Диссертация (1150096), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Вследствие хаотического броуновского движения частиц врастворе появляются микрофлуктуации их концентрации (микронеоднородности).При попадании лазерного луча на эти микронеоднородности свет рассеивается,причем флуктуации рассеянного света соответствуют локальным флуктуациямпоказателяпреломления.Приборнепосредственнофиксируетавтокорреляционную функцию интенсивности () = 〈(0)( − )〉, котораяимеет различные значения в моменты времени и − . Анализ полученнойавтокорреляционной кривой позволяет рассчитать коэффициэнт диффузии, спомощью которого можно определить размер частиц, если известна их форма.Так, для сферических частиц используют формулу Стокса-Энштейна:= 6где – константа Больцмана, Т – температура, η – вязкость системы, R – среднийгидродинамический радиус частиц.64Автокорреляционная функция дает информацию о совокупности всехчастиц в системе, поэтому анализ результатов ДРС в системах с высокойполидисперсностью (как в нашем случае) значительно усложнен.
Однакополученные данные позволяют определить тенденции изменения размеров частицв системе при изменении ее состава.Методом ДРС исследовались три системы:1)бинарная система ПВС-вода с концентрациями ПВС 1, 3, 5, 7 вес.%.2)тройная система ПВС-ДБСН-вода с постоянным содержанием ПВС иконцентрациямиДБСНменьшими,чемККМ,ивнесколькоразеепревышающими.3)четырехкомпонентная система ПВС-ДБСН-вода-CB.Измерения проводились на анализаторе Zetasizer Nano ZS (MalvernInstruments, Великобритания) в 12-мм полистирольных кюветах с квадратнымсечением (DTS0012).
Угол детектирования – 173 °С. Обработка данныхпроводилась с помощью программного обеспечения Zetasizer Software 6.20.Диэлектрическая проницаемость и динамическая вязкость для изучаемых сситемполагались равными из значениям в чистой воде.2.4. Исследование оптических и нелинейно-оптических свойств системПлюроник F127-вода-ОУНТ, Плюроник F127-вода-CB и ПВС-ДБСН-вода-CB2.4.1. Спектроскопия оптической абсорбцииПопадающий в вещество квант оптической энергии передает ему своюэнергию, в первую очередь, возбуждая электронную структуру его атомов илимолекул.
Претерпев ряд превращений энергия электромагнитного излучения, вконечном итоге переходит в теплоту, либо вызывает химические или структурныеизменения в веществе.В слое облучаемого вещества поток фотоновуменьшается вследствиекомбинации процессов поглощения и рассеяния. В системах, где поглощениеопределяетсяисключительноконцентрациейчастиц,осуществляющих65поглощение (т.н. линейное поглощение) выполняется закон Бугера-ЛамбертаБера:I I 0 exp l cl ,здесь Io –величина падающего на слой вещества толщины l световогопотока, I –световой поток после прохождение через этот слой в том женаправлении, ɛe - молярный коэффициент экстинкции, с – концентрациярассеивающих частиц.Характеризация прозрачных систем с наноуглеродом, в первую очередь сОУНТ,стандартноосуществляетсяметодомспектроскопииоптическогопоглощения [33,146]: в получаемых спектрах отчетливо прослеживаютсяпереходы Е11, Е22, Е33 и т.д.
между т.н. сингулярностями Ван-Хова, аномалиями взаселенности электронных состояний в зонах валентности и проводимости ОУНТ.Положение этих переходов в спектрах зависит от поперечных размеров трубок итипа их электрической проводимости (металлические или полупроводниковые).Из-за дисперсии трубок по диаметрам имеет место уширение линий переходов иих превращение в полосы. К возникновению спектрального фона также приводятразличные загрязнения, связанные с синтезом наноматериала (нецелевыеаллотропные модификации, частицы катализатора, и проч.).В спектре водной суспензии одностенных углеродных нанотрубок,полученных методом дугового разряда, первый полупроводниковый переход Е 11,находящийся на 1735 нм замаскирован большим пиком поглощения воды,расположенным в этой области, тогда как второй полупроводниковый (1010 нм) ипервый металлический (690 нм) переходы различимы очень хорошо.Для получения спектров оптической абсорбции в настоящей работеприменялся спектрофотометр Lambda-950 (двухлучевой), изготовитель фирмаPerkinElmer.
Регистрация спектров проводилась с материалами, помещенными воптические кюветы (кварц) толщиной 10 мм. Методика снятия спектровпредполагала размещение в канале сравнения кюветы с водным раствором ПАВили полимерного стабилизатора той же концентрации, что и в исследуемой66суспензии. Снятие спектров осуществлялось в спектральном интервале от 230 до1200 нм с шагом 1 нм.2.4.1.1. Исследования термической и темпоральной устойчивостинаноуглеродных композитовПолученные водно-полимерные дисперсии наноуглерода хранили притемпературах, соответствующих агрегатному состоянию изотропного раствора(при 4-6 ºС для водных растворов Плюроника F127 и при комнатной температуре– в мицеллярных растворах ДБСН в смеси ПВС+вода). С интервалом 4 месяцаосуществлялась регистрация спектровоптического поглощения, по характерусмещений которого можно судить об изменениях концентрации наноуглеродногоматериала.
Для первой системы также были получены политерма тангегса угладинамических потерь.2.4.2.Е-сканирование:лимитинглазерногоизлучениявысокойинтенсивности суспензиями ОУНТ и сажиДля изучения нелинейно-оптического ограничения дисперсиями ОУНТ исажи в смешанной среде «вода+плюроник» использовались кварцевые кюветы сдлиной оптического пути 10 мм.
Оптическая кювета в каждом измерении(обозначим ее S) фиксировалась в установке для Е-сканирования, разработанной вГОИ им.С.И.Вавилова [147] и представленной на Рис. 2.7.Рис. 2.7. Установка для регистрации зависимости оптического пропускания отинцидентной энергии лазерного излучения, использованная для определенияпараметров лимитинга в исследованных суспензиях ОУНТ и сажи.
Сплиттерсветового пучка (BS), детектор половины светового потока (D1), стеклянныесветофильтры (F1 и F2). А1, А2 и А2 – диафрагмы, L1, L2, L3 – линзы, D2 –фотодиодный светоприемник.67Исследуемый образец (S) помещался в фокальную плоскость с параметромf/5 оптической системы (линзы L1 и L2 имеют фокальные расстояния 40 ммкаждая, апертуры A1 and A2 – диаметры по 8мм). Энергии прошедших черезобразец импульсов регистрировались в телесном угле 1.6 мрад системой линз L3(фокальное расстояние 650 мм), апертурой A3 (диаметр 1 мм) и фотодиоднымприемником D2.
Образ фокального пятна регистрировался камерой CCD, непоказанной на рисунке.С Nd:YAG-лазера на образец подавалось излучение, соответствующеевторой гармонике (длина волны 532 нм), диаметр пучка составлял 8 мм. Одинимпульс лазерного воздействия длился 7 нс; дисперсии наноуглерода в смесяхводы с Плюроникомизучались в одноимпульсном режиме. Регистрирующиймодуль установки (конденсор L3 и апертура A2) предоставляла обзор в угле 1,6мрад. Эта величина представляет собой медиану норм стандартов относительнозащиты органов зрения, принятых в ряде стран.2.4.3.Z-сканирование:нелинейноеоптическоеограничениесуспензиями сажиZ-сканированиесоткрытойапертуройширокоприменяетсядляисследования нелинейной оптической абсорбции материалов [6].
В данном методелазерный пучок фокусируется собирающей линзой в перетяжку с определеннымдиаметром (Рис. 2.8). Когда образец перемещается вдоль фокуса (по оси Z),сечение пучка, попадающего на образец меняется, а значит, меняется иинтенсивность падающего излучения (очевидно, что максимальное ее значениедастигается в точке перетяжки, где Z=0). Таким образом, зависимостьпропускания образца от его положения означает зависимоть пропускания отинтенсивности падающего света. Анализ данной зависимости позволяетфиксировать как явление лимитинга (падение пропускания), так и явлениебличинга (увеличение пропускания) в исследуемом материале.68Рис.2.8.
Схема установки для Z-сканированияВ данной работе в качестве источника излучения использовался Nd:YAGлазер на длине волны = 532 нм, длительность каждого импульса – 5 нс. Энергияимпульсов – 150 мкДж. Толщина кюветы – 2 мм. Диаметр перетяжки ~ 100мкм.Каждую исследуемую суспензию подвергали воздействию лазерного облучения вдвух режимах: одиночными импульсами и последовательностью импульсов счастотой 10 Гц. Если кривые Z-скана для одной суспензии в двух режимахсовпадали, делался вывод об отсутствии бличинга, в то время как расхождениекривых Z-скана (увеличиние пропускания в импульсно-периодическом режиме)говорило о проявлении этого эффекта.693.3.1.ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВОпределение фазовых границ бинарной системы Плюроник F127-вода и тройной системы Плюроник F127-вода-наноуглерод3.1.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
