Комплексные подходы к характеризации наноалмазов детонационного синтеза и их коллоидных растворов (1105580), страница 38
Текст из файла (страница 38)
В рамках этой работы можно говорить только одемонстрационных экспериментах, показывающих хорошую корреляцию результатов сданными других уже признанных методов. Дальнейшее продвижение в этой области требуетуже разработки как приемов и средств измерений, так и математического аппарата и обработкиданных в области субмикронной оптической и тепловой микроскопии дисперсных систем.Суммируя проведенную работу во всех её частях, мы полагаем возможнымконстатировать, что проведенное исследование позволило наметить ряд направлений вдальнейшем исследовании и анализе наноалмазов, которые можно считать приоритетными.Дальнейшая работа, мы надеемся, существенно расширит как возможности исследования этихважных объектов, так и области их применения в различных сферах деятельности человека.200Выводы1.Впервые проведено систематическое изучение микропримесного состава наноалмазовдетонационного синтеза с использованием нескольких методов элементного анализа(ИСП-АЭС, ААС, РФС).
Предложены условия прямого (путем распыления суспензии)ИСП–АЭС определения 68 элементов в наноалмазах детонационного синтеза с нижнейграницей определяемых содержаний 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 — 10 мкг/г.Количественно определен набор примесных элементов в широкой выборке образцовпромышленнопроизводимыхнаноалмазов.Обнаружено,чтобольшинствоисследованных образцов наноалмазов содержат довольно высокие количества Fe, Na,Ca, Si; Cu, Al, S и Ti (>100 мкг/г), а также меньшие, но значимые количества Pb, Zn, K,Mn, B, Cr, Mg, Mo, Sn, W, Ba, Sb, Co, Sr.
Также обнаружен ряд нехарактерных дляуглеродных материалов элементов, таких как Ag, Ce, Y, Hf, Zr и Hg в некоторыхобразцах.2.Показано, что совместное использование методов ДСК, РД, ПЭМ и ДСР позволяетохарактеризовать размеры кристаллитов в порошках и кластеров в растворахнаноалмазов. Данный подход особенно эффективен для оценки изменения размеровнаноалмазных частиц при получении фракций с узким распределением частиц поразмерам. Проанализировано 9 образцов различных производителей, полученыразмеры первичных кристаллитов от (3.1 ± 0.2) нм для марки SDND до от до(5.2 ± 0.5) нм для марки UDD-Alit.
С помощью фракционирования в ультрацентрифугенаиболее седиментационно-устойчивых образцов (марка SDND) выделена фракция сминимальным размером кристаллитов — (2.5 ± 0.2) нм.3.Показано, что условия измерения порошков наноалмазов при помощи ИК-НПВОспектроскопии приводит к получению воспроизводимых и характеристическихспектров,чтохарактеристическихобеспечиваетполосдостовернуюнаноалмазов.идентификациюМетодомбольшинстваИК-НПВО-спектроскопииосуществлен качественный анализ поверхности агрегатов наноалмазов в широкойвыборке их промышленно производимых образцов. Проведено отнесение полоспоглощения с поверхностными группами при модификации образцов действиемсильных кислот-окислителей.
Установлено, что поверхность наноалмазов в результатеобработки сильными кислотами-окислителями не унифицируется ни по качественномусоставу, ни по соотношению функциональных групп. Показано, что наноалмазы201детонационного синтеза способны сорбировать значительные количества кремния излабораторной посуды при обработке сильными кислотами, что следует учитывать припланировании и постановке экспериментов.4.Показано, что возможно определение общей массовой концентрации неизвестныхрастворов наноалмазов методом градуировочного графика (внешних стандартов).Предложены условия спектрофотометрического определения наноалмазов на длиневолны 250 нм.
Пределы обнаружения (длина оптического пути 10 мм) составляют от 60нг/мл (NanoPure-GO1) до 2 мкг/мл (SDND), что соответствует концентрациям частицn×1011 – n×1012 частиц/мл. Термолинзовая спектрометрия позволяет увеличитьчувствительность определения наноалмазов до 20 раз (мощность 500 мВт, = 488 нм)до концентраций n×1010 частиц/мл при неизменной пробоподготовке за счет большейчувствительности метода к теплофизическим характеристикам среды и меньшеговлияния светорассеяния образца.5.При исследовании водных коллоидных растворов наноалмазов показано, что методыДСР, МУРН, термолинзовая микроспектрометрия (ТЛМ) и времяразрешеннаятермолинзовая спектрометрия дают сопоставимые по порядку величины результатысреднего размера частиц.
Показана принципиальная возможность визуализацииагрегатов и частиц наноалмазов с размером более 10 нм в водной дисперсии припомощи ТЛМ. Установлена корреляция между размерами частиц в порошках иагрегатамивприготовленныхизнихводныхколлоидныхрастворов.Присопоставлении данных ДСР, дзета-потенциалов, ДСК и РД установлено, чтоседиментационная и агрегативная устойчивость водных дисперсий промышленновыпускаемых наноалмазов слабо коррелируют с первичным размером кристаллитов.202БлагодарностиАвтор выражает глубокую благодарность и признательность:К.х.н. Александру Николаевичу Лапшину (ООО Брукер) за знакомство с д.х.н.
Д.Ю.Шауловым и ценные консультации по ИК спектрометрамД.х.н. Александру Юхановичу Шаулову и к.х.н. Андрею Владимировичу Грачёву(Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН) за предоставление возможности работына ИК-Фурье спектрометре Bruker Vertex 70.Д.х.н. Словохотову Юрию Леонидовичу за предоставление возможности работы нарентгеновском дифрактометре и ценные замечания по полученным результатам.К.х.н. Савилову Сергею Вячеславовичу эксперименты по получению фотографийобразцов с помощью ПЭМ ВР.Д. ф-м.
н. Авдееву Михалу Васильевичу за организацию, проведение, интерпретацию иобсуждение результатов МУРН203Список сокращений, терминов и условных обозначенийНаноалмазы детонационного синтеза (НА) — углеродная структура, обладающаякристаллической решеткой алмаза, с характерным размером 4–6 нм, искусственно получаемаяпутем взрыва в закрытой камере смеси органических взрывчатых веществ (чаще всего тротилаи гексогена в определенной пропорции).Воздушно-сухая проба — проба, высушенная до постоянной массы при температуре ивлажности лабораторного помещения.Абсолютно-сухая проба — проба, высушенная до постоянной массы при температуре105С.CVD (chemical vapor deposition) — химический процесс осаждения высокочистых веществиз паровой фазы. При CVD подложка помещается в пары одного или нескольких веществ,которые вступая в реакцию и/или разлагаясь, осаждаются на поверхности в виде необходимоговещества.
Таким образом получают монокристаллические, поликристаллические и аморфныеструктуры. CVD процесс используют в промышленности для получения тонких пленокразличных веществ, в частности, наноалмазов.Термолинзовая спектроскопия (ТЛС) — высокочувствительный метод молекулярнойабсорбционной спектроскопии, основанный на периодическом возбуждении термолинзовогоэффекта. Термолинзовый эффект можно охарактеризовать как термически индуцированноеизменение показателя преломления, приводящее к образованию оптического элемента,аналогичному по своему действию рассеивающей линзе, и называющегося термолинзой(тепловой линзой).Ar+-лазер — непрерывный газоразрядный лазер, работающий на ионах аргона. Основнойрабочий элемент — керамическая трубка, заполненная аргоном.
Генерирует когерентноеизлучение на 10 длинах волн в сине-зелёной области спектра в диапазоне 454.5-528.7 нм.DPSS лазер — твердотельный лазер с диодной накачкой (англ. Diode-pumped solid-statelaser). Могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Основной рабочийэлемент — кристалл оптического стекла, допированного различными ионами и накачиваемыйдиодным излучением.
Чаще всего используют алюмо-иттриевый гранат, допированныйнеодимом (Nd:YAG), который генерирует когерентное излучение на длине волны 1064 нм (изкоторого после прохождения через нелинейный кристалл можно получить излучение 532, 355,266 и 213 нм).He-Ne-лазер — непрерывный газоразрядный лазер работающий на смеси ионов гелия инеона. Основной рабочий элемент — керамическая трубка, заполненная смесью гелия и неона вопределенном соотношении. Генерирует когерентное излучение на длине волны 633 нм.204НПВО — нарушенное полное внутреннее отражение.КР — комбинационное (рамановское) рассеяние.ДСР — метод динамического светорассеяния.ИСП–АЭС — атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмойРФС — рентгенофлуоресцентная спектроскопияААС — атомно-абсорбционная спектроскопияРД — рентгеновская дифрактометрияПЭМ ВР — просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешенияОКР — область когерентного рассеянияОПО — оптический параметрический осцилляторОбозначенияA — оптическая плотностьI — интенсивность — волновое число, см–1Pi — мощность индуцирующего излученияP — доверительная вероятностьn — число измеренийF — число степеней свободы205Список литературы1.
Даниленко В. В. Из истории открытия синтеза наноалмазов // Физика твердого тела. —2004. — T. 46, № 4. — C. 581-584.2. Лямкин А. И., Петров E. A., А.П. Е., Сакович Г. В., Ставер A. M., Титов В. М. Получениеалмазов из взрывчатых веществ // ДАН СССР. — 1988. — T. 302, № 3. — C.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
