Комплексные подходы к характеризации наноалмазов детонационного синтеза и их коллоидных растворов (1105580), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Изменение оптических свойств фракционированных образцов .............................1706.6. Определение концентрации коллоидных растворов наноалмазов при помощилазерной фотометрии .........................................................................................................1726.7. Определение концентрации коллоидных растворов наноалмазов при помощистационарных термолинзовых измерений .......................................................................1746.8. Фототермические и оптоакустические спектры коллоидных растворовнаноалмазов .........................................................................................................................1756.9.
Заключение из главы 6 .................................................................................................176ГЛАВА 7. Определение размеров кластеров в растворах наноалмазов ..................................1777.1. Материалы и методы ....................................................................................................1777.1.1. Оборудование ....................................................................................................... 1777.1.2. Описание установки ЮМО для измерения МУРН .......................................... 1787.1.3.
Теоретические основы оценки устойчивости дисперсных систем ................ 1797.1.4. Обработка результатов измерений ..................................................................... 1817.1.5. Методики .............................................................................................................. 1817.2. Оценка размеров кластеров наноалмазов с помощью метода динамическогосветорассеяния ....................................................................................................................1827.3.
Сопоставление данных ДСР и ДСК ...........................................................................1837.4. Оценка дзета-потенциалов кластеров наноалмазов с помощью метода PALS ......18847.5. Оценка размеров кластеров наноалмазов с помощью непрерывнойвремяразрешенной термолинзовой спектроскопии .........................................................1907.6. Оценка размеров кластеров наноалмазов с помощью фототермической иоптоакустической микроскопии ........................................................................................1917.7. Оценка размеров кластеров наноалмазов с помощью малоуглового рассеяниянейтронов ............................................................................................................................1947.8.
Заключение из главы 7 .................................................................................................196Заключение ...................................................................................................................................197Выводы ..........................................................................................................................................200Благодарности ...............................................................................................................................202Список сокращений, терминов и условных обозначений ........................................................203Список литературы ......................................................................................................................205Приложение А.
Характеристики коммерческих наноалмазов .................................................230Приложение Б. ..............................................................................................................................232Приложение В. ..............................................................................................................................2375ВведениеИз многочисленных новых ультрадисперсных материалов наноалмазы представляютсобой один из самых сложных и интересных объектов. Издавна известно, что относительнокрупные природные алмазы обладают уникальными физическими и химическими свойствами.При уменьшении размеров кристаллов до нескольких нанометров алмазы не только сохраняютсвойства, присущие макрокристаллам, но и приобретают совершенно новые. Сильно развитаяповерхность таких частиц покрыта множеством разнообразных функциональных групп,придающих им различные химические, электрохимические и оптические свойства иоткрывающих возможности (химические, биохимические, физические) для управления этимисвойствами.Уже довольно долгое время наноалмазы успешно применяют в качестве шлифовальных иабразивных материалов для финишных и суперфинишных полировальных композиций,антифрикционных и износостойких присадок к смазкам, как компоненты в композиционныхполимерных пленках и мембранах, металл–алмазных покрытиях и компонентов покрытий.Наноалмазы служат для изготовления абразивостойких конструкционных материалов, а такжерадиационно-, озоно- и механически стойких резин, то есть используются исключительноклассические свойства алмаза: твердость и химическая инертность.Однако в последние 15 лет интерес к наноалмазам детонационного синтеза заметноусиливается.
Это связано с принципиально новыми областями использования наноалмазов. Обэтом свидетельствует, в частности, значительный рост числа статей, подавляющая частькоторых посвящена применениям и исследованиям наноалмазов (более 2000 на январь 2015 г) ицитирований (более 7000 без самоцитирования на январь 2015 г) по данным Web of Science(рис. 1).Ведутсяактивныеисследованиявобластисозданиякатализаторов,сорбентов,биосенсоров на основе наноалмазов, в биологии и биохимии, особенно их использования вмедицинских целях (для лечения опухолей, внутриклеточной хирургии, изготовленияполностью биосовместимых имплантантов). Отдельно отметим, что для медицинскихприменений наибольшее значение имеют формы наноалмазов, способные образовывать водныеколлоидные растворы.
Получение и физико-химические исследования подобных формпредставляют особый интерес.В результате такого изменения круга задач, решаемых при помощи наноалмазов,сложилась следующая ситуация. С одной стороны, технология производства наноалмазовтребует большей унификации и дальнейшего усовершенствования, которые уже невозможныбез оценки большого числа физических и химических параметров продуктов, т.е. полноценнойи прослеживаемой методологии анализа и испытания.6абРис. 1. Статистика за последние 20 лет по наноалмазам (критерии запроса:Title=(nanodiamond*) OR Title=(nano-diamond*) OR Title=(ultradispersed diamond*) — по числупубликуемых статей в год (а); числу цитирований в год (б), база данных Web of ScienceС другой стороны, новые направления использования наноалмазов как перспективныхматериалов уже сформировались достаточно четко.
Тем не менее, отсутствие единстватехнологии и контроля, усугубляющееся уже достаточно большим выбором разнородных посвоему происхождению промышленно выпускаемых образцов, вызывает неопределенность ктребованиям к качеству производимых наноалмазных материалов и замедление их внедрения впрактику. В результате возникла ситуация, в которой недостаточно полно сформулированныетребования к качеству наноалмазов, исходящие из реальных новых задач их применения,тормозят прогресс в технологии их производства, что, в свою очередь, не позволяет улучшитьих свойства для решения этих задач. Таким образом, выявление параметров (групп параметров),характеризующих наноалмазы и позволяющих в дальнейшем надежно отличать материалы другот друга является актуальной задачей аналитической химии.Цель и задачи работыЦелью работы являлась разработка подходов к химическому анализу и физикохимическому исследованию наноалмазов детонационного синтеза с учетом их применения вбиологии, медицине и других новых областях.
Этот подход основывается на одновременномполучении информации обо всей сложной структуре наноалмазов, определяющей их свойства,учитывает особые задачи аналитического исследования наноматериала — необходимостьсогласованной характеризации отдельных наноалмазных частиц, а также их порошков и ихводных коллоидных растворов. В рамках этой цели исследования направлены на решениеследующих задач:71.Выбрать методы химического анализа и исследования, которые предоставляют наиболеезначимую информацию о структуре наноалмазов и их качественном и количественномсоставе.2.Разработать методики и провести исследование наноалмазов для установления наборапараметров, позволяющих надежно отличать материалы друг от друга.
Ввидутехнологического разнообразия следует рассмотреть максимально широкий наборпромышленно выпускаемых образцов наноалмазов.Специфика свойств наноалмазов естественным образом определяет выбор методованализа,использованныхвнастоящейработе:атомно-эмиссионнаяспектроскопиясиндуктивно-связанной плазмой (ИСП-АЭС), атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС),рентгенофлуоресцентная спектроскопия (РФС), инфракрасная спектроскопия (ИК), УФвидимая спектроскопия, спектроскопия динамического светорассеяния (ДСР), термолинзоваяспектроскопия (ТЛС), оптоакустическая спектроскопия (ОАС), рентгеновская дифрактометрия(РД), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), малоугловое рассеяние нейтронов(МУРН), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ).
Изучена 21 промышленновыпускаемая марка наноалмазов 8 различных производителей из разных стран.Научная новизна работы1.Предложены условия прямого (путем распыления суспензии) ИСП–АЭС определения 68элементов в наноалмазах детонационного синтеза. Нижние границы определяемыхсодержаний для Al, As, Ba, Be, Bi, B, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Dy, Er, Eu, Ga, Gd, Ho, In, Fe,La, Pb, Li, Lu, Mg, Mn, Nd, Ni, P, K, Pr, Re, Sm, Sc, Se, S, Na, Sr, Tb, Tl, Th, Tm, U, V, Yb, Y,Zn, Sb, Ge, Hf, Mo, Nb, Si, Ag, Ta, Te, Sn, Ti, W, Zr, Au, Ir, Os, Pd, Pt, Rh, Ru — 1 мкг/г; As,Ge, Se, Tl — 10 мкг/г; Cs и Rb — 100 мкг/г.
Относительное стандартное отклонениевоспроизводимости в диапазоне 1–1000 мкг/г составляет 0.05 – 0.1.2.Предложены условия прямого (путем сжигания сухой навески) пиролитического ААСопределения Hg в наноалмазах детонационного синтеза. Нижняя граница определяемыхсодержаний Hg — 10 нг/г.3.Показано, что условия измерения порошков наноалмазов при помощи ИК-НПВОспектроскопии обеспечивают воспроизводимые и характеристические спектры, что даетвозможностьдостовернойидентификациибольшинствахарактеристическихполоснаноалмазов. Предложен подход к отнесению полос поглощения в спектрах наноалмазов всредней ИК-области, основанный на анализе спектров образцов после направленнойхимической модификации поверхности наноалмазов.
Найдено, что воздействие на разныемарки наноалмазов сильных кислот–окислителей в одинаковых условиях не приводит к8образованию поверхности с одинаковым качественным и количественным составомфункциональных групп.4.Показано, что использование метода ДСК совместно с РД, ДСР и ПЭМ позволяет следить заизменением размера кристаллитов в порошках и кластеров в коллоидных растворахнаноалмазов и установить корреляцию между размерами кристаллитов и кластеров. Припомощи ультрацентрифугирования получены порошки наноалмазов с минимальнымразмером кристаллитов.5.Установлено, что седиментационная и агрегативная устойчивость водных дисперсийпромышленно выпускаемых наноалмазов слабо коррелируют с первичным размеромкристаллитов.6.Предложены условия определения субмикрограммовых и микрограммовых количествнаноалмазов в водных дисперсиях методами спектрофотометрии и фототермическойспектроскопии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
