Диссертация (1150096)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиНИКОЛАЕВААлександра ЛеонидовнаФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОУГЛЕРОДНЫХКОМПОЗИТОВ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ ВОДНО-ПОЛИМЕРНЫХМАТРИЦАХСпециальность 02.00.04 – физическая химияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата химических наукНаучный руководитель:к.х.н., доцент Власов А.Ю.Санкт-Петербург 20172ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................
51. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ..................................................................................... 101.1. Углеродные наночастицы ................................................................................. 101.1.1. Одностенные углеродные нанорубки (ОУНТ) и основные методы ихполучения ................................................................................................................ 101.1.2. Электронная структура ОУНТ ....................................................................
121.1.3. Сажа ............................................................................................................. 151.1.4. Стабилизация углеродных наночастиц во флюидных средах ................. 161.2. Агрегация ПАВ в воде и смешанном растворителе ........................................ 201.2.1. Плюроник F127 и фазовое поведение его водного раствора ................... 201.2.2. Термодинамика мицеллообразования в растворах блоксополимеров .... 241.2.3. Поливиниловый спирт и его водные расторы ...........................................
271.2.4. Взаимодействие полимер-сурфактант в водной среде ............................. 321.2.5. Термодинамическое моделирование агрегации ионного ПАВ всмешанном растворителе ...................................................................................... 371.3. Нелинейное оптическое ограничение ...............................................................
381.3.1. Физическое явление ограничения .............................................................. 381.3.2. Лимитеры на базе наноуглерода (сажа и одностенные нанотрубки) ...... 401.3.2.1. CB ............................................................................................................ 401.3.2.2. ОУНТ ....................................................................................................... 411.3.3.
Явление бличинга в жидких суспезиях ...................................................... 422. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ .................................................... 442.1. Приготовление материалов-лимитеров ............................................................ 442.1.1. Вещества для приготовления материалов-лимитеров с наноуглеродом 442.1.2. Приготовление тройных систем Плюроник F127-вода-наноуглерод...... 452.1.3. Приготовление тройных систем ДБСН-вода-поливиниловый спирт .....
472.1.4. Приготовление четырехкомпонентной системы ПВС-ДБСН-вода-CB .. 482.2. Методики изучения фазовых равновесий ........................................................ 482.2.1. Определение фазовых границ бинарной системы Плюроник F127-вода итройной системы Плюроник F127-вода-наноуглерод ........................................ 482.2.2 Исследование агрегативного поведения ионного ПАВ в смешанномводно-полимерном растворителе .......................................................................... 5532.2.3. Моделирование мицеллярной агрегации ионного ПАВ в смешанномводно-полимерном растворителе .......................................................................... 562.3.
Методы исследования структурных характеристик: определение размеровнадмолекулярных частиц в системах ПВС-вода, ПВС-ДБСН-вода и ПВС-ДБСНCB-вода ....................................................................................................................... 632.4. Исследование оптических и нелинейно-оптических свойств системПлюроник F127-вода-ОУНТ, Плюроник F127-вода-CB и ПВС-ДБСН-вода-CB 642.4.1. Спектроскопия оптической абсорбции ......................................................
642.4.1.1. Исследования термической и темпоральной устойчивостинаноуглеродных композитов .............................................................................. 662.4.2. Е-сканирование: лимитинг лазерного излучения высокой интенсивностисуспензиями ОУНТ и сажи .................................................................................... 662.4.3. Z-сканирование: нелинейное оптическое ограничение суспензиями сажи.................................................................................................................................. 673.
ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ............................................. 693.1. Определение фазовых границ бинарной системы Плюроник F127-вода итройной системы Плюроник F127-вода-наноуглерод ............................................ 693.1.1. Вискозиметрия .............................................................................................. 693.1.2. Реометрия ...................................................................................................... 723.1.3.
ДСК ................................................................................................................ 763.1.4. Сравнение результатов использованных методик ..................................... 803.2. Исследование систем суспензии CB, стабилизированной ДБСН в водныхрастворах ПВС ........................................................................................................... 823.2.1. Кондуктометрическое исследование мицеллообразования ДБСН всмешанном растроворителе вода-ПВС ................................................................
823.2.2. Мицеллярная агрегации ДБСН в смешанном растворителе ПВС – вода врамках молекулярно-термодинамической модели .............................................. 843.2.3. Вискозиметрия растворов ДБСН в водно-полимерной среде.................. 873.2.4 ДРС: Распределение нано-партикулярных объектов по размерам всистеме «вода+ДБСН+поливиниловый спирт+сажа» и ее подсистемах ......... 883.3. Исследование временной и температурной стабильности суспензийнаноуглерода ............................................................................................................... 923.4. Лимитинг лазерного излучения в системах с наноуглеродом в воднополимерных матрицах ...............................................................................................
943.4.1. Нелинейно-оптическое ограничение в системах с ОУНТ и сажей,диспергированными в матрице вода-Плюроник F127 ........................................ 9443.4.2. Нелинейно-оптическое ограничение в системах с дисперсией CB,стабилизированной ПАВ в бинарном растворителе «вода+поливиниловыйспирт» ....................................................................................................................
1024. ВЫВОДЫ .............................................................................................................. 105СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................... 1075ВВЕДЕНИЕВтечениеконденсированныепоследнихсистемы,десятилетийсодержащиеоптически-прозрачныеразличныетипынаночастиц(наноуглерод, нанозолото, квантовые точки и пр.), вызывают интерес ввидувозможного и иногда уже актуального применения в качестве оптическихпереключателей(ОП)лазерногоизлучения[1,2,3].Феноменотическогопереключения состоит в существенном изменении интенсивности прошедшегочерез наноматериал света при достижении некоторой критической величины(порога переключения) интенсивности падающего света.
Таким образом, этоявление может быть использованно в различных методиках для сокращениялазерных импульсов (Q-switching), в оптических устройствах для защитывсевозможных сенсоров и человеческого глаза от высокоинтенсивного лазерногоизлучения (оптический лимитинг), в информатике для квантовых расчетов иквантовой коммуникации и т.д. Возможное применение ОП покрывает область отлабораторных исследований до военной промышленности. Следует отметить, чтоподобные устройства должны соответствовать ряду требований, а именно:- быть прозрачными для низкоинтенсивного света- иметь чувствительный и быстрый нелинейный отклик на высокоинтенсивноеизлучение- иметь достаточную фазовую устойчивость в условиях использования.Исследование нелинейно-оптических свойств углеродных нанометериаловтесносвязаноспоискомоптимальнойдляконкретногоприложениядисперсионной среды и релевантного стабилизатора зачастую несмачиваемых вконкретной среде (как правило, с участием воды) углеродных наночастиц,подходящих для использования [4,5].
В последнее время обнаружены обещающиевозможности флюидных водных суспензий наноуглерода для ряда оптическихприменений,вчастности,нелинейногоограничениявысокоинтенсивноголазерного излучения [6]. Также сообщается об исследовании и применении вкачестве матрицы для фотоактивных частиц таких систем, как различные пленки6[7], кристаллические коллоидные структуры [8] и стекла [9,10]. Однакосуществует ряд проблем, связанных с разработкой и применением ОП: флюидныематериалы не универсальны с практической точки зрения именно из-за своей«флюидности», при этом, с другой стороны, в твердых системах можетпроисходить разрушение материала в окрестности фокального объема припрохождении высокоинтенсивного лазерного луча, из-за чего защитные свойстваданной части системы могут быть значительно ограничены или вовсе подавлены;второй проблемой является бличинг – просветление, жидких суспензий приимпульсно-периодическом режиме лазерного облучения, которое приводит кослаблению или подавлению нелинейно-оптических свойств образца.Для решения первой проблемы в качестве как стабилизатора, так итвердоподобнойматрицыдлягидрофобныхфотоактивныхнаночастиц(одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ, SWNT), сажа (СВ) в суспензиях(carbon black suspension, CBS)) использовался три-блоксополимер Плюроник F127[11,12].
Известно, что в определенной температурной и концентрационнойобласти данный блоксополимер образует настолько плотные гидрогели, что в нихне происходит седиментации даже крупных и тяжелых частиц [13-16], а,следовательно, легкие наночастицы будут равномерно распределены в образце втечение длительного времени. Следует отметить, что гидрогели на основеПлюроника F127 термообратимы, что делает их перспективными кандидатами длясамозалечивания твердоподобного материала после оптического пробоя путемфазового перехода в изотропный мицеллярный раствор [13,15]. Мы попыталисьиспользовать обе группы свойств этого полимера.
Для определения границсуществования его гидрогеля, влияния на их положение на фазовой диаграммедобавкинаноматериала,функциональногоатакжекомпозитногоисследованияматериала,вязко-упругихсодержащегосвойствфотоактивныенаночастицы, нами были использованы следующие методы: вискозиметрия,реометрия и дифференциально-сканирующая калориметрия (ДСК).Для решения второй проблемы дизайна ОП, бличинга, в системах, где вкачестве стабилизатора был выбран один из наиболее широко используемых7стабилизаторовдодецилбензолсульфонат натрия (ДБСН, SDBS), эффективныйдля приготовления суспензий сажи, мы исследовали добавки фукциональногодопанта, поливинилового спирта (ПВС).
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
