Автореферат (1150095)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиНиколаева Александра ЛеонидовнаФизико-химические свойства наноуглеродных композитов вконденсированных водно-полимерных матрицахСпециальность 02.00.04 – физическая химияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург - 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургскийгосударственный университет».Научный руководитель:Власов Андрей Юрьевич,кандидатхимическихнаук,доцент, ФГБОУ ВО «СанктПетербургский государственныйуниверситет»Официальныеоппоненты:Теньковцев Андрей Витальевич,доктор химических наук, доцент,ФГБУН«Институтвысокомолекулярных соединенийРАН»Белоусова Инна Михайловна,докторхимическихнаук,профессор, АО «Государственныйоптический институт им. С.И.Вавилова»Ведущая организация:Санкт-ПетербургскийПолитехническийУниверситетим.

Петра ВеликогоЗащита состоитсявчасов на заседании совета Д 212.232.40 позащите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургскомгосударственном университете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний пр.,д. 41/43, химический факультет (БХА).С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А. М.Горького, СПбГУ, Университетская наб., д. 7/9 и на сайте www.spbu.ru.Автореферат разослан""2017 г.Учѐный секретарьдиссертационного совета/Суходолов Н.Г./2Актуальность работы. В течение последних десятилетий прозрачныеконденсированные системы, содержащие различные типы наночастиц(наноуглерод, нанозолото, квантовые точки и пр.), вызывают интерес ввидувозможного, а иногда уже и актуального их применения в качестве оптическихпереключателей (ОП) лазерного излучения. Оптическое переключение какнелинейно-оптическое свойство системы – это существенное изменениесветопропускания прозрачного материала при воздействии на него мощногоизлучения, когда интенсивность падающего света достигает некой критическойвеличины (порога переключения).

Это явление может быть использовано вразличных методиках для сокращения длительности лазерных импульсов (Qswitching), в оптических устройствах для защиты всевозможных сенсоров ичеловеческого глаза от высокоинтенсивного лазерного излучения (оптическоеограничение или лимитинг), в информатике для квантовых расчетов и квантовойкоммуникации и т.д. Одними из перспективных систем с функцией оптическоголимитинга являются суспензии наноуглерода (напр., одностенных углеродныхнанотрубок (ОУНТ), аморфизированных микрокристаллитов углерода (СВ)),стабилизированныеповерхностно-активнымивеществами(ПАВ)и/илиполимерами, и ограничивающие лазерный свет в широком спектральном диапазонепосредством светоиндуцированного рассеяния излучения на генерируемых имнеоднородностях дисперсионной среды.

Подобные системы должны отвечать рядутребований, а именно: быть прозрачными для низкоинтенсивного света, иметьчувствительный и быстрый нелинейный отклик на высокоинтенсивное излучение,иметь достаточную фазовую устойчивость в условиях использования,резистентность к просветлению при импульсно-периодическом облучении, исвойства регенерации в случае оптического пробоя.

Существенные проблемы вразработке таких систем связаны с фазовым состоянием суспензий: флюидныематериалы не универсальны с практической точки зрения, при этом, с другойстороны, в твердых системах может происходить необратимое разрушениематериала при прохождении высокоинтенсивного лазерного луча, что подавляетограничивающие свойства части системы. Другой проблемой является бличинг(просветление) жидких суспензий при импульсно-периодическом режимелазерного облучения, это явление приводит к ослаблению нелинейно-оптическихсвойств образца.Нелинейно-оптическое поведение систем задается целым наборомхарактеристик: реологическими свойствами растворителя и композита в целом,фазовым и агрегативным поведением стабилизатора, морфологическоймодификацией, степенью агрегированности и концентрацией наноуглерода.

Такимобразом, полученные в данной диссертационной работе результатыпредставляются актуальными с точки зрения возможности 1) контроля параметровоптического лимитинга через варьирование состава и свойств компонентовсистемы; 2) повышения резистентности суспензий наноуглерода к бличингу вдинамических условиях облучения; 3) сообщения системам с наноуглеродомсвойства замолечивания оптического пробоя за счет фазового перехода гидрогель –изотропный раствор.Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИРИнститута Химии СПбГУ «Эффекты состава окружения при самосборке мягкихмезоструктур и модуляция их физико-химических характеристик» и поддержанагрантом Российского Научного Фонда (№16-13-10042).3Основная цель работы состояла в получении методами физико-химическогоэксперимента и молекулярно-термодинамического расчета системных данных офазовом, агрегативном и реологическом поведении матриц «водный растворамфифильного полимера» в состояниях изотропного мицеллярного раствора игидрогеля и «ПАВ в водной и водно-полимерной средах» и суспензийнаноуглерода (ОУНТ и СВ), стабилизированных амфифильным компонентом(низкомолекулярный ПАВ или полимер) в названных растворителях.

Эта цельдополняласьустановлениемкорреляциимеждуфизико-химическимихарактеристиками таких суспензий и их нелинейно-оптическими свойствами.В рамках этой цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:Экспериментальноеопределениеграницфазовыхобластеймицеллярного раствора и гидрогеля в системе «амфифильный полимер ПлюроникF127-вода» как самой по себе, так и в присутствии малых добавок ОУНТ и сажи;Физико-химическое исследование мицеллообразования анионногоПАВ додецилбензолсульфоната натрия (ДБСН) в смешанном растворителе«поливиниловыйспирт(ПВС)-вода»:определениепараметровмицеллообразования, распределения надмолекулярных структур в жидкой фазе поразмерам, влияние добавок микрокристаллитов сажи на эти распределения;Предсказание в рамках молекулярно-термодинамической моделиэнергии Гиббса мицеллообразования таких параметров, как критическаяконцентрация мицеллообразования (ККМ) и размер мицелл ДБСН в смешанномрастворителе «ПВС-вода»;Приготовление суспензий ОУНТ и СВ, стабилизированныхамфифильным полимером в воде, и сажи, стабилизированной ПАВ, в воднополимерной среде, с последующей характеризацией таких композитов методамиспектроскопии оптического поглощения;Мониторинг устойчивости таких систем во времени и при различныхтемпературах, а также их фото-устойчивости;Экспериментальноеопределениезависимостинелинейногопропускания суспензий наноуглерода от интенсивности лазерного облучения врежимах однократного и импульсно-периодического воздействия: определениепорогов ограничения и коэффициентов ослабления.

Получение материалалимитера в состоянии вязкого геля со свойством самозалечивания оптическогопробоя и флюидного лимитера с высокой резистентностью относительнопросветления при импульсно-периодическом воздействии лазерного света.Методы исследования. Для определения границ мицелло- и гелеобразованияв системе «Плюроник F127-вода», влияния на их положение на фазовой диаграммедобавки наноматериала, а такжеисследования вязко-упругих свойствфункционального композитного материала,содержащего фотоактивныенаночастицыбылииспользованыследующиеметоды:вибрационнаявискозиметрия, осцилляционная реометрия и дифференциально-сканирующаякалориметрия (ДСК). Для исследования фазового и агрегативного поведения ПАВв водно-полимерном растворителе, а также влияния на них добавки фотоактивногонаноматериала, были использованы следующие методы: кондуктометрия идинамическоерассеяниесвета(ДРС).Исследованиехарактеристикмицеллобразования анионного ПАВ в смешанном водно-полимерном растворителеосуществлялосьтакжеспомощьюмодифицированноймолекулярно4термодинамической модели свободной энергии мицеллообразования НагаражанаРукенштейна.

Характеризация нанокомпозитов во флюидных растворителях и гелеосуществлялась регистрацией спектров оптического поглощения. Методики E- и Zсканирования применялись для получения нелинейно-оптических характеристикисследуемых систем.Научная новизна работы.Граница мицеллообразования и верхняя температурная границасуществования гидрогеля в системе «Плюроник F127-вода» на фазовой диаграммевпервые определены с помощью вибрационной вискозиметрии и осцилляционнойреометрии.Изучено влияние углеродного наноматериала (ОУНТ и сажи) на фазовоеповедение и реологические характеристики системы «Плюроник F127-вода».Показано, что добавка наноматериала (как ОУНТ, так и сажи), в концентрациях,необходимых для функционального применения композитного материала,практически не влияет на положение границы мицеллообразования, однако ОУНТнезначительно расширяет температурную область существования гидрогеля прификсированном составе бинарного растворителя. Также наличие ОУНТ приводит кросту вязкости и модуля упругости гидрогеля.

Ни один из названных типов частицпрактически не влияет на тепловой эффект мицеллообразования; определитьвлияние углеродного наноматериала на тепловой эффект гелеобразования непредставляется возможным в рамках доступной чувствительности использованныхметодик.Методами реометрии и спектрометрии оптического поглощения исследованавременная стабильность гидрогеля Плюроника F127 с добавкой наноуглерода.Показано, что наиболее стабильными являются системы с высокой концентрациейблок-сополимера (до 20 месяцев).Показано, что полученный твердоподобный гидрогель, содержащийфотоактивные углеродные наночастицы, пригоден для нелинейного ограничениявысокоинтенсивного лазерного излучения.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации