vestvfuВестник Северо-Восточного федерального университета имени М. К. АммосоваVestnik of North-Eastern Federal University2222-54042587-5620Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова10.25587/2222-5404-2023-20-3-33-41vestvfu-364Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL SCIENCESПолучение турбостратного графена из пластиковых отходовTurbostratic graphene from plastic wasteПрокопьевА. Р.ProkopevA. R.

Прокопьев Айсен Русланович – н. с. дизайн-центра электроники «СЕВЕР», ведущий инженер ОТК ДЦТ

 Якутск

Prokopev Aisen Ruslanovich – Researcher, "NORTH" Design Center of Electronics, Leading Engineer of the Technical Department

Yakutsk

aisenprokopiev@mail.ruНеустроевЕ. П.NeustroevE. P.

Неустроев Ефим Петрович – к. ф.-м. н., доцент кафедры радиофизики и электронных систем 

 Якутск

Neustroev Efim Petrovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor at the Department of Radiophysics and Electronic Systems

Yakutsk

ЛоскинН. Н.LoskinN. N.

Лоскин Николай Николаевич – лаборант дизайн- центра электроники «СЕВЕР», магистрант 2-го курса кафедры радиофизики и электронных систем

 Якутск

Loskin Nikolay Nikolaevich – Laboratory Assistant, "NORTH" Design Center of Electronics, 2nd Year Master's Student, Department of Radiophysics and Electronic Systems

Yakutsk

ВинокуровП. В.VinokurovP. V.

Винокуров Павел Васильевич – н. с. дизайн-центра электроники «СЕВЕР» СВФУ им. М.К. Аммосова, н. с. УНТЛ «Графеновые нанотехнологии»

 Якутск

Vinokurov Pavel Vasilyevich – Associate Professor, "NORTH" Design Center of Electronics, Associate Professor, "Graphene Nanotechnologies" Educational Scientific and Technical Laboratory

Yakutsk

ЕвсеевЗ. И.EvseevZ. I.

Евсеев Захар Иванович – н. с., руководитель дизайн-центра электроники «СЕВЕР» СВФУ им. М.К. Аммосова, с. н. с. УНТЛ «Графеновые нанотехнологии»

 Якутск

Evseev Zakhar Ivanovich – Researcher, Head of the design Center of electronics "NORTH" of the M.K. Ammosov NEFU, of the UNTL "Graphene Nanotechnologies"

Yakutsk

ПоповД. Н.PopovD. N.

Попов Дмитрий Николаевич – лаборант дизайн-центра электроники «СЕВЕР», магистрант 2-го курса кафедры радиофизики и электронных систем

 Якутск

Popov Dmitry Nikolaevich– Laboratory Assistant, "NORTH" Design Center of Electronics, 2nd Year Master's Student, Department of Radiophysics and Electronic Systems

Yakutsk

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. АммосоваРоссияM.K. Ammosov North-Eastern Federal UniversityRussian Federation2023021020232033341Copyright © Прокопьев А.Р., Неустроев Е.П., Лоскин Н.Н., Винокуров П.В., Евсеев З.И., Попов Д.Н., 20232023Прокопьев А.Р., Неустроев Е.П., Лоскин Н.Н., Винокуров П.В., Евсеев З.И., Попов Д.Н.Prokopev A.R., Neustroev E.P., Loskin N.N., Vinokurov P.V., Evseev Z.I., Popov D.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestvfu.elpub.ru/jour/article/view/364

С момента открытия двумерной гексагональной аллотропной модификации углерода – графена углеродные материалы и их производные привлекают все более пристальное внимание исследователей всего мира благодаря своим уникальным электрическим, оптическим и механическим свойствам. Структура и свойства таких наноматериалов представляют интерес для многих практических приложений, например, в электронике, строительстве, космической промышленности. С другой стороны, в последние годы все острее становится проблема утилизации пластиковых отходов. Накопление таких отходов в некоторых регионах мира уже носит характер экологической катастрофы. В статье представлены результаты исследования углеродных порошков, полученных из пластиковых отходов (ПО) полиэтилентерефталата (РЕТ) и полипропилена (РР). В работе предложена методика термообработки и последующего СВЧ-воздействия, которая позволяет получать турбостратный графен из ПО. Показано, что СВЧ-воздействие влияет на структуру образцов РЕТ и повышает электропроводность материалов, полученных из ПО РР

Since the discovery of two-dimensional hexagonal allotropic modification of carbon–graphene, carbon materials and their derivatives have attracted increasing attention from researchers around the world because of their unique electrical, optical, and mechanical properties. The structure and properties of such nanomaterials are of interest for many practical applications, such as in the electronics, construction, and space industries. However, in recent years, the problem of recycling plastic waste has become increasingly severe. The accumulation of such waste in some regions of the world is an environmental disaster. This paper presents the results of the study on carbon powders obtained from the plastic wastes of polyethylene terephthalate (PET) and polypropylene (PP) by pyrolysis, thermal annealing, and subsequent microwave exposure. This work proposes a technique for heat treatment and subsequent microwave exposure that makes it possible to obtain turbostratic graphene. The microwave exposure affected the structure of the PET samples and increased the electrical conductivity of the materials obtained from PP waste.

турбостратный графенаморфный углеродпиролизтермообработкаСВЧ-воздействиеспектры комбинационного рассеяния светафлеш-графенturbostratic grapheneamorphous carbonpyrolysisthermal annealingmicrowave exposureRaman spectrumflash grapheneРабота выполнена в рамках НИР «Исследование и разработка технологии получения «флэш»-графена из пластиковых и биологических отходов методом теплового удара для применения в области упрочняющих добавок» Программы комплексных научных исследований в Республике Саха (Якутия), направленных на ее научно-технологическое развитие на 2020‒2024 годы, в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (FSRG - 2022 - 0011), и при поддержке проектной лаборатории SparkLab от Sinet Spark.This article was carried out within the framework of the research work “Research and development of technology for obtaining “flash” graphene from plastic and biological waste by the method of thermal shock for use in the field of hardening additives” of the Program of Integrated Scientific Research in the Republic of Sakha (Yakutia), aimed at its scientific and technological development in 2020-2024, within the framework of the state task of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (FSRG - 2022 - 0011), and with the support of the SparkLab design laboratory from Sinet SparkReferencesVieira, O., Riberio, S. R., Diaz de Tuesta, J. L. (2022). A systematic literature review on the conversion of plastic wastes into valuable 2D graphene-based materials. Chemical Engineering Journal. V. 428. P. 131399.Vieira, O., Riberio, S. R., Diaz de Tuesta, J. L. (2022). A systematic literature review on the conversion of plastic wastes into valuable 2D graphene-based materials. Chemical Engineering Journal. V. 428. P. 131399.Tiwari, S., Sahoo S Wang, N., Huczko, A. (2020). Graphene research and their outputs: Status and prospect. Journal of Science: Advanced Materials and Devices. V. 5. No 1. Pp. 10–29.Tiwari, S., Sahoo S Wang, N., Huczko, A. (2020). Graphene research and their outputs: Status and prospect. Journal of Science: Advanced Materials and Devices. V. 5. No 1. Pp. 10–29.Pandey, S., Karakoti, M., Surana, K. (2021). Graphene nanosheets derived from plastic waste for the application of DSSCsand supercapacitors Scientific Reports. 11. Р. 3916.Pandey, S., Karakoti, M., Surana, K. (2021). Graphene nanosheets derived from plastic waste for the application of DSSCsand supercapacitors Scientific Reports. 11. Р. 3916.Zhuo, C., Levendis, Y.A. (2014). Upcycling waste plastics into carbon nanomaterials: a review. J. Appl. Polym. Sci. 131 (4).Zhuo, C., Levendis, Y.A. (2014). Upcycling waste plastics into carbon nanomaterials: a review. J. Appl. Polym. Sci. 131 (4).Luong, D. X., Bets, K. V., Algozeeb, W. A. (2020). Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis. Nature. V. 577. No 7792. Pp. 647–651.Luong, D. X., Bets, K. V., Algozeeb, W. A. (2020). Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis. Nature. V. 577. No 7792. Pp. 647–651.Wyss, K. M., Chen, W., Beckham, J. L. (2022). Holey and wrinkled flash graphene from mixed plastic waste. ACS nano. V. 16. No 5. Pp. 7804–7815.Wyss, K. M., Chen, W., Beckham, J. L. (2022). Holey and wrinkled flash graphene from mixed plastic waste. ACS nano. V. 16. No 5. Pp. 7804–7815.Advincula, P.A., Luong, D.X., Chen, W. (2021). Flash graphene from rubber waste. Carbon. V. 178. Pp. 649–656.Advincula, P.A., Luong, D.X., Chen, W. (2021). Flash graphene from rubber waste. Carbon. V. 178. Pp. 649–656.Algozeeb, W.A., Savas, P.E., Luong, D.X. (2020). Flash graphene from plastic waste ACS nano. V. 14. No 11, pp. 15595–15604.Algozeeb, W.A., Savas, P.E., Luong, D.X. (2020). Flash graphene from plastic waste ACS nano. V. 14.No 11, pp. 15595–15604.Cui, L., Wang, X., Chen, N. (2017). Trash to treasure: converting plastic waste into a useful graphene foil Nanoscale. V. 26. No 5. Pp. 9089–9094.Cui, L., Wang, X., Chen, N. (2017). Trash to treasure: converting plastic waste into a useful graphene foil Nanoscale. V. 26. No 5. Pp. 9089–9094.Прокопьев, А. Р. Воздействие тепловой и СВЧ-обработки на свойства аморфных алмазоподобных пленок, полученных осаждением в плазме метана / А. Р. Прокопьев, Е. П. Неустроев // Вестник Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова. – 2022. – №. 2. – С. 41–46.Prokopyev, A. R. (2022). The effect of thermal and microwave processing on the properties of amorphous diamond-like films obtained by deposition of methane in plasma. M.K.Ammosov North-Eeastern Federal University Bulletin. No. 2. pp. 41-46. (in Russian)Бабаев, В. Г. Успехи в синтезе и исследовании свойств карбина-третьей аллотропной модификации углерода / В. Г. Бабаев, М. Б. Гусева, Н. Ф. Савченко // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2005. – № 6. – С. 100–104.Babaev, V. G. (2005). Successes in the synthesis and study of the properties of carbine-the third allotropic modification of carbon. Surface. X-ray, synchrotron and neutron studies. No. 6. pp. 100-104. (in Russian)Гребенюк, Г. С. Интеркалирование графена на карбиде кремния кобальтом / Г. С. Гребенюк, Е. Ю. Лобанова, Д. А. Смирнов // Физика твердого тела. – 2019. – Т. 61. – №. 7. – С. 1374–1384.Grebenyuk, G. S. (2019). Intercalation of graphene on silicon carbide with cobalt. Solid state Physics. Vol. 61. No. 7. pp. 1374-1384. (in Russian)Бабаев, А. А. Оптические и электрические свойства оксида графена / А. А. Бабаев, М. Е. Зобов, Д. Ю. Корнилов // Оптика и спектроскопия. – 2018. – Т. 125. – №. 6 – С. 820.Babaev, A. A. (2018). Optical and electrical properties of graphene. Optics and spectroscopy. Vol. 125. No. 6. (in Russian)Образцов, А. Н. Автоэлектронная эмиссия в графитоподобных пленках / А. Н. Образцов, И. Ю. Павловский, А. П. Волков // Журнал технической физики. – 2001. – Т. 71. – № 11. – С. 89–95.Obraztsov, A. N. (2001). Autoelectronic emission in graphite-like films. Journal of Technical Physics.Vol. 71. No. 11. – pp. 89-95. (in Russian)Ferrari, A. C., Meyer, J. C., Scardaci, V. (2006). Raman spectrum of graphene and graphene layers. Physical review letters. V. 97. No18. P. 187401.Ferrari, A. C., Meyer, J. C., Scardaci, V. (2006). Raman spectrum of graphene and graphene layers. Physical review letters. V. 97. No18. P. 187401.Ferrari A. C., Basko D. M. (2013). Raman spectroscopy as a versatile tool for studying the properties of graphene. Nature nanotechnology. V. 8. No 4. Pp. 235–246.Ferrari A. C., Basko D. M. (2013). Raman spectroscopy as a versatile tool for studying the properties of graphene. Nature nanotechnology. V. 8. No 4. Pp. 235–246.Beams R., Cançado L. G., Novotny L. (2015). Raman characterization of defects and dopants in graphene. Journal of Physics: Condensed Matter. V. 27. No 8. P. 083002.Beams R., Cançado L. G., Novotny L. (2015). Raman characterization of defects and dopants in graphene. Journal of Physics: Condensed Matter. V. 27. No 8. P. 083002.Nair R. R., Blake P., Grigorenko, A. N. (2008). Fine structure constant defines visual transparency of graphene. Science. V. 320. No. 5881. P. 1308.Nair R. R., Blake P., Grigorenko, A. N. (2008). Fine structure constant defines visual transparency of graphene. Science. V. 320. No. 5881. P. 1308.Sheka, E. F., Golubev, Y. A., Popova, N. A. (2020). Graphene domain signature of Raman spectra of sp2 amorphous carbons. Nanomaterials. V. 10. No. 10, p. 2021Sheka, E. F., Golubev, Y. A., Popova, N. A. (2020). Graphene domain signature of Raman spectra of sp2 amorphous carbons. Nanomaterials. V. 10. No. 10, p. 2021Ferrari A. C., Robertson J. (2004). Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond–like carbon, and nanodiamond. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 362. No. 1824. Pp . 2477–2512.Ferrari A. C., Robertson J. (2004). Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond–like carbon, and nanodiamond. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 362. No. 1824. Pp . 2477–2512.Acik, M., Lee, G., Mattevi, C. (2011). The role of oxygen during thermal reduction of graphene oxide studied by infrared absorption spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry. V. 115. No 40, Pp. 19761–19781.Acik, M., Lee, G., Mattevi, C. (2011). The role of oxygen during thermal reduction of graphene oxide studied by infrared absorption spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry. V. 115. No 40, Pp. 19761–19781.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.