Введение к работе
Актуальность темы Одним из вопросов, широко обсуждаемых в настоящее время в коллоидно-химической литературе, является проблема образования и строения двойного злектріиеского слоя (ДЭС) на оксидной поверхности в растворах электролитов Интерес к ней обусловлен широким применением оксидов в промышленности и технике в виде порошков, золей, суспензий и все более частым использованием тонких оксидных слоев
Уникальные свойства пленок оксида вольфрама (VI), а именно значительное изменение цвета при небольшом изменении степени окисления и смешанная электронно-ионная проводимость делают их незаменимыми в электрохромных приборах Работа таких приборов основана на обратимом изменении светопропускания электрохромного материала под действием электрического тока в присутствии электролита, называемом электрохромным эффектом В последнее время его начали широко применять в светомодулируюших устройствах, например, в электрохромных окнах в архитектуре и автомобилестроении для защиты от слепящего действия солнца и регулирования его теплового излучения Этот эффект наиболее выражен у оксида вольфрама (VI)
В связи с тем, что электрохромный эффект связан с пространственным перераспределением зарядов между пленкой WO3 и электролитом, был проведен поиск в литературе информации об электроповерхностных свойствах WO3 и устойчивости его дисперсий Оказалось, что эти сведения практически отсутствуют Известны лишь значение рН точки нулевого заряда (рНТнз) и изоэлектрической точки (рНиэт), соответствующие рН < 1 Поэтому для более глубокого понимания природы электрохромного эффекта в пленках WO^ актуально исследование электроповерхностных характеристик оксида вольфрама (VI) и агрегативной устойчивости его золей Изучение процесса образования заряда и потенциала на поверхности оксида, имеющего столь малую величину рНиэт и смешанный характер проводимости, имеет и фундаментальное значение, поскольку полученный банк данных позволит расширить наши представления о коллоидно-химическом поведении оксидов с аналогичными свойствами в растворах электролитов
Следует отметить, что для формирования пленок WO3 из вольфрам-содержащих растворов и золей перспективным и более экономичным является использование методов золь-гель технологии, а также использование в электрохромных устройствах композитных пленок, изготовленных из оксида вольфрама с добавкой оксида титана
В связи с этим цепью работы являлось 1) исследование адсорбции потенциалопределяющих ионов и
электрокинетических характеристик оксида вольфрама (VI) в широком
диапазоне рН и концентраций 1 1-зарядных электролитов, а также
электрокинетических характеристик композитных пленок с добавкой
оксида титана,
2) изучение влияния заряда противоиона на электрокинетические характеристики оксида вольфрама (VI) и агрегативную устойчивость его золейврасгворах 1 1, 2 1, 3 1-зарядных электролитов
Научная новизна Впервые проведено комплексное исследование коллоидно-химических характеристик оксида вольфрама (VI) в широком диапазоне рН, концентраций и составов растворов электролитов Установлено, что по адсорбционной способности катионы щелочных металлов образуют прямой лиотропный ряд Определены значения рНиэг оксида вольфрама на фоне растворов хлоридов щелочных металлов, и установлена зависимость рНиэт от концентрации фонового раствора и вида катиона Рассчитаны константы поверхностных реакций и адсорбционные потенциалы ионов и установлена общность свойств оксида вольфрама (VI) и других твердых оксидов в расгворах электролитов
Исследована агрегативная устойчивость золей оксида вольфрама, определены пороги коагуляции в растворах, содержащих одно-, двух- и трех-зарядные катионы и установлено, что выполняется правило Шульце-Гарди Найдено, что введение оксида титана в золь полипероксовольфрамовой кислоты приводит к их гетерокоагуляции, при этом величина рНиэт полученной композитной пленки не отличается от рНиэт однокомпонентной окисной пленки WO3
Практическая значимость Полученный комплекс
электроповерхностных характеристик оксида вольфрама является важным для более глубокого понимания механизма электрохромного эффекта в тонких пленках оксида вольфрама, разработки оптимальных методов изготовления электрохромных дисплеев, а гакже прогнозирования поведения дисперсий оксида вольфрама в различных технологических процессах
На защиту выносятся
-
Результаты измерения адсорбции потенциалопределяющих ионов на поверхности оксида вольфрама и электрокинетических характеристик оксида в зависимости от рН, концентрации электролита и вида противоиона
-
Вывод о специфическом взаимодействии катионов щелочных металлов с поверхностью оксида вольфрама, проявляющемся в увеличении адсорбции этих ионов в прямом лиогропном ряду, большом адсорбционном потенциале ионов, зависимости рНИэт от концентрации и вида катиона и увеличении смещения рНиэт в щелочную область в прямом лиотропном ряду
-
Результаты определения констант поверхностной диссоциации и поверхностного комплексообразования в рамках 2-р-модели, а также определение адсорбционных потенциалов ионов, степени диссоциации в ТНЗ, электрокинетического заряда и вклада ею в поверхностную проводимость, подвижности ионов в ДЭС
-
Результаты исследования агрегашвной устойчивости золей оксида вольфрама в растворах электролитов, содержащих одно-, двух- и трех-зарядные противоионы, выводы о подчинении порогов коагуляции правилу Шульце-Гарди и о том, что процесс коагуляции золя оксида вольфрама описывается классической теорией ДДФО
Апробация работы и публикации Основные результаты работы доложены на V-м Международном конгрессе химических технологий /СПб, октябрь 2004 г /, на 3-й Всероссийской конференции «Химия поверхности и нанотехнология» /СПб-Хилово, сентябрь 2006 г/ Материалы диссертации опубликованы в 2 статьях и 2 тезисах докладов
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографии из 66 наименований и приложения Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, включает 32 таблицы и 55 рисунков
Похожие диссертации на Электроповерхностные свойства и устойчивость дисперсий оксида вольфрама (VI) в растворах электролитов
