Введение к работе
з
Актуальность работы. Разработка новых материалов и технологии их получения является неотъемлемой частью научно-технического прогресса. Использование химии в решении задач создания новых материалов во многом основано на регулировании условий протекания химических реакций, что позволяет в широких пределах изменять состав, структуру, свойства и дисперсность образующихся твёрдых продуктов. Изготовление химическими способами изделий малого размера и сложных структур на их основе с заданными свойствами является быстроразвивающимся направлением в таких широких областях как электроника, материаловедение, химия, медицина, биология.
«Сырьём» для ряда областей нанотехнологии выступают наночастицы различного состава и функционального назначения. Разработка методов создания новых материалов широкого назначения на основе наночастиц -вполне актуальная задача.
Цель работы заключалась в разработке технологии синтеза композитов на основе полистирола и дисперсного кобальта (Со), а также в исследовании влияния технологических параметров синтеза на фазовый состав, форму, размер наночастиц и свойства композиционных материалов на их основе.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Получение наночастиц кобальта с заданными характеристиками (состав, размер, форма и пространственная локализация) на поверхности субмикросфер полистирола методом химического восстановления металла из раствора его соли без предварительной подготовки поверхности.
Определение возможности стабилизации нанокомпозиционного материала (НКМ).
Исследование особенностей получения массивных полимерных композиционных материалов (ПКМ) с заданными свойствами методом химического восстановления кобальта из раствора на поверхность гранул полистирола.
Исследование физико-химических свойств полученных КМ.
Определение возможности применения ПКМ в качестве чувствительного элемента потенциометрического сенсора селективного к ионам кобальта в водных растворах.
Научная новизна:
1. Впервые проведен синтез наночастиц Со на поверхности
субмикросфер полистирола методом химического восстановления металла из
раствора его соли без предварительной подготовки поверхности с целью
определения возможности регулирования фазового состава, размера, формы и
количества образующихся наночастиц кобальта.
2. Установлено, что при синтезе НКМ, изменяя процесс введения
восстанавливаемого вещества в реакционную среду, можно в широких
пределах регулировать размер (от нескольких нанометров до сотен
нанометров), форму, количество, состав частицы, следовательно,
целенаправленно изменять свойства НКМ.
3. Исследована возможность стабилизации полученных НКМ. Показано,
что в результате обработки НКМ раствором стеариновой кислоты в этиловом
спирте на поверхности композита образуется оболочка толщиной около 20 нм.
Отработаны способы получения полимерных композиционных материалов (ПКМ) с заданными свойствами методом химического кобальтирования гранул полистирола. Выполнено комплексное исследование изменения физико-химических свойств ПКМ в зависимости от параметров синтеза - природы восстановителя и времени металлизации. Выявлен характер влияния количественного соотношения компонентов ПКМ на электрофизические свойства.
Разработана технология получения ПКМ для чувствительного элемента кобальтселективного электрода. Обнаружено, что потенциометрические сенсоры с содержанием кобальта 0,35 об. % в ПКМ обладают более высокой чувствительностью, чем электроды с большим объёмным содержанием металла.
Практическая значимость результатов работы заключается в том, что получены новые нанокомпозиционные материалы с заданными характеристиками наночастиц кобальта (размер, форма, состав, локализация частиц на поверхности). Показана возможность использования ПКМ в качестве потенциометрических сенсоров, чувствительных к ионам кобальта в водных растворах. Изготовленные электроды обладают удовлетворительными метрологическими характеристиками. Время отклика не превышает 5 минут, электродная функция линейна до концентраций 10" моль/л.
Основные положения, выносимые на защиту:
Получение наночастиц кобальта на поверхности субмикросфер полистирола с заданными характеристиками (размер, количество, форма, состав) методом химического восстановления из раствора, без стадий предварительной подготовки поверхности, путём изменения техники синтеза.
Возможность стабилизации нанокомпозиционных материалов.
Влияние стадий подготовки и металлизации на структуру металлизируемой поверхности гранул полистирола марки ПСЭ-1.
Технология получения ПКМ для функциональной электроники - чувствительных элементов кобальтселективных электродов.
Апробация результатов исследования
Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: VIII, X, XII Региональные научно-технические конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому Региону» (Ставрополь, 2004, 2006, 2008); IV-VII Международные научные конференции «Химия твёрдого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2004-2008г.г.); Первая научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону, 2005); Московский международный салон инноваций и инвестиций «ИННОВ-2007» (Москва, 2007); II Общероссийская научно-техническая конференция «Новые технологии в азотной промышленности» (Невинномысск, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ: 1 статья, 1 патент РФ, 11 - тезисов международных и региональных конференций.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, результатов и обсуждения, выводов, списка используемых литературных источников, содержащего 135 наименований. Объём диссертации составляет 110 страниц, содержит 36 рисунков и 7 таблиц.
