Микрофазное расслоение в композите ПВДФ-CoFe2O4 при печати методом послойного наложения
Ершов П.А.1, Сальников В.Д.1, Савин В.В.1, Воронцов П.А.1, Панина Л.В.1,2, Родионова В.В.1
1Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта, Калининград, Россия
2Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", Москва, Россия
Email: pershov@kantiana.ru
Поступила в редакцию: 30 ноября 2024 г.
В окончательной редакции: 1 декабря 2024 г.
Принята к печати: 5 декабря 2024 г.
Выставление онлайн: 19 января 2025 г.
Исследовано микрофазное расслоение композита на стадии формирования филаментной нити и последующее его влияние на FDM-печать (fusion deposition modelling) и свойства напечатанных объектов. Установлено, что с ростом процентного содержания наночастиц в филаменте размеры пор и рытвин на периферии филамента возрастают. Появление дефектов в полимерной матрице при увеличении концентрации CoFe2O4 (CFO) до 15% подтверждается дифференциально-сканирующей калориметрией (DSC) - на кривых изменения энтальпии образуется дополнительный пик. Несмотря на то, что наибольшее содержание электроактивной фазы и значение намагниченности обнаружено в пленке, напечатанной из филаментной нити с 15% содержанием наночастиц CFO, максимальный магнитоэлектрический коэффициент α33=3.2 mV/(cm·Oe) был получен на напечатанной пленке с 10% содержанием CFO, что обусловлено микрофазным расслоением. Полученное значение магнитоэлектрического коэффициента меньше, чем в слоистых композитах, однако является достаточным для применения композитов в биомедицине, а использование технологии FDM-печати обеспечивает возможность создания сложных структур, таких как клеточные скаффолды. Ключевые слова: 3D-печать, мультиферроики, функциональные композиты, магнитные наночастицы, фторопласт.
- L. Zhou, J. Miller, J. Vezza, M. Mayster, M. Raffay, Q. Justice, Z. Al Tamimi, G. Hansotte, L.D. Sunkara, J. Bernat. Sensors 24, 9, 2668 (2024)
- R. Kristiawan, F. Imaduddin, D. Ariawan, U. Sabino, Z. Arifin. Open Engineering 11, 1, 639 (2021)
- J. Yang, N. Li, J. Shi, W. Tang, G. Zhang, F. Zhang. Multimaterial 3D Printing Techology. Elsevier (2021). P. 113-152
- G. Cao, S. Cai, H. Zhang, Y. Chen, Y. Tian. ACS Appl. Polym. Mater. 4, 5, 3352 (2022)
- Q. Lu, K. Choi, J.-D. Nam, H.J. Choi. Polymers (Basel) 13, 4, 512 (2021)
- S. Salem, E. Yilmaz. In: Magnetic Nanoparticle-Based Hybrid Materials: Fundamentals and Applications / Eds A. Ehrmann, M. Ahmadi, A. Farmani, P. Nguyen-Tri, T.A. Nguyen. Elsevier (2021). P. 139-182
- A. Sasmal, A. Arockiarajan. Nano Energy 115, 108733 (2023)
- A. Omelyanchik, V. Antipova, C. Gritsenko, V. Kolesnikova, D. Murzin, Y. Han, A.V. Turutin, I.V. Kubasov, A.M. Kislyuk, T.S. Ilina, D.A. Kiselev, M.I. Voronova, M.D. Malinkovich, Y.N. Parkhomenko, M. Silibin, E.N. Kozlova, D. Peddis, K. Levada, L. Makarova, A. Amirov, V. Rodionova. Nanomater. 11, 5, 1154 (2021)
- Y. Wang, B. Jia, S. Liu, X. Yao, C. Sun. In: Advances in Transdisciplinary Engineering 22. IOS Press (2022). P. 128-138. https://doi.org/10.3233/ATDE220220
- J.-W. Zhang, H.-Y. Guo, X. Chen, R.-T. Liu. In: Magnetoelectric Polymer-Based Composites. Wiley (2017). P. 1-12
- L.A. Makarova, D.A. Isaev, A.S. Omelyanchik, I.A. Alekhina, M.B. Isaenko, V.V. Rodionova, Y.L. Raikher, N.S. Perov. Polymers (Basel) 14, 1, 153 (2022)
- P. Martins, S. Lanceros-Mendez. Adv. Funct. Mater. 23, 27, 3371 (2013)
- K. Maity, D. Mandal. In: Woodhead Publishing in Materials, Advanced Lightweight Multifunctional Materials. Woodhead Publishing (2021). P. 239-282
- T. Li, Z. Xu, B.B. Xu, Z. Guo, Y. Jiang, X. Zhang, M. Bayati, T.X. Liu, Y.-H. Liu. Nano Res. 16, 7, 10493 (2023)
- L. Zhang, S. Li, Z. Zhu, G. Rui, B. Du, D. Chen, Y.-F. Huang, L. Zhu. Adv. Funct. Mater. 33, 38, 2301302 (2023)
- E. Koumoulos, E. Gkartzou, C.A. Charitidis. Manufact. Rev. 4, 12 (2017). https://doi.org/10.1051/mfreview/2017012
- C. Liu, Q. Li, W. Kang, W. Lei, X. Wang, C. Lu, M. Naebe. J. Mater. Chem. A 10, 1, 10 (2022)
- U.O. Uyor, A.P. Popoola, O. Popoola, V.S. Aigbodion. Adv. Polymer Technol. 37, 8, 2838 (2018)
- F. Liu, N.A. Hashim, Y. Liu, M.R.M. Abed, K. Li. J. Membrane Sci. 375, 1 (2011)
- N. Zhu, J. Zhou, L. Zhang, N. Yao, D. Dastan, J. Zhang, Y. Chen, X. Zhang. Soft Matter 19, 24, 4401 (2023)
- C. Li, S.M. Meckler, Z.P. Smith, J.E. Bachman, L. Maserati, J.R. Long, B.A. Helms. Adv. Mater. 30, 8, 1704953 (2018)
- S. Yempally, E. Kacem, D. Ponnamma. Discover Nano 18, 1, 93 (2023)
- C. Cannas, A. Falqui, A. Musinu, D. Peddis, G. Piccaluga. J. Nanoparticle Res. 8, 2, 255 (2006)
- A. Amirov, A. Omelyanchik, D. Murzin, V. Kolesnikova, S. Vorontsov, I. Musov, K. Musov, S. Khashirova, V. Rodionova. Processes 10, 11, 2412 (2022)
- C. Ribeiro, C.M. Costa, D.M. Correia, J. Nunes-Pereira, J. Oliveira, P. Martins, R. Gon calves, V.F. Cardoso, S. Lanceros-Mendez. Nature Protoc. 13, 4, 681 (2018)
- F. Orudzhev, S. Ramazanov, D. Sobola, P. Kaspar, T. Trv cka, K. v Castkova, J. Kastyl, I. Zvereva, C. Wang, D. Selimov, R. Gulakhmedov, M. Abdurakhmanov, A. Shuaibov, M. Kadiev. Nano Energy 90, Part B, 106586 (2021)
- X. Cai, T. Lei, D. Sun, L. Lin. RSC Adv. 7, 25, 15382 (2017)
- V. Antipova, A. Omelyanchik, K. Sobolev, S. Pshenichnikov, S. Vorontsov, E. Korepanova, D. Schitz, D. Peddis, L. Panina, K. Levada, V. Rodionova. Polymer (Guildf) 290, 126567 (2024)
- M. Mahesh Kumar, A. Srinivas, S.V. Suryanarayana, G.S. Kumar, T. Bhimasankaram. Bull. Mater. Sci. 21, 3, 251 (1998)
- M.H. Amiri, H. Sharifi Dehsari, K. Asadi. J. Appl. Phys. 132, 16, 164102 (2022)
- D. Petrukhin, V. Salnikov, A. Nikitin, I. Sidane, S. Slimani, S. Alberti, D. Peddis, A. Omelyanchik, V. Rodionova. J. Composites Sci. 8, 8, 329 (2024)
- N. Mari a, Y. Patil, G. Polymeropoulos, A. Peshkov, V. Rodionov, J. Maiz, N. Hadjichristidis, A.J. Muller. Eur. Polym. J. 179, 111506 (2022)
- E.C. Stoner, E.P. Wohlfarth. Philosophical Trans. Royal Soc. London. Series A, Mathematical and Physical Sciences 240, 826, 599 (1948)
- S. Slimani, A. Talone, M. Abdolrahimi, P. Imperatori, G. Barucca, D. Fiorani, D. Peddis. J. Phys. Chem. C 127, 18, 8840 (2023).