Автореферат (1150095), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Средний гидродинамический радиус агрегатов вДБСН-ПВС-вода-сажа, концентрация ДБСН 1 вес.%, (содержание ДБСН во всехслучаях 1 вес.%). Показано,температура 25 °Счтоприкомнатнойтемпературе вязкость раствора драматично растет с увеличением содержанияполимера: 3,2; 39,1 и 199,9 мПа с, соответственно.3.3. Исследование временной и температурной стабильности суспензийнаноуглеродаВ работе исследовалась временнáя стабильность как водно-полимернойдисперсии ОУНТ, где в качестве и компонента матрицы и стабилизаторананоуглерода использовался амфифильный полимер Плюроник F127, так исуспензии сажи, стабилизированной ДБСН в водном растворе ПВС. В этих целяхрегистрировались спектры оптической абсорбции свежеприготовленных образцов,а затем спектры тех же образцов после хранения при 4-6 °С в течение 4 месяцев вслучае первой системы, и при комнатной температуре в течение 6 месяцев в случае12второй системы.
Показано, что зависимость оптического пропусканияисследованных суспензий от длины волны после хранения практически неизменилась (смещение спектральной кривой в пределах 3-5 %). Такое изменениеможно признать незначительным, а системы в свою очередь можно назватьстабильными.Для первой системы (с концентрациями Плюроника F127 15, 18 и 22 вес.%)также были получены политермы тангенса угла динамических потерь до и послехранения в течение 4-х месяцев. Из Рис.
2 (б) (22 вес.% сополимера) видно, чтоосновные характеристики зависимости не изменились. Более того, образцы сконцентрациями сополимера 18 и 22 вес.% оставались гомогенными ивыдерживали т.н. «тест перевернутой пробирки» и через 20 месяцев. Однако всистеме с меньшим содержанием Плюроника F127 наблюдалось фазовоеразделение.3.4. Лимитинг лазерного излучения в системах с наноуглеродом в воднополимерных матрицах3.4.1. Нелинейно-оптическое ограничение в системах с ОУНТ и сажей,диспергированными в матрице «Плюроник F127-вода»На рис.
6 приведены зависимости энергии, прошедшей через образец, отэнергии падающего лазерного излучения (кривые лимитинга) в трех системах:матрице без фотоактивного наноматериала; матрице, содержащей ОУНТ (в обоихслучаях концентрация сополимера 18 вес.%); а также, водной суспензии ОУНТ,стабилизированной ДБСН. Нелинейное пропускание исследовалось всфокусированном луче второй гармоники импульсного Nd:YAG лазера (длинаволны= 532 нм, длительность импульса p = 7 нс) методами сканированияэнергии (минимальный диаметр перетяжки лазерного луча составлял 30 мкм).Видно, что наличие наноматериала вматрице уменьшает ее порог лимитинга на 2порядка.
Интерпретация данных о лимитингеосновананаследующихособенностяхвзаимодействиялазерногоизлучениясфотоактивным углеродным наноматериалом.При попадании фотона на частицу происходитвозбуждение ее электронной структуры,релаксация которой, как в ОУНТ, так и в саже,происходит за счет возбуждения колебанийРис. 6. Лимитинг в гидрогелеПлюроника F127 без нанометериала атомов углеродного скелета (фононные степени(треугольники);вгидрогеле свободы).
Если речь идет о металлическихПлюроника F127 с добавкой ОУНТ ОУНТ, то также имеет место возбуждение(звезды) (концентрация сопоимера в плазмона(коллективныхколебанийобоих случаях – 18 вес.%); в водной электронной плотности в зоне проводимости).суспензии ОУНТ, стабилизированнойДБСН (круги). Стрелками отмечены Затухание названных осцилляций в саже ведет квеличины порога лимитинга. Диаметр плазмированию частиц и/или разрушениюпучка 30 мкм, длительность импульса валентных связей между атомами, в ОУНТ – к7 нспереводу оптической энергии в теплоту споследующей отдачей ее микроокружению.
В обоих случаях, но с разнойскоростью (это будет обсуждено ниже), происходит локальное закипаниерастворителя, на микропузырях которого и рассеивается излучение. Так как в13нашем случае речь идет о матрице, находящейся в состоянии гидрогеля, закипаниюпредшествует фазовый переход гель-жидкость, а значит, в роли рассеивающихцентров могут дополнительно выступать микролинзы жидкости в гелевой среде.Очевидно, что после образования жидкого микродомена, формирование пузырей внем происходит тем легче, чем меньше в системе поверхностное натяжение,вязкость и энтальпия парообразования. Рис.6, однако, демонстрирует, чтохарактеристики лимитинга ОУНТ в гелевой матрице вполне сопоставимы схарактеристиками водной суспензии ОУНТ, стабилизиванной ДБСН, несмотря нато, что вязкость геля на 4-5 порядков превышает вязкость воды.
Это говорит очрезвычайно быстром отклике гидрогелевой матрицы на локальный перегрев,приводящий к фазовому переходу в жидкость с последующим ее закипанием.Рис. 7 отражает влияние концентрации сополимера в матрице гидрогеля, атакже типа фотоактивных наночастиц, на кривые лимитинга. Убывание функций 13 при повышенных энергиях свидетельствует о наличии оптического пробоя всистемах. В исследуемом диапазоне энергий в образце 4 не наблюдалосьразрушения материала из-за его большой оптической плотности, что приводит крассеянию света еще до попадания материала в фокус облучающего лазерноголуча. Для всех четырех образцов рассчитаны величины порога лимитинга: 110мкДж (кривая 1), 40 мкДж (кривая 2), 18 мкДж (кривая 3), 16 мкДж (кривая 4). Заисключением образца 4, в котором находилось удвоенное количествофотоактивных наночастиц,в остальных образцах наблюдались следующиезакономерности: 1) значение порога лимитинга в системе, содержащей ОУНТсущественно превышает порог лимитинга в системе с сажей; 2) в гидрогеле сОУНТ рост концентрации Плюроника приводит к уменьшению порога лимитинга.Первоенаблюдениеобъясняетсяразличной кинетикой перевода оптическойэнергии в теплоту в разных модификацияхнаноуглерода.Затуханиеколебанийуглеродногоскелетавнаночастицахпроисходит на дефектах каркаса.
Очевидно,что в саже таких дефектов намного больше.Как следствие, релаксация фононов, а значит,и разогрев как самих наночастиц (собразованием субмикро- и микроплазмы), такиихмикроокружения(растворителя)происходитбыстреевсистеме,содержащейРис. 7. Лимитинг в гидрогелях,содержащих ОУНТ (квадраты) и сажу сажу, нежели ОУНТ. Второе наблюдение(круги),концентрация Плюроника объясняется тем, что, при прочих равныхF127: 18 вес.% (заполненные символы) условиях,образованиемикропузырейи 22 вес.% (пустые символы).
растворителя происходит тем проще, чемКонцентрация ОУНТ – 0,03 вес.%, сажименьше поверхностное натяжение жидкой– 0,03 (кривая 3) и 0,06 (кривая 4) вес.%.Диаметр пучка 30 мкм, длина фазы, образованной в результате термоимпульса 7 нс. Пороги лимитинга индуцированного фазового перехода гельуказаны в тексте.жидкость. В нашем случае этому условиюсоответствует система с бóльшим содержанием амфифильного сополимера.
Ещеодним объяснением могут служить различия плотности и вязкости между гелем ижидкостью вокруг разогретой частицы. Эти различия становятся болеепроявленными в случае гидрогеля с повышенным содержанием блок-сополимера.14При сравнении кривых 4 (образец с бóльшей концентрацией сажи) и 3 видно,что порог лимитинга практически не зависит от концентрации сажи. Однакообразец с бóльшим содержанием наночастиц и, как следствие, с меньшейпрозрачностью для низкоинтенсивного света более эффективно ограничиваетвысокоинтенсивный свет, что объясняется бóльшим количеством рассеивающихцентров микроплазмы.Прохождениевысокоинтенсивноголазерного света через материал вызывает егоповреждение (пробой) в фокальном объеме.Однако при этом выгорает только малая частьнаноматериала.
Твердоподобный гидрогель,получившийпробой,можетбытьрегенерирован путем обратимого перехода визотропныймицеллярныйрастворРис. 8.Вид оптических кювет с охлаждением или нагреванием согласносуспензиейОУНТвгидрогеле фазовой диаграмме. В жидкой фазе за счетплюроника (22 вес.%) после пробоя диффузиипроисходитперемешиваниеоднократным импульсом лазерного поврежденныхинеповрежденныхизлучения длительностью 7 нс (a), тотже материал в состоянии после фотоактивных наночастиц, что приводит крегенерации путем термообратимого восстановлению как гомогенности материала(рис. 8), так и его функциональных свойств.перехода (б)Кривые лимитинга свежеприготовленногоматериала и поврежненного облучением материала, регенерированного за счетфазового перехода в жидкость, а затем обратно в твердоподобный гидрогель,практически совпадают.3.4.2. Нелинейно-оптическое ограничение в системах с дисперсией CB,стабилизированной ПАВ в бинарном растворителе «поливиниловый спирт-вода»Исследование флюидных дисперсий сажи, стабилизированных ДБСН идопированных различными количествами ПВС, на предмет нелинейногооптического ограничения и, в первую очередь, с точки зрения сопротивляемостисистемы проявлению бличинга проводилось методом Z-сканирования(перемещения образца вдоль оптической оси для изменения плотности энергиипадающего излучения, диаметр перетяжки лазерного луча – 85 мкм).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
