Автореферат (1150095), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Обнаружено влияние концентрацииблок-сополимера в матрице на нелинейно-оптические характеристики системы.Также установлено, что при повреждении (оптическом пробое) материалавысокоинтенсивным излучением, его регенерация (с полным восстановлениемгомогенности и функциональных свойств) достигается за счет термообратимогофазового перехода гель-жидкость-гель.Впервые получены данные о фазовом и агрегативном поведении системы«ДБСН-ПВС-вода» в широком диапазоне концентраций полимера, полученыполитермы вязкости водных растворов ПВС в присутствии ДБСН в широкоминтервале концентраций спирта.Рассмотрена возможность и осуществлено описание мицеллярной агрегациинизкомолекулярного ПАВ в бинарном растворителе «вода-полимер» с помощьюварианта модели свободной энергии мицеллообразования.Определены размеры и охарактеризована природа надмолекулярных частицв системе «ДБСН-ПВС-вода-наноуглерод (СВ)» и ее подсистемах, предложенообъяснение механизма их образования.Показано, что в четырехкомпонентной системе «ДБСН-ПВС-вода-СВ»приопределенном содержании полимерного допанта параметры нелинейнооптического ограничения при воздействии одного лазерного импульса и приоблучении в импульсно-периодическом режиме совпадают, что говорит о5способности данной суспензии подавлять бличинг, предложен механизмподавления.Практическая значимость работы.
Получены стабильные во времени и приварьировании температуры суспензии ОУНТ и сажи в жидкой и твердоподобнойгидрогелевой матрице «Плюроник F127-вода» с функцией самозалечивания за счеттермообратимого фазового перехода в последней. Исследование фазовых иреологических свойств такой системы позволяет разрабатывать подходы к дизайнуподобных суспензий для защиты сенсоров от лазерного излучения на базе другихамфифильных блок-сополимеров.Получены суспензии сажи, стабилизированной ДБСН, в бинарномрастворителе «ПВС-вода».
Изучение фазового и агрегативного поведения такойсуспензии дает возможность определить контролируемый составом матрицымеханизм подавления бличинга системой «ПАВ-полимер-вода-наноуглерод» вимпульсно-периодическом режиме лазерного излучения.Оба названных типа матриц перспективны в контексте получениястабильных и функционально значимых материалов для создания оптическихпереключателей, затворов и фильтров на основе суспензий ОУНТ и сажи.Положения, выносимые на защиту:Результаты исследования фазового поведения (фазовых границ и тепловыхэффектов переходов) и реологических характеристик (вязкости, модулей вязкостии упругости, тангенсов угла динамических потерь) системы «Плюроник F127-вода»и влияния на них добавки наноуглерода (ОУНТ и сажи);Результаты сравнения нелинейно-оптического ограничения в жидкой воднополимерной матрице без наноматериала, наноматериала в воде и в твердоподобнойгидрогелевой матрице.
Анализ влияния на кривые лимитинга типа фотоактивныхуглеродных наночастиц, а также концентрации блок-сополимера в матрице;Подтверждение регенерации твердоподобного образца после воздействиявысокоинтенсивным лазерным излучением путем термообратимого фазовогоперехода гель-жидкость-гель;Результаты комплексного исследования системы «ДБСН-ПВС-вода-сажа»:ККМДБСН в бинарном водно-полимерном растворителе при различныхконцентрациях полимера; данные о размерах частиц в подсистемах «ПВС-вода» и«ДБСН-ПВС-вода», в зависимости от концентрации ПАВ в последней; размерынадмолекулярных частиц в целевой четырехкомпонентной системе в зависимостиот содержания полимера;Результаты сравнения параметров нелинейно-оптического ограничения всуспензии «ДБСН-ПВС-вода-сажа» при воздействии одним лазерным импульсом ипри облучении в импульсно-периодическом режиме, подтверждение подавлениябличинга, объяснение механизма подавления на основе данных о размерах частиц всистеме и ее вязкости.Результаты анализа временнóй стабильности полученных систем.Апробация работы.
Результаты работы докладывались на следующихмеждународных конференциях: Functional Nanomaterials in Industrial Applications:Academic-Industry Meeting, 2016, Preston, UK;International Conference ECIS 2015, Bordeaux, France;28th European Symposium On Applied Thermodynamics, ESAT, 2015, Athens,Greece;6Nonlinear Photonics: Theory, Materials, Applications, 2015, St. Petersburg,Russia.Публикации: по материалу диссертации опубликовано 6 работ, из них 2статьи в рецензируемых международных изданиях, 4 тезисов докладов намеждународных конференциях.Личный вклад автора включает участие в постановке цели и задач работы,обзор литературы по теме диссертации, отработку методик эксперимента,планирование и проведение исследований по изучению физико-химическихсвойств матриц для наноуглерода и композитных систем, а также обработку,анализ и интерпретацию полученных результатов, подготовку докладов ивыступлений на международных конференциях и участие в написании публикаций.Структура и объём работы: Диссертационная работа объемом 122страницы состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методовисследования, экспериментальных результатов и их обсуждения и выводов.
Вдиссертации приводится 44 рисунка и 2 таблицы. Список литературы содержит 155наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВоВведениикраткообоснованаактуальностьдиссертации,сформулированы цель и задачи работы, а также ее научная новизна и практическаязначимость.Глава 1.
Литературный обзор.В главе изложена базовая информация об ОУНТ и основных методах ихсинтеза, а также описана электронная структура ОУНТ и способы ее исследованияпри помощи оптических методов. Представлены основные сведения о саже (CB),описана ее морфология и приведены наиболее распространенные способы ееполучения.В главе рассмотрены различные методики приготовления стабильныхдисперсий углеродных наночастиц (ОУНТ и CB) в водной среде, перечисленымеханизмы их стабилизации, произведено сравнение различных стабилизирующихагентов.
Подробно описана процедура приготовления водных суспензий ОУНТ иCB, где амфифильное вещество (ПАВ или блок-сополимер) выступает в качествестабилизатора.В главе изложены механизмы агрегации ПАВ в водном и смешанномрастворителе. Приведены общие сведения о блок-сополимерах и ихвзаимодействии с водой. Подробно описано фазовое поведение водного раствораПлюроника F127, а также рассмотрены условия, механизмы и термодинамикамицелло- и гелеобразования в такой системе. Обоснован выбор данной системы нароль матрицы для фотоактивных углеродных наночатиц.
Представлена основнаяинформация о ПВС и его водных растворах, а также приведены данные овзаимодействии полимер-сурфактант в водной среде. На примере моделиНагаражана для свободной энергии агрегации рассмотрена возможностьтеоретического термодинамического описания агрегации ионного ПАВ всмешанном растворителе.В главе изложены основные механизмы нелинейного оптическогоограничения, приведена схема действия оптического ограничителя (лимитера),названы основные требования к материалу-лимитеру.
Сформулирована проблема7поиска материала с идеальным ограничением лазерного излучения. На примерематериалов, содержащих в качестве фотоактивных частиц сажу и ОУНТ, описанмеханизм оптического ограничения за счет индуцированного рассеяния света намикронеоднородностях. Дано определение являния бличинга в жидких суспензияхпри импульсно-периодическом режиме лазерного облучения. Поставлен вопрос овозможности использования ПВС для подавления бличинга во флюидных системахнаноуглерода, стабилизированного низкомолекулярными ионными ПАВ.Глава 2.
Материалы и методы исследования.Экспериментальная часть включает в себя описание использованных вработе веществ, методов приготовления тройных систем Плюроник F127-водананоуглерод (ОУНТ и сажа), тройных систем ДБСН-ПВС-вода ичетырехкомпонентной системы ПВС-ДБСН-вода-сажа.В главе описаны методики изучения фазовых равновесий: определенияфазовых границ бинарной системы Плюроник F127-вода и тройной системыПлюроник F127-вода-наноуглерод, агрегативного поведения ионного ПАВ всмешанном водно-полимерном растворителе. Приведена базовая формулировкамодели мицеллярного агрегирования ионного ПАВ в смешанном воднополимерном растворителе и оригинальный вариант модификации модели,использованный в настоящем исследовании.Также настоящая глава включает в себя описание методов исследованияструктурных характеристик материала, а именно: определения размеров частиц всистемах ПВС-вода, ПВС-ДБСН-вода и ПВС-ДБСН-CB-вода.В главе также изложено описание методов изучения спектральных инелинейно-оптических свойств систем Плюроник F127-вода-ОУНТ, ПлюроникF127-вода-CB и ПВС-ДБСН-вода-CB, и исследования термической и темпоральнойустойчивости наноуглеродных композитов.Глава 3.
Обсуждение результатов исследования3.1. Определение фазовых границ бинарной системы Плюроник F127-водаи тройной системы Плюроник F127-вода-наноуглеродНа рис.1 приведено сравнение положения фазовых границ бинарной системыПлюроник F127-вода, полученных в рамках настоящей работы с помощьювискозиметрии, реометрии и ДСК, а также литературных данных.Видно, что результаты трех использованных методов практическисовпадают, на фазовой диаграмме имеются три области: раствор унимеров,изотропный мицеллярный раствор и гидрогель. Выбранные методы являютсявзаимодополняемыми. В первых двух методиках было проведено исследованиеповедения системы при обратном ходе изменения температуры (охлаждении).
Вовсех образцах наблюдалось небольшое смещение границ существования гидрогеляв область более низких температур.В работе показано, что наличие наноуглерода в количестве, необходимомдля оптического ограничения лазерного излучения, практически не влияет наположение границы мицеллообразования. Нижняя граница гелеобразования независит от добавки сажи, но сдвигается в область более низких температур на ~0,52 °С при добавлении ОУНТ; влияние ОУНТ на положение верхней границы болеепроявленное – она сдвигается вверх на величину до 5 °С.С помощью вискозиметрии и реометрии исследованы реологическиехарактеристики (модули упругости, G’, и вязкости, G’’, тангенс угла динамическихпотерь,, вязкость) систем Плюроник F127-вода и Плюроник F1278Рис.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
