Thermoporometry and Oxyreactive Thermal Analysis for Study of Carbon Matrices

Abstract

Углеродные материалы находят сегодня широчайшее применение в различных отраслях науки и технологии, поэтому методы физико-химического анализа, чувствительные к структуре углеродных матриц, являются важнейшим инструментом в руках материаловедов при разработке новых материалов и технологий на основе элементного углерода. Например, методы термического анализа при корректной постановке эксперимента, учитывающей особенности углеродных матриц, могут быть чрезвычайно информативными при изучении структуры углеродных материалов. В работе рассматривается нюансы использования термопорометрии и термического анализа в окислительной атмосфере при исследовании структуры углеродных матриц на примере пористых углеродных пиролизатов, полученных в результате микрофазового разделения, индуцируемого поликонденсацией, в термореактивных системах на основе резольных фенолформальдегидных смол и продуктов синтеза углеродных нанотрубок, полученных каталитическим газофазным осаждением из углеводородных прекурсоров. Показано, что для получения информации об открытой мезо-и макропористой структурах углеродных материалов с использованием термопорометрии и дистиллированной воды в качестве пенетранта необходимо удалять кислородсодержащие группы, находящиеся на поверхности углеродной матрицы, т.к. они способствуют образованию неравномерного незамерзающего слоя пенетранта (δ-слоя) в порах различного размера, что приводит к ошибке в расчетах дифференциальных и интегральных кривых распределения пор по размерам. Показано, что метод термического анализа в окислительной атмосфере позволяет проводить сравнительную оценку структур углеродных матриц только при проведении эксперимента в кинетически-контролируемом режиме реакции окисления углерода. Данный режим может быть достигнут при невысоких скоростях нагревания и разбавлении углеродного материала в химически инертной матрице.