РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ И ДИНАМИКИ ОБРАЗОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ НАНОЧАСТИЦ В КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРАХ

ВВЕДЕНИЕ 5
1 Анализ современного состояния и целесообразности разработки нового метода контроля 13
1.1 Области применения наночастиц металлов и полупроводников в практических приложениях 14
1.1.1 Области применения наночастиц металлов 14
1.1.2 Области применения полупроводниковых наночастиц 17
1.2 Технологии осаждения наночастиц из жидкой фазы на поверхность материала 18
1.3 Параметры наночастиц влияющие на характеристики поверхности 21
1.4 Методы контроля металлических и полупроводниковых наночастиц 22
1.4.1 Обзор оптических методов контроля металлических и полупроводниковых наночастиц в жидкой матрице 27
1.5 Выводы и постановка задач исследования 37
2 Теоретическое исследование возможности контроля наночастиц и нанокластеров методом вынужденного рассеивания Мандельштама – Бриллюэна 39
2.1 Анализ резонансных явлений при взаимодействии лазерного излучения с нанокластерами и наночастицами в жидкой матрице 41
2.2 Разработка моделей распределения поля вокруг наночастицы в воде при воздействии лазерного излучения 46
Выводы по главе 83
Экспериментальные исследования возможности реализации разрабатываемого лазерного метода контроля металлических и полупроводниковых наночастиц 84
3.1 Разработка методики проведения экспериментов 84
3.1.1. Разработка и схема экспериментальной установки 86
3.2 Выделение шумовой составляющей спектральных распределений 90
3.2 Определение основных погрешностей, составляющих установки 93
3.2.1 Исследование погрешностей источника излучения 93
3.2.2 Анализ шумов оптоэлектронного тракта 99
3.3 Определение информативных параметров спектров ВРМБ и разработка методики контроля наночастиц металлов и полупроводников 106
3.4.1 Определение типа вещества 108
3.2.2 Определение концентрации вещества 112
3.2.3 Определение изменение формы частиц и термодинамической стабильности 113
3.2.4 Определение размера частиц 115
3.2.5 Дополнительные информативные параметры 117
Выводы по главе 119
4 Разработка оптического эталона и практическое применение метода 120
4.1 Проблема создания эталонного образца 120
4.2. Обоснование методов распознавания спектров при наличии ошибок распознавания 123
4.2.1 Подготовка данных для создания методики эталонного образца 127
4.2.2 Алгоритм распознавания по информативным параметрам 127
4.2.3 Нахождение эталонного спектрального распределения 130
4.2.4 Определение максимального значения 131
4.3 Разработка программного обеспечения 132
Выводы по главе 140
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 141
Термины и определения 142
Список сокращений и условных обозначений 145
Список используемых источников 146
Приложения 166
ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт о результатах внедрения метода контроля для остаточного содержания микрочастиц пластика в воде после процесса флотации 167
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт о применении результатов НИР 168
ПРИЛОЖЕНИЕ В 169

Весь текст будет доступен после покупки

Одной из насущных задач современного материаловедения является разработка новых и совершенствование существующих методов анализа вещества. Связанно это с тем, что технологии производства любых материалов проходят быстрый процесс модификаций и улучшений, основанных на поисках новых концептуальных решений, технологических режимов, а также интеграций различных структур в рабочие области поверхностей материалов при осаждении покрытий из коллоидных растворов [1].
Такие исследования необходимы во многих областях как фундаментальной, так и прикладной науки, поскольку часто возникает задача определения качества композитных материалов и нанопокрытий содержащих наночастицы металлов или полупроводников, которые на определенных этапах технологического процесса находятся в жидкой матрице [2], чаще всего в воде, и в виде особых свойств взаимодействия наночастиц с жидкой фазой образуют коллоидный раствор. Известно, что именно на этой стадии формируются параметры этих частиц, которые потом определяют свойства будущего покрытия или композиционного материала, что приводит к необходимости разработки новых методов контроля параметров данных объектов на этапе технологического процесса их получения [3].
В настоящее время внимание многих исследователей направлено на разработку оптических [4] лазерных методов контроля, позволяющих связать оптические параметры спектральных распределений с параметрами, которые используют технологи для определения качества будущего материала. К наиболее важным параметрам относят концентрацию наночастиц в водной матрице, тип частиц наноматериала, средний размер наночастиц и условия, при которых не возникает термодинамическая нестабильность наночастиц за счет процесса самопроизвольной агрегации в водной матрице [5].

Весь текст будет доступен после покупки

1 Анализ современного состояния и целесообразности разработки нового метода контроля
В последнее десятилетие наблюдается повышенный интерес к разработке высокоэффективных нанокомпозитных материалов, состоящих из матрицы и тонкого слоя наноматериалов [8 - 18], в данном направлении особое внимание занимают металлополимеры – композиционные материалы, содержащие частицы металла в полимерной матрице [19]. Подобные материалы, позволяют получать композиты с заданным уровнем деформационно-прочностных и других технических свойств [20 – 25]. Так же подобные материалы могут использоваться как способ повышения характеристик фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) [26, 27], что обуславливается их особыми квантовыми эффектами, и изменением электронных свойств структурных элементов квантово-механической природы. В основном подобные покрытия получаются из наночастиц [28 - 29], матрицей которой является жидкая среда, в частности они носят название коллоидных растворов. Коллоидные растворы (или золи) представляют собой жидкие системы с частицами дисперсной фазы, или мицеллами, перемещающимися свободно и независимо в процессе броуновского движения. Подобные золи могут длительное время существовать в жидкой фазе, не осаждаясь и не коагулируя благодаря участию в броуновском движении молекул раствора и слабым межкластерным взаимодействиям, зарядовому отталкиванию и пассивации поверхности. Размер образующихся коллоидных кластеров определяется условиями реакции, природой растворителя и стабилизатора, временем и температурой реакции и в значительной степени пресыщением растворов. Процесс образования кластеров связан с энуклеацией [30] (гомогенной или гетерогенной) из раствора. Увеличение размеров кластера и предотвращение их коагуляции связано с пассивацией их поверхности. Известно, что качество таких покрытий существенно зависит от параметров наночастиц и характеристик раствора, таких как форма частиц, концентрация раствора, время сохранения устойчивого состояния системы и примесный состав [31 - 35]. При этом одним из способов повышения качества покрытий, является повсеместный контроль этих параметров [36, 37].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. 672 с.
2. Специальные полимерные материалы и покрытия. ГОСТВ26471-85, ГОСТВ 5103 5-97.
3. Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л.: Химия, 1978. 232 с.
4. Измерение малых концентраций наночастиц в аэрозолях при помощи оптических диэлектрических микрорезонаторов на примере наночастиц TiO2 К.Н. Миньков, А. Д. Иванов, А. А. Самойленко, Д. Д. Ружицкая, Г. Г. Левин, А. А. Ефимов, Статьи Поступила в редакцию: 10.10.2017 Принята в печать: 16.02.2018 УДК 535 1 Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений, 119361, Москва, ул. Озерная
5. Компания «ВИ-ДЕЙ» – инновационные строительные материалы: сайт. [Электронный ресурс] URL: http://www.nanokras.ru (дата обращения: 24.12.2023).
6. Фторопластовая суспензия Ф-2МСД. [Электронный ресурс] URL: http://www.Ytorpolymer.ru (дата обращения: 24.12.2023).
7. Металлополимерные нанокомпозиты (получение, свойства, применение) / Н.З. Ляхов, А.П. Алхимов, В.М. Бузник, В.М. Фомин, Л.И. Игнатьева, А.К. Цветников, В.Г. Кудрявый, В.Ф. Косарев, С.П. Губин, О.И. Ломовский, А.А. Оклопкова, Н.Ф. Уваров, С.В. Клинков, И.И. Шабалин. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2005. 260 с.
8. Охлопкова А.А., Виноградов А.В., Пинчук Л.С. Пластики, наполненные ультрадисперсными неорганическими соедиениями. Гомель: ИММСНАНБ, 1999, 164 с.

Весь текст будет доступен после покупки