Целесообразность исследования определяется как высокой практической значимостью новых метаматериалов – наноструктурированных высококремнеземных пористых стекол и полученных на их основе кварцоидов, содержащих соединения металлов, так и тем, что имеющаяся в настоящее время информация в основном касается способа их получения, структуры и физических характеристик, тогда как исследования их электроповерхностных свойств на границе раздела с растворами электролитов, определяющие рабочие характеристики в жидких средах, в литературе отсутствуют.
Впервые исследованы структурные (коэффициент структурного сопротивления, объемная пористость, коэффициент извилистости, удельная поверхность, средний радиус пор) и электрокинетические (удельная электропроводность, коэффициент эффективности , потенциал течения, электрофоретическая подвижность, дзета-потенциал) свойства микро- и макропористых (МИП и МАП) силикатных стеклообразных материалов (ПСМ) легированных галогенидами (хлорид, бромид, иодид) серебра в растворах индифферентного электролита (нитрат натрия) и в растворах содержащих потенциалопределяющие ионы (нитрат серебра, иодид каоия). Химический состав и структуру легированных ПСМ определяли методами рентгенофазового анализа, спектрофотометрии, рентгенофлуоресцентного анализа, электронной микроскопии, рентгеновского энергодисперсионного микроанализа. Характеристики композитных материалов сопоставлены со свойствами базовых силикатных МИП и МАП мембран.
В растворах нитрата серебра основное влияние на удельную электропроводность МАП материалов оказывают находящиеся в поровом пространстве ионы серебра. Обнаружено возрастание подвижностей ионов двойного электрического слоя (ДЭС) в поровом пространстве легированного образца, по сравнению с базовыми мембранами. Расчет электрокинетического потенциала из экспериментальных величин потенциалов течения показал, что в индифферентном электролите химический состав легирующего компонента практически не влияет на его величину как для МИП, так и для МАП мембран. Легирование МИП мембран, в первую очередь, сказывается на количестве и структуре вторичного кремнезема в поровом пространстве ПСМ, что, в свою очередь, влияет на структуру ДЭС и величины электрокинетического потенциала. Для МАП материалов легирование напрямую сказывается на характеристиках твердой поверхности пор. Электрофоретические измерения показали, что, в растворе нитрата натрия величины электрофоретической подвижности для МИП частиц возрастают в результате легирования и практически не зависят от вида галогенид-иона. Для частиц МАП стекол легирование не приводило к заметным изменениям значений электрофоретической подвижности. Анализ всей совокупности данных показывает, что для легированных ПСМ структура ДЭС в нанопорах и на открытой поверхности пористой частицы существенно различаются.
В последние десятилетия наблюдается интерес к силикатным серебросодержащим наноматериалам, которые находят широкое применение в различных областях: фотонике, нанобиотехнологии и пр. Перспективным материалам для получения таких композитов являеются силикатные пористые стеклообразные материалы (ПСМ), создающее условие ограниченной геометрии. Перспективность использования высококремнеземных ПСМ качестве матриц заключается в их экологичности, химической и биологической инертности и свойстве не набухать в водных растворах электролитов. Композиты, содержащие квазиметаллические наночастицы серебра, могут быть получены путем ультрафиолетового лазерного облучения фотохромных стекол, легированных галогенидами серебра. Такие серебросодержащие пористые стекла могут найти применение в различных областях медицины. Наночастицы серебра в порах содержат от 20 до 15000 атомов серебра и их диаметр, как правило, не превосходит 100 нм. Благодаря высокоразвитой поверхности, наночастицы серебра проявляют антибактериальную активность даже при низкой частичной концентрации.
Впервые исследованы структурные (коэффициент структурного сопротивления, объемная пористость, коэффициент извилистости, удельная поверхность, средний радиус пор) и электрокинетические (удельная электропроводность, коэффициент эффективности α, потенциал течения, электрофоретическая подвижность U, дзета-потенциал ζ) свойства микро- и макропористых (МИП и МАП) силикатных стеклообразных материалов (ПСМ) легированных галогенидами серебра (AgCl, AgBr, AgI) в растворах индифферентного электролита (NaNO3) и в растворах содержащих потенциалопределяющие ионы (AgNO3, KI). Химический состав и структуру легированных ПСМ определяли методами рентгенофазового анализа, спектрофотометрии, рентгенофлуоресцентного анализа, электронной микроскопии, рентгеновского энергодисперсионного микроанализа. Характеристики композитных материалов сопоставлены со свойствами базовых силикатных МИП и МАП мембран. В индифферентном электролите величины α для базовых силикатных и композитных материалов ПСМ+AgCl и ПСМ+AgI близки между собой. В растворах AgNO3 основное влияние на удельную электропроводность МАП материалов оказывают находящиеся в поровом пространстве ионы Ag+. Значения α для композитного образца МИП+AgCl значительно выше, чем для базовой МИП мембраны, что свидетельствует о возрастании подвижностей ионов двойного электрического слоя (ДЭС) в поровом пространстве легированного образца. Расчет ζ из экспериментальных величин потенциалов течения показал, что в индифферентном электролите химический состав легирующего компонента практически не влияет на величину |ζ| как для МИП (МИП+AgCl, МИП+AgI), так и для МАП (МАП+AgCl, МАП+AgBr) мембран. Легирование МИП мембран, в первую очередь, сказывается на количестве и структуре вторичного кремнезема в поровом пространстве ПСМ, что, в свою очередь, влияет на структуру ДЭС и величины ζ. Для МАП материалов легирование напрямую сказывается на характеристиках твердой поверхности пор. Установлено также, что ионы Ag+ менее специфичны к поверхности порового канала, чем ионы K+. Электрофоретические измерения показали, что, в растворе NaNO3 величины |U| для частиц МИП+AgHal (Hal = Cl, Br, I) возрастают в результате легирования и практически не зависят от вида галогенид-иона. Для силикатного кварцоида, полученного спеканием образца ПС 8В-НТ МИП, взаимное расположение зависимостей ζ – рН свидетельствует о том, что на открытой поверхности сплошной частицы специфичность катионов возрастает в ряду Na+< K+ < Ag+. Для частиц МАП стекол легирование не приводило к заметным изменениям значений |U|. Для пористых частиц одного типа, в отличие от частиц непористого силикатного кварцоида, величины |U| в 0.01 М растворах NaNO3, AgNO3 и KI практически не зависят от вида противо- и коионов. Анализ всей совокупности электрокинетических данных показывает, что для легированных ПСМ структура ДЭС в нанопорах и на открытой поверхности пористой частицы существенно различаются. Об этом свидетельствуют разные знаки потенциалов течения (отрицательный) и электрофоретической подвижности (положительный) для композитов МАП+AgBr и МАП+AgI в растворе AgNO3.
Исследование и сопоставление структурных и электрокинетических свойств пористых стеклообразных мембранных материалов легированных галогенидами серебра (AgCl, AgBr, AgI) в растворах индифферентного электролита и в растворах содержащих потенциалопределяющие для легирующих соединений ионы серебра выполнено впервые. Впервые проведены измерения структурных и электрокинетических характеристик базовых микро- и макропористых стекол в растворах нитрата серебра. Также впервые выполнено исследование зависимости электрофоретической подвижности от рН для пористых частиц (МИП и МАП образцы), силикатных кварцоидов и кварцоидов, модифицированных иодидом серебра, при сантимолярной концентрации потециалопределяющих ионов иода и серебра.
1. Ермакова Л.Э. – Исследование электроповерхностных характеристик пористых стеклообразных мембран, легированных соединениями металлов. Расчет электрохимических характеристик границы раздела стеклообразный материал – раствор электролита Подготовка публикаций.
2. Антропова Т.В. – Легирование макропористых стекол, получение легированных кварцоидов. Исследование морфологии, состава и структуры ПС.
3. Гирсова М.А. – Легирование микропористых стекол соединениями серебра.
4. Кузнецова А.С. – Исследование электроповерхностных характеристик пористых и монолитных частиц. Исследование морфологии, состава и структуры ПС.
Подготовка публикаций.
