Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние десятилетия исследователи вновь обратили внимание на процессы кристаллизации в гелях. Прежде всего их привлекает техническая простота и минимум энергетических затрат в методах выращивания кристаллов. Однако эти методы пока не нашли промышленного применения, что связано с недостаточной изученностью механизмов как процессов гелеобразования, так и процессов образования и роста кристаллов, а также недостаточной разработанностью системы контроля за протекающими процессами и невозможностью уверенного прогнозирования его конечных результатов. Кроме того, процессы кристаллизации в гелях привлекают внимание как лабораторные аналоги природных процессов коллоидного и гелевого минералообразования. Растет интерес к самим гелям. Гели широко представлены в природе в виде минеральных и биополимерных гелей, применяются в качестве катализаторов, развивается золь-гель технология для получения новых керамических материалов и сверхпроводников. На сегодняшний день практически отсутствуют методы, позволяющие получать количественные характеристики для описания геля. Не предложены удобные и строгие определения таких понятий как полимеризовавшийся гель, время гелеобразования, гели с одинаковой структурой, возраст геля и т.д. Это затрудняет сравнение данных разных авторов, анализ и воспроизводимость результатов. Таким образом, исследование процессов гелеобразования и роста кристаллов в гелях, разработка колличественных методов их изучения является актуальной задачей как с научной, так и с практической точки зрения.
Цель работы. Целью настоящей работы является установление количественных закономерностей процессов гелеобразования и влияния структурных особенностей геля на процессы зародышеобразования и роста кристаллов в гелях.
Научная новизна работы заключается в исследовании процесса гелеобразования, зародышеобразования и кристаллизации в гелях с применением широкого комплекса методов: торсионного маятника, оптического рассеяния, измерения удельной электропроводимости, поляризационного метода. Предложены количественные характеристики для описания этих процессов ( период колебания, логарифмический декремент затухания и динамическая вязкость среды, интенсивность рассеянного света, среднеквадратичный диаметр, плотность и собственная анизотропия рассеивающих частиц, удельная электропроводимость ). Предложены новые приемы и методы воздействия на процессы гелеобразования, зародышеобразования и кристаллизации в гелях: слабым электрическим током, обработкой геля кислотой перед кристаллизацией, введением примесей.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
-
Разработана методика исследования гелей и роста кристаллов в гелях с помощью торсионного маятника, оптического рассеяния электромагнитных волн, поляризационного метода и метода измерения удельной электропроводимости.
-
Разработан метод обнаружения и регистрации зародышей кристаллов на ранних этапах кристаллизации по изменению значения компонента деполяризации 6v. По изменению величины 5v можно вычислить также скорость перемещения фронта кристаллизации.
3. Разработан способ контроля за качеством застывшего геля
(определение размеров пор, обнаружение макронеоднородностей и т.д.).
4. Исследования по росту кристаллов оксалатов можно использовать
при разработке методики растворения и подавления мочевых камней в
почках.
Основные положения, выносимые на зашиту.
-
Процесс перехода вещества из золевого в гелевое состояние сопровождается резкими изменениями периода колебания и логарифмического декремента затухания торсионного маятника, интенсивности рассеянного света и удельной электропроводимости гелеобразующего раствора.
-
В процессе возникновения зародышей кристаллов в гелях происходит быстрое уменьшение интенсивности рассеяния света под рассеивающим углом 45 градусов и резкое изменение значений коэффициентов Кришнана: увеличение компонента деполяризации 8v и 5и, и уменьшение компонента деполяризации 5h.
-
Характер влияния примесей на процесс зародышеобразования и роста кристаллов в геле зависит от способа введения примесей в кристаллизационную систему. Введение примесей через раствор над гелем на число и среднюю массу выросших кристаллов не влияет. Влияние примесей, вводимых в гель до его полимеризации, зависит от природы примесей.
Апробация работы, публикации. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на межгосударственных минералогических семинарах " Минералогия и жизнь" ( Сыктывкар, 1993 и 1996 г.), конференции по росту кристаллов ( Ижевск, 1995 ). Результаты исследований опубликованы в 6 работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложения и изложена на 119 страниц машинописного листа. Работа иллюстрирована 51 рисунком, содержит 28 таблиц и список литературы из 125 наименований.
Автор выражает искреннюю признательность и благодарность научному руководителю Асхабу Магомедовичу Асхабову. Автор считает
приятным долгом выразить благодарность руководству и сотрудникам Института геологии Коми научного центра УрО РАН и Сыктывкарского госуниверситета за неизменную поддержку и практическую помощь в проведении исследований и в обработке экспериментальных данных В.П.Рузову, К.Г.Попову, Н.А.Тихонову, А.Е.Грищенко, В.П.Маркову, В.К.Туркову, А.П.Турышевой, О.Б.Котовой, Л.Л.Ширяевой, М.Ф.Бабушкиной, бывшим студентам-дипломникам А.М.Уляшеву и Е.Е.Сопачевой. Диссертант искренне благодарен за ценные советы и критические замечания Н.П.Юшкину, В.И.Ракину, Т.П.Майоровой и очень признателен за научную консультацию профессору Института высокомолекулярных соединений в Санкт-Петербурге О.В.Каллистову.
