 45-60 мин при температуре 1320-1350°C с продувкой воздухом при его расходе 3-4,5...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521766
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.07.2014
№216.012.dceb

Электродиализатор с многослойной жидкой мембраной

Изобретение относится к области получения обессоленной воды и может быть использовано для деминерализации природных и сточных вод методом электродиализа в атомной энергетике, в электронной, медицинской, фармацевтической, химической, пищевой отраслях промышленности. Электродиализатор включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522333
Дата охранного документа: 10.07.2014
Showing 11-20 of 66 items.
10.10.2013
№216.012.7280

Устройство для очистки сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов

Изобретение относится к очистке сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов и может использоваться для очистки жидких радиоактивных отходов атомных электростанций (АЭС), дезактивации грунтовых вод и водоемов питьевой воды, очистке технологических растворов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494969
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.10.2013
№216.012.73f1

Тепловой насос

Изобретение относится к устройствам, использующим тепло низкотемпературных источников естественного или искусственного происхождения для получения воды, пригодной для отопления и горячего водоснабжения до температуры 50-70°С, в жилых домах, промышленных зданий, а также предприятий АПК. Тепловой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495338
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.10.2013
№216.012.77ac

Узел крепления пальцев подборщика

Изобретение относится к области машиностроения, в частности сельскохозяйственного машиностроения, например к машинам для уборки и переработки сельскохозяйственных культур, а также может быть использовано в других областях, где применяются двойные пружинные пальцы, закрепленные на несущих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496298
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7bb7

Узел крепления пальцев подборщика

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к машинам для уборки и переработки сельскохозяйственных культур, а также может быть использовано в других областях, где применяются двойные пружинные пальцы. Узел крепления пальцев включает установленный на несущем элементе подборщика...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497344
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7ca7

Фотокаталитический воздухоочиститель

Изобретение относится к области воздухоочистки и вентиляции и может найти применение в быту, лечебных учреждениях, в производственных помещениях и т.д. Фотокаталитический воздухоочиститель включает корпус, который выполнен в виде закрученной в спираль постоянной по площади поперечного сечения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497584
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7f32

Бункерные весы

Изобретение относится к области весоизмерительной техники и может быть использовано, например, в сельском хозяйстве для взвешивания в трактах загрузки-выгрузки зерновых и других сыпучих и кусковых материалов. Изобретение направлено на повышение точности взвешивания, удобства в эксплуатации и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498235
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.02.2014
№216.012.a237

Способ брикетирования отходов жизнедеятельности животных и птицы и устройство для его осуществления

Изобретение относится к устройству для брикетирования отходов жизнедеятельности животных и птицы, содержащему загрузочный бункер, установленный в полом корпусе конический шнек, расположенный в нижней части корпуса скребковый транспортер, со стороны вершины конического шнека на выходе из корпуса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507242
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a32b

Способ взвешивания железнодорожных объектов

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для взвешивания железнодорожного подвижного состава в движении. Способ заключается в следующем. Измерение веса тележки проводят, при учете последовательности перемещаемых осей тележек, с момента наезда любой «второй»...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507486
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.03.2014
№216.012.a8e7

Способ очистки почвы от углеводородов, радионуклидов, тяжелых металлов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к защите окружающей среды, а именно к рекультивации загрязненных углеводородами (нефтепродуктами) земель, обезвреживанию почвы от радионуклидов и тяжелых металлов при использовании явления электроосмоса. Способ очистки почвы от нефтепродуктов, радионуклидов и тяжелых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508954
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.03.2014
№216.012.ac09

Устройство для утилизации продуктов жизнедеятельности животных и птицы

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Устройство для утилизации продуктов жизнедеятельности животных и птицы содержит бункер загрузки исходного сырья, реактор пиролиза, состоящий из горизонтального цилиндрического корпуса с узлами отвода парогазовой смеси и твердого углеродоминерального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509756
Дата охранного документа: 20.03.2014
+ добавить свой РИД