На сегодняшний день микро- и наночастицы находят всё большее применение во множестве практических приложений благодаря своим свойствам. Наиболее ярко они востребованы в таких областях, как медицина, строительство, энергетика, машиностроение. Развитие нанотехнологий выведет на новый уровень качество жизни человека, поэтому дальнейшие исследования в данной сфере имеют колоссальное значение для мировой науки.
Особый интерес представляют пористые частицы, поскольку они демонстрируют множество уникальных свойств, таких, например, как специфическая кинетика поглощения и высвобождения химических веществ, большая удельная площадь поверхности, низкая плотность и т.д. Пористость является важнейшим фактором, влияющими на свойства микрочастиц, поэтому необходимо её определять и, при необходимости, регулировать. Кроме того, пористость частиц оказывает влияние на свойства искусственных материалов, формируемых из них.
По своей геометрии пористые тела можно разделить на регулярные пористые структуры, в которых чередование пор, полостей и отдельных каналов является правильным, а также стохастические структуры со случайными формами, ориентацией, размерами и взаиморасположением пор. Пористые материалы в большинстве своем относятся к стохастической структуре.
Суммарный объём пор в общем случае учитывает объёмы открытых, тупиковых и закрытых пор. Открытая пора сообщается с поверхностью тела и принимает участие в фильтрационных процессах жидкости или газа при наличии градиента давления. Тупиковая пора имеет выход только к одной поверхности тела, заполняется жидкостью или газом при фильтрации, но не влияет на проницаемость пористого материала. Закрытая пора не сообщается с поверхностью тела. Пористая структура характеризуется несколькими основными параметрами достаточными для её исследования: пористостью и удельным суммарным объёмом пор, удельной поверхностью пористой системы, характерными размерами и распределением по размерам пор.
В последнее время все больший интерес вызывает получение наноструктурных кремнийсодержащих соединений благодаря их широкому практическому применению. Благодаря связующим свойствам частицы коллоидного кремнезема успешно эксплуатируются в качестве неорганического связующего в материалах с разными наполнителями: неорганическими порошками, волокнами, полимерами, металлами и т.д. Отличительная черта этих материалов - высокая прочность и термостойкость. В качестве примера можно привести получение керамических форм при литье по выплавляемым моделям, изоляционных материалов и т.д. Среди множества методов получения микро- и наночастиц диоксида кремния особо выделяется метод Штобера-Финка-Бона, который заключается в гидролизе эфира ортокремниевой кислоты в водно-спиртовой среде. К преимуществам этого метода относят простоту, дешевизну изготовления и малый разброс по размерам.
Структура микрочастиц диоксида кремния и сферы его применения достаточно подробно описаны в литературе. Но несмотря на это популярность этих систем не ослабевает: разрабатываются новые материалы на основе кремнезема, обладающие специфическими свойствами; появляется большое количество научных и патентных публикаций, посвященных кремнезему.
Наиболее распространенным является применение силикагелей в гранулированной или шариковой форме в качестве катализаторов, адсорбентов и осушителей. По назначению использование порошкообразного диоксида кремния подразделяется на следующие группы: упрочнение и отверждение веществ органического типа; уменьшение адгезии между поверхностями твердых веществ; увеличение вязкости и тиксотропии в жидких веществах; создание различного рода оптических эффектов.
Отдельно следует рассмотреть применение пористых микрочастиц диоксида кремния. Специфические свойства данных частиц определяют широкое разнообразие областей их эксплуатации:
1) Создание толстых диэлектрических пленок. Если этот материал подвергнуть термическому окислению, то за счет развитой системы пор молекулы кислорода способны проникнуть на всю толщину пористого кремния и привести к полному его окислению.
2) Буферные слои при эпитаксии монокристаллических пленок других полупроводников на кремнии.
3) В 1990 году английским ученым Л. Кэнемом была обнаружена в пористом кремнии фотолюминесценция в красно-оранжевой области при комнатной температуре. Почти одновременно с ним о видимой люминесценции пористого кремния сообщила группа из Франции. Авторы данных работ трактовали люминесценцию пористого кремнезема квантоворазмерным эффектом в нанокристаллах кремния.
4) Возможность получения на пористом кремнеземе путем электрохимического травления квантовых точек и нитей. Таким образом, пористый кремний следует рассматривать как один из материалов наноэлектроники.
5) Высокая удельная поверхность пористых частиц SiO2 делает возможным использование кремния для создания датчиков влажности, газовых, химических и биологических сенсоров.
В связи с этим высокую актуальность имеет проведение исследований, направленных на изучение пористости микрочастиц диоксида кремния, а также способов управления этой пористостью. Поэтому целью данной работы является развитие метода, позволяющего влиять на пористость частиц, синтезируемых по методу Штобера-Финка-Бона.
В связи с поставленной целью были решены следующие задачи:
1. Синтез микрочастиц диоксида кремния традиционным методом Штобера-Финка-Бона.
2. Синтез микрочастиц диоксида кремния многоступенчатым методом Штобера-Финка-Бона.
3. Сравнение пористости синтезированных микрочастиц методом иммерсионной рефрактометрии.
1. Развит метод, позволяющий влиять на пористость частиц, синтезируемых по методу Штобера-Финка-Бона.
2. Синтезированы микрочастицы диоксида кремния традиционным и многоступенчатым методами Штобера-Финка-Бона.
3. Сравнены пористости синтезированных микрочастиц методом иммерсионной рефрактометрии.
4. Показано, что пористость частиц, синтезированных в результате добавления доливной смеси, представляющей собой коллоидный раствор частиц SiO2, синтезированный при специфических условиях, увеличивается.
5. Развитый метод можно использовать для синтеза микрочастиц с контролируемой пористостью.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
