Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів

Досліджено критичну концентрацію структуроутворення (ККС) для водних дисперсій нанокремнезему (260 м²/г), одержаного пірогенним методом, pH-залежності реологічних властивостей таких дисперсій, густини поверхневого заряду, ζ-потенціалу й електропровідності на постійному та змінному струмі. Методом те...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
Hauptverfasser:	Гончарук, О.В., Малишева, М.Л., Зарко, В.І., Гриценко, В.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2010
Schriftenreihe:	Наноструктурное материаловедение
Schlagworte:	Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62708
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів / О.В. Гончарук, М.Л. Малишева, В.І. Зарко, В.Ф. Гриценко // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 2. — С. 16-23. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-62708
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-627082014-05-25T03:01:52Z Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів Гончарук, О.В. Малишева, М.Л. Зарко, В.І. Гриценко, В.Ф. Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты Досліджено критичну концентрацію структуроутворення (ККС) для водних дисперсій нанокремнезему (260 м²/г), одержаного пірогенним методом, pH-залежності реологічних властивостей таких дисперсій, густини поверхневого заряду, ζ-потенціалу й електропровідності на постійному та змінному струмі. Методом термостимульованої деполяризації (ТСД) досліджено релаксаційні процеси в кластерах води на межі поділу фаз поверхня нанокремнезему/вода та в об’ємі при різних значеннях pH. Зазначено, що ККС для вихідної дисперсії нанокремнезему, при якій відбувається перехід із вільнодисперсного в гелеподібний стан, становить близько 7,5 мас.%, проте в присутності HCl чи NaOH при цій концентрації переходу системи в гель не спостерігається. Збільшення концентрації H⁺ (при додаванні HCl) суттєво впливає на електропровідність на постійному струмі та релаксаційні процеси в кластерах води, в той же час вплив інших вільних носіїв зарядів (Na⁺, Cl⁻, OH⁻) неістотний порівняно з H⁺ Исследована критическая концентрация структурообразования (ККС) для водных дисперсий нанокремнезема (260 м²/г), полученного пирогенным способом, pH-зависимости реологических свойств таких дисперсий, плотности поверхностного заряда, ζ-потенциала и электропроводности на постоянном и переменном токе. Методом термостимулированной деполяризации (ТСД) исследованы релаксационные процессы в кластерах воды на границе раздела фаз поверхность нанокремнезема/вода и в объеме при разных значениях pH. Отмечено, что ККС для исходной дисперсии нанокремнезема, при которой осуществляется переход из свободнодисперсного в гелеобразное состояние, составляет 7,5 масс.%, но в присутствии HCl или NaOH перехода в гель не наблюдается. Увеличение концентрации H⁺ (при добавлении HCl) существенно влияет на электропроводность на постоянном токе и релаксационные процессы в кластерах воды, в то время как влияние других свободных носителей зарядов (Na⁺, Cl⁻, OH⁻) незначительно по сравнению с H⁺. The critical concentration of structurization (CCS) for water dispersions of pyrogenic nanosilica (260 m²/g), effect of pH level on rheological characteristics, surface charge density, ζ-potential, electrical conductivity on direct and alternating current have been investigated. The processes of water clusters relaxation on nanosilica/water interface and in bulk at various values pH were studied by the method of thermally stimulated depolarization (TSD). It has been established, that CCS of nanosilica initial dispersion (at which this dispersion turn from free dispersed to gel-like state, was equal 7.5 w.%, but in presence HCl or NaOH such transition was absent. The rising of H⁺ concentration (by HCl addition) essentially influences electrical conductivity on a direct current and relaxation processes in water clusters, while the effect of other free carriers of charges (Na⁺, Cl⁻, OH⁻) is less essential. 2010 Article Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів / О.В. Гончарук, М.Л. Малишева, В.І. Зарко, В.Ф. Гриценко // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 2. — С. 16-23. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1996-9988 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62708 537 uk Наноструктурное материаловедение Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты
spellingShingle	Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты Гончарук, О.В. Малишева, М.Л. Зарко, В.І. Гриценко, В.Ф. Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів Наноструктурное материаловедение
description	Досліджено критичну концентрацію структуроутворення (ККС) для водних дисперсій нанокремнезему (260 м²/г), одержаного пірогенним методом, pH-залежності реологічних властивостей таких дисперсій, густини поверхневого заряду, ζ-потенціалу й електропровідності на постійному та змінному струмі. Методом термостимульованої деполяризації (ТСД) досліджено релаксаційні процеси в кластерах води на межі поділу фаз поверхня нанокремнезему/вода та в об’ємі при різних значеннях pH. Зазначено, що ККС для вихідної дисперсії нанокремнезему, при якій відбувається перехід із вільнодисперсного в гелеподібний стан, становить близько 7,5 мас.%, проте в присутності HCl чи NaOH при цій концентрації переходу системи в гель не спостерігається. Збільшення концентрації H⁺ (при додаванні HCl) суттєво впливає на електропровідність на постійному струмі та релаксаційні процеси в кластерах води, в той же час вплив інших вільних носіїв зарядів (Na⁺, Cl⁻, OH⁻) неістотний порівняно з H⁺
format	Article
author	Гончарук, О.В. Малишева, М.Л. Зарко, В.І. Гриценко, В.Ф.
author_facet	Гончарук, О.В. Малишева, М.Л. Зарко, В.І. Гриценко, В.Ф.
author_sort	Гончарук, О.В.
title	Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів
title_short	Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів
title_full	Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів
title_fullStr	Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів
title_full_unstemmed	Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів
title_sort	структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62708
citation_txt	Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів / О.В. Гончарук, М.Л. Малишева, В.І. Зарко, В.Ф. Гриценко // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 2. — С. 16-23. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
series	Наноструктурное материаловедение
work_keys_str_mv	AT gončarukov strukturoutvorennâvdispersíâhpírogennogokremnezemuvprisutnostíneíndiferentnihelektrolítív AT mališevaml strukturoutvorennâvdispersíâhpírogennogokremnezemuvprisutnostíneíndiferentnihelektrolítív AT zarkoví strukturoutvorennâvdispersíâhpírogennogokremnezemuvprisutnostíneíndiferentnihelektrolítív AT gricenkovf strukturoutvorennâvdispersíâhpírogennogokremnezemuvprisutnostíneíndiferentnihelektrolítív
first_indexed	2025-07-05T13:34:51Z
last_indexed	2025-07-05T13:34:51Z
_version_	1836814163626688512
fulltext	Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 1 16 ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ Î.Â. Ãîí÷àðóê1, Ì.Ë. Ìàëèøåâà2, Â.². Çàðêî1, Â.Ô. Ãðèöåíêî3 1 ²íñòèòóò õ³ì³¿ ïîâåðõí³ ³ì. Î.Î. ×óéêà ÍÀÍ Óêðà¿íè ì. Êè¿â, âóë. Ãåíåðàëà Íàóìîâà, 17, Óêðà¿íà, 03164 2 Êè¿âñüêèé íàö³îíàëüíèé óí³âåðñèòåò ³ì. Òàðàñà Øåâ÷åíêà ì. Êè¿â, âóë. Âîëîäèìèðñüêà, 64, Óêðà¿íà, 01033 3 Íàö³îíàëüíèé óí³âåðñèòåò á³îðåñóðñ³â ³ ïðèðîäîêîðèñòóâàííÿ Óêðà¿íè (ÍÓÁ³Ï) ì. Êè¿â, âóë. Ãåðî¿â Îáîðîíè, 15, Óêðà¿íà, 03041 ÑÒÐÓÊÒÓÐÎÓÒÂÎÐÅÍÍß Â ÄÈÑÏÅÐÑ²ßÕ Ï²ÐÎÃÅÍÍÎÃÎ ÊÐÅÌÍÅÇÅÌÓ Â ÏÐÈÑÓÒÍÎÑÒ² ÍÅ²ÍÄÈÔÅÐÅÍÒÍÈÕ ÅËÅÊÒÐÎË²Ò²Â ÓÄÊ 537 Äîñë³äæåíî êðèòè÷íó êîíöåíòðàö³þ ñòðóêòóðîóòâîðåííÿ (ÊÊÑ) äëÿ âîäíèõ äèñ- ïåðñ³é íàíîêðåìíåçåìó (260 ì2/ã), îäåðæàíîãî ï³ðîãåííèì ìåòîäîì, pH-çàëåæ- íîñò³ ðåîëîã³÷íèõ âëàñòèâîñòåé òàêèõ äèñïåðñ³é, ãóñòèíè ïîâåðõíåâîãî çàðÿäó, ζ-ïîòåíö³àëó é åëåêòðîïðîâ³äíîñò³ íà ïîñò³éíîìó òà çì³ííîìó ñòðóì³. Ìåòîäîì òåðìîñòèìóëüîâàíî¿ äåïîëÿðèçàö³¿ (ÒÑÄ) äîñë³äæåíî ðåëàêñàö³éí³ ïðîöåñè â êëàñ- òåðàõ âîäè íà ìåæ³ ïîä³ëó ôàç ïîâåðõíÿ íàíîêðåìíåçåìó/âîäà òà â îá’ºì³ ïðè ð³çíèõ çíà÷åííÿõ pH. Çàçíà÷åíî, ùî ÊÊÑ äëÿ âèõ³äíî¿ äèñïåðñ³¿ íàíîêðåìíåçåìó, ïðè ÿê³é â³äáóâàºòüñÿ ïåðåõ³ä ³ç â³ëüíîäèñïåðñíîãî â ãåëåïîä³áíèé ñòàí, ñòàíî- âèòü áëèçüêî 7,5 ìàñ.%, ïðîòå â ïðèñóòíîñò³ HCl ÷è NaOH ïðè ö³é êîíöåíòðàö³¿ ïåðåõîäó ñèñòåìè â ãåëü íå ñïîñòåð³ãàºòüñÿ. Çá³ëüøåííÿ êîíöåíòðàö³¿ H+(ïðè äîäàâàíí³ HCl) ñóòòºâî âïëèâàº íà åëåêòðîïðîâ³äí³ñòü íà ïîñò³éíîìó ñòðóì³ òà ðåëàêñàö³éí³ ïðîöåñè â êëàñòåðàõ âîäè, â òîé æå ÷àñ âïëèâ ³íøèõ â³ëüíèõ íîñ³¿â çàðÿä³â (Na+, Cl-, OH-) íå³ñòîòíèé ïîð³âíÿíî ç H+. Îñíîâí³ âëàñòèâîñò³ âîäíèõ äèñïåðñ³é íàíîîêñèä³â, òàê³, ÿê àãðå- ãàòèâíà ñòàá³ëüí³ñòü, ñòðóêòóðîóòâîðåííÿ òîùî, âèçíà÷àþòüñÿ áà- ëàíñîì ñèë ì³æ÷àñòèíêîâî¿ âçàºìîä³¿, íàéâàæëèâ³øó ðîëü ó ÿêîìó â³ä³ãðàþòü ò³ ñêëàäîâ³ ðîçêëèíþâàëüíîãî òèñêó, ùî ïîâ’ÿçàí³ ç³ ñòðóê- òóðîþ òà âëàñòèâîñòÿìè ïîâåðõíåâîãî øàðó íàíî÷àñòèíîê îêñèä³â. Ñêàæ³ìî, åëåêòðîñòàòè÷íå â³äøòîâõóâàííÿ çóìîâëåíî íàñàìïåðåä ïîâåðõíåâèì çàðÿäîì òà áóäîâîþ ïîäâ³éíîãî åëåêòðè÷íîãî øà- ðó (ÏÅØ), ÿêà âèçíà÷àºòüñÿ êîíöåíòðàö³ºþ òà ñêëàäîì åëåêòðîë³òó [1, 2]. ²íäèôåðåíòí³ åëåêòðîë³òè âïëèâàþòü ïåðåâàæíî íà òîâùèíó ÏÅØ, à íå³íäèôåðåíòí³ çì³íþþòü ïåðåäóñ³ì ãóñòèíó ïîâåðõíåâîãî çàðÿ- äó (σ) òà âåëè÷èíó ïîòåíö³àëó Øòåðíà. Ïðè âèñîêèõ çíà÷åííÿõ öèõ õàðàêòåðèñòèê äîì³íàíòíîþ º åëåêòðîñòàòè÷íà ñêëàäîâà ðîçêëè- íþâàëüíîãî òèñêó, ïðîòå ïðè σ, áëèçüêîìó äî íóëÿ, íà àãðåãàòèâíó ñòàá³ëüí³ñòü äèñïåðñ³é âïëèâàþòü ³íø³ ôàêòîðè, òàê³, íàïðèêëàä, ÿê ñòðóêòóðíà ñêëàäîâà ðîçêëèíþâàëüíîãî òèñêó, ùî çàëåæèòü â³ä ñòðóêòóðè ã³äðàòíî¿ îáîëîíêè íàâêîëî äèñïåðñíèõ ÷àñòèíîê. Òàêèì ÷èíîì, õî÷à òåîðåòè÷í³ óÿâëåííÿ ïðî ì³æ÷àñòèíêîâó âçàºìîä³þ àê- òèâíî ðîçâèâàþòüñÿ é ìîæóòü õàðàêòåðèçóâàòè âíåñîê åëåêòðî- Î.Â. ÃÎÍ×ÀÐÓÊ, Ì.Ë. ÌÀËÈØÅÂÀ, Â.². ÇÀÐÊÎ, Â.Ô. ÃÐÈÖÅÍÊÎ, 2010 © Êëþ÷îâ³ ñëîâà: âîäí³ äèñïåðñ³¿, êðèòè÷íà êîíöåíòðàö³ÿ ñòðóê- òóðîóòâîðåííÿ, pH, ðåîëîã³÷í³ âëàñòèâîñò³, ãóñòèíà ïîâåðõíåâî- ãî çàðÿäó,ζ-ïîòåíö³àë, ðåëàêñàö³ÿ êëàñòåð³â âîäè, åëåêòðîïðîâ³ä- í³ñòü 17 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 ñòàòè÷íî¿ ñêëàäîâî¿ ðîçêëèíþâàëüíîãî òèñêó, ïðîòå âçàºìîçâ’ÿçîê ïîâåðõíåâîãî çàðÿäó òà áóäîâè ÏÅØ ç³ ñòðóêòóðíî-ìåõàí³÷íèìè âëàñ- òèâîñòÿìè äèñïåðñ³é ìàº á³ëüø ñêëàäíèé õàðàê- òåð ³ äëÿ ïðîãíîçóâàííÿ öèõ âëàñòèâîñòåé íåäî- ñòàòíüî êëàñè÷íî¿ òåîð³¿ ÄËÔÎ (Äåðÿã³íà–Ëàí- äàó–Ôåðâåÿ–Îâåðáåêà) [1, 2]. Äëÿ äèñïåðñ³é ð³çíèõ íàíîîêñèä³â ñï³ââ³äíî- øåííÿ âíåñê³â åëåêòðîñòàòè÷íî¿ òà ñòðóêòóðíî¿ ñêëàäîâèõ ðîçêëèíþâàëüíîãî òèñêó ñóòòºâî ð³çíèòüñÿ â ä³àïàçîí³ ðÍ â³ä 1 äî 12 [3–5]. Ó öèõ ðîáîòàõ çàçíà÷àºòüñÿ, ùî ðÍ-çàëåæí³ñòü ãðà- íè÷íî¿ íàïðóãè çñóâó ìàº åêñòðåìàëüíèé õàðàê- òåð, ïðè÷îìó ìàêñèìóì â³äïîâ³äàº îáëàñò³, äå ζ-ïîòåíö³àë áëèçüêèé äî íóëÿ. Ïðîòå ñóñïåíç³¿ (ä³- îêñèäó òèòàíó, ä³îêñèäó öèðêîí³þ òîùî), ðîçã- ëÿíóò³ â öèõ ðîáîòàõ, ìàþòü ë³í³éíó çàëåæí³ñòü íàïðóãè çñóâó â³ä ãðàä³ºíòà øâèäêîñò³ çñóâó, ùî õàðàêòåðíî äëÿ ñèñòåì, ÿêèì íå ïðèòàìàíí³ òèê- ñîòðîïí³ âëàñòèâîñò³. Ó âîäíèõ äèñïåðñ³ÿõ êðåìíåçåìó ãóñòèíà éîãî ïîâåðõíåâîãî çàðÿäó äîñèòü íèçüêà, àëå ïðè äîäàâàíí³ ïîòåíö³àëâèçíà÷àëüíîãî ³îíà (OH–) ñóòòºâî çðîñòàº ç³ çá³ëüøåííÿì ðÍ [6]. Îêð³ì òîãî, âïëèâ ïîâåðõíåâîãî çàðÿäó íà ñòðóêòóðíî- ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ äèñïåðñ³é êðåìíåçåìó óñ- êëàäíþºòüñÿ òèêñîòðîïíèìè âëàñòèâîñòÿìè [7], íà â³äì³íó â³ä ðîçãëÿíóòèõ ó ðîáîòàõ [3–5]. Òîìó âàæëèâèì º âèâ÷åííÿ é ç³ñòàâëåííÿ åëåêòðîïî- âåðõíåâèõ ³ ñòðóêòóðíî-ìåõàí³÷íèõ âëàñòèâîñ- òåé òàêèõ ñèñòåì. Âèçíà÷åííÿ âïëèâó ðÍ íà ñòðóêòóðíî-ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ âîäíèõ äèñ- ïåðñ³é íàíîêðåìíåçåìó àêòóàëüíå ÿê íà ôóíäà- ìåíòàëüíîìó ð³âí³ – äëÿ ðîçóì³ííÿ âçàºìî- çâ’ÿçêó ì³æ ñòðóêòóðîþ ïîâåðõíåâîãî øàðó òà ìàêðîâëàñòèâîñòÿìè äèñïåðñ³é, òàê ³ â ïðèêëàä- íîìó àñïåêò³, îñê³ëüêè äàº çìîãó ñïðÿìîâàíî ðå- ãóëþâàòè âëàñòèâîñò³ äèñïåðñ³é ïðè ñòâîðåíí³ íîâèõ ë³êàðñüêèõ çàñîá³â íà îñíîâ³ íàíîêðåìíå- çåìó [8]. Òîìó ìåòîþ ö³º¿ ðîáîòè º âèçíà÷åííÿ âïëèâó ðÍ íà åëåêòðîïîâåðõíåâ³ âëàñòèâîñò³ (ãóñòèíó ïîâåðõíåâîãî çàðÿäó, ζ-ïîòåíö³àë) ³ íà ïðîöåñè àãðåãàö³¿ â äèñïåðñ³ÿõ íàíîêðåìíåçåìó, êðèòè÷- íó êîíöåíòðàö³þ òà øâèäê³ñòü ñòðóêòóðîóòâî- ðåííÿ. Ðèñ. 1. Çàëåæí³ñòü äèíàì³÷íî¿ â’ÿçêîñò³ (η) â³ä ðÍ ïðè ð³çíèõ ãðàä³ºíòàõ øâèäêîñò³ çñóâó (γ) äëÿ äèñïåðñ³é ï³ðîãåííîãî êðåìíåçåìó, âèòðèìàíèõ 14 ä³á: γ = 243 ñ–1 (êðèâà 1); γ = 437 ñ–1 (êðèâà 2); γ = 729 ñ–1 (êðèâà 3); γ = 1312 ñ–1 (êðèâà 4) Ðèñ. 2. Çàëåæí³ñòü â’ÿçêîñò³ (η) â³ä ãðàä³ºíòà øâèä- êîñò³ çñóâó (γ) â ÷àñ³ (t) äëÿ äèñïåðñ³é ï³ðîãåííîãî êðåì- íåçåìó ³ç âì³ñòîì òâåðäî¿ ôàçè 7,5 ìàñ.% çà ð³çíèõ çíà÷åíü ðÍ: ðÍ = 3,7 (1); ðÍ = 1,0 (2); ðÍ = 9,2 (3) 14 12 10 8 6 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 pH η, ìÏà⋅ñ 1 2 3 4 η, ì Ï à⋅ ñ 1 2 3 9 8 7 6 5 4 3 4000 3000 2000 1000 0 t, c 1200 1000 800 600 400 200 0 20 γ, c -1 18 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Ó ðîáîò³ äîñë³äæåíî çàëåæí³ñòü øâèäêîñò³ ñòðóêòóðîóòâîðåííÿ òà â’ÿçêîñò³ âîäíèõ äèñ- ïåðñ³é ï³ðîãåííîãî êðåìíåçåìó ìàðêè À-300 (S = = 260 ì2/ã, âèðîáíèöòâî Êàëóñüêîãî äîñë³äíîãî çàâîäó ²ÕÏ ÍÀÍ Óêðà¿íè) â³ä ðÍ. Øâèäê³ñòü ñòðóêòóðîóòâîðåííÿ âèçíà÷àëè çà ïåðåõîäîì â³ëüíîäèñïåðñíî¿ ñèñòåìè (ÿêèìè áóëè âñ³ äîñë³äæóâàí³ äèñïåðñ³¿ ï³ñëÿ ïðèãîòó- âàííÿ òà ÓÇ-îáðîáêè ¿õ) ó çâ’ÿçàíîäèñïåðñíèé ñòàí (ãåëü), ùî ñóïðîâîäæóºòüñÿ âòðàòîþ ëåã- êîïëèííîñò³. Ñòðóêòóðíî-ìåõàí³÷í³ êîíñòàí- òè (ð³âíîâàæíèé ìîäóëü Å, óìîâíî-ìèòòºâèé ìî- äóëü Å1, åëàñòè÷íèé ìîäóëü Å2), ïîòð³áí³ äëÿ ê³ëüê³ñíî¿ îö³íêè ñòðóêòóðîâàíèõ äèñïåðñíèõ ñèñòåì, âèçíà÷àëè ó ñòàòè÷íèõ óìîâàõ íà ïðè- ëàä³ Åéëåðà–Ðåá³íäåðà [8]. Ó äèíàì³÷íèõ óìî- âàõ ðåîëîã³÷í³ âëàñòèâîñò³ äèñïåðñ³é ï³ðîãåííî- ãî êðåìíåçåìó (íàïðóãó çñóâó Ð ïðè ð³çíèõ ãðà- ä³ºíòàõ øâèäêîñò³ çñóâó γ) äîñë³äæóâàëè çà äîïîìîãîþ ðîòàö³éíîãî â³ñêîçèìåòðà Rheotest 2.1 ³ç âèêîðèñòàííÿì öèë³íäðè÷íî¿ ñèñòåìè â ä³àïà- çîí³ øâèäêîñòåé çñóâó â³ä 9 äî 1312 ñ–1. Â³äíîñíà ïîõèáêà âèì³ðþâàíü ñòàíîâèëà δI = ±4%. Ðåî- ãðàìè ðåºñòðóâàëè çà äîïîìîãîþ ñàìîïèñöÿ Line Recorder TZ 4620. Çà âèçíà÷åíèìè âåëè÷èíàìè íàïðóãè çñóâó Ð òà ãðàä³ºíòà øâèäêîñò³ çñóâó γ îá÷èñëþâàëè äèíàì³÷íó â’ÿçê³ñòü: Åëåêòðîôîðåòè÷í³ äîñë³äæåííÿ (ζ-ïîòåíö³à- ëó) é äîñë³äæåííÿ ðîçïîä³ëó ÷àñòèíîê çà ðîçì³- ðîì (åôåêòèâíîãî ä³àìåòðà) áóëî çä³éñíåíî íà ïðèëàä³ Zetasizer 3000 (Malvern Instruments), ðîáîòà ÿêîãî áàçóºòüñÿ íà ëàçåðí³é êîðåëÿö³éí³é ñïåêòðîñêîï³¿ (ËÊÑ, λ = 633 íì, θ = 90°, ïðîãðà- ìà âåðñ³¿ 1.3). Äîêëàäíî öåé ìåòîä îïèñàíî â ðîáîò³ [9]. Åëåêòðîïðîâ³äí³ñòü íà çì³ííîìó ñòðóì³ âè- çíà÷àëè çà äîïîìîãîþ öèôðîâèõ âèì³ðþâà÷³â L,C,R Å7-8 òà Å7-12 ³ íà ïîñò³éíîìó ñòðóì³ çà äîïîìîãîþ óí³âåðñàëüíîãî âîëüòìåòðà Â7-26 â êîì³ðö³ ßÂ-1 ³ç íåðæàâ³þ÷î¿ ñòàë³. Åëåêòðî- ïðîâ³äí³ñòü íà ïîñò³éíîìó ñòðóì³ ðîçðàõîâó- âàëè ç åêñïåðèìåíòàëüíî îòðèìàíèõ çíà÷åíü îïîðó R. Ñïåêòðè òåðìîñòèìóëüîâàíî¿ äåïîëÿðèçàö³¿ (ÒÑÄ-ñïåêòðè) îòðèìóâàëè íà ñïåêòðîìåòð³ îðè- ã³íàëüíîãî ðîçðîáëåííÿ ÑÊÁ (Ðîñ³ÿ, ì. Àí- ãàðñüê). Çðàçêè ïîëÿðèçóâàëè åëåêòðè÷íèì ïî- ëåì ³ç íàïðóæåí³ñòþ Å = 2·105 Â/ì ïðè Ò = 260– 265 K ïðîòÿãîì 2 õâ, ïîò³ì îõîëîäæóâàëè â ïîë³ äî 90 Ê, ï³ñëÿ ÷îãî íàãð³âàëè áåç ïîëÿ ç³ øâèäê- ³ñòþ h = 0,05 K/ñ äî 265 K. Ñòðóì, îáóìîâëåíèé äåïîëÿðèçàö³ºþ çðàçêà, ðåºñòðóâàëè çà äîïîìî- ãîþ âèñîêîîìíîãî öèôðîâîãî âîëüòìåòðà Â7-30, ùî äàº çìîãó çä³éñíþâàòè âèì³ðþâàííÿ â ä³à- ïàçîí³ 10-13–10-7 A. Â³äíîñíà ïîõèáêà âèì³ðþ- âàííÿ ñòàíîâèëà dI = ±5%, δT = ±2 äëÿ òåìïåðà- òóðè òà δh = ±5% äëÿ øâèäêîñò³ íàãð³âàííÿ. Çðàçêè äëÿ äîñë³äæåíü ãîòóâàëè øëÿõîì äèñ- ïåðãóâàííÿ óëüòðàçâóêîì (ÓÇ) äîñë³äæóâàíèõ îêñèä³â (äèñïåðãàòîð ÓÇÄÍ-À, ÷àñòîòà 22 êÃö) â äå³îí³çîâàí³é äèñòèëüîâàí³é âîä³ âïðîäîâæ 3 õâ. Çíà÷åííÿ ðÍ äèñïåðñ³é ðåãóëþâàëè äîäà- âàííÿì 0,1 Ì ðîç÷èí³â HCl àáî NaOH. Ñòðóêòóðà òà ìîðôîëîã³ÿ íàíîêðåìíåçåìó, îäåðæàíîãî ï³ðîãåííèì ìåòîäîì, çàëåæàòü â³ä óìîâ ñèíòåçó, ÿêèé çä³éñíþºòüñÿ øëÿõîì ïàðî- ãàçîâîãî ã³äðîë³çó SiCl4 ó âîäíåâî-ïîâ³òðÿíîìó ïîëóì’¿ çà òåìïåðàòóðè 1373–1673 Ê [10]. Ñå- ðåäí³é ä³àìåòð ïåðâèííèõ ÷àñòèíîê ï³ðîãåííîãî êðåìíåçåìó ñòàíîâèòü 5–50 íì [11]. Ïåðâèíí³ ÷à- ñòèíêè ùå â ïðîöåñ³ ñèíòåçó óòâîðþþòü äîñèòü ñòàá³ëüí³ àãðåãàòè (50–500 íì), ÿê³, ñâîºþ ÷åðãîþ, óòâîðþþòü ìåíø ñò³éê³ àãëîìåðàòè (>1 ìêì), à ç àãëîìåðàò³â ôîðìóþòüñÿ âèäèì³ ÷àñòèí- êè (ôëîêóëè 0,1–1 ìì òà á³ëüø³) [10, 11]. ÓÇ-îáðîáêà âîäíèõ äèñïåðñ³é íàíîêðåìíå- çåìó ðóéíóº àãëîìåðàòè é ÷àñòêîâî àãðåãàòè, ùî ìîæíà â³äñòåæèòè çà äîïîìîãîþ ìåòîäó ëàçåðíî¿ êîðåëÿö³éíî¿ ñïåêòðîñêîï³¿. Çä³éñíåí³ íàìè äîñë³äæåííÿ ðîçïîä³ëó ÷àñòèíîê çà ðîç- ì³ðàìè ó âîäíèõ äèñïåðñ³ÿõ íàíîêðåìíåçåìó ç êîíöåíòðàö³ºþ òâåðäî¿ ôàçè â³ä 0,6 ìàñ.% äî 3 ìàñ.% ñâ³ä÷àòü, ùî ï³ñëÿ ÓÇ-îáðîáêè ïðîòÿãîì 3 õâ ñåðåäí³é åôåêòèâíèé ä³àìåòð ÷àñòèíîê (ÿêèé ñêëàäàºòüñÿ ³ç ñåðåäíüîãî ä³àìåòða ïåðâèííèõ ÷àñòèíîê òà àãðåãàò³â) ñòàíîâèòü 100 íì. Ïðè äîñë³äæåíí³ ñòðóêòóðíî-ìåõàí³÷íèõ âëàñ- òèâîñòåé âîäíèõ äèñïåðñ³é íàíîêðåìíåçåìó ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 19 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Òàáëèöÿ 1. Ñòðóêòóðíî-ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ âèõ³äíèõ âîäíèõ äèñïåðñ³é êðåìíåçåìó À-300 Ïðèì. Çíà÷åííÿ åôåêòèâíî¿ â’ÿçêîñò³ äèñïåðñ³é ³ç êîíöåíòðàö³ºþ êðåìíåçåìó â³ä 3 ìàñ.% òà âèùå íàâåäåíî äëÿ ãðàä³ºíòà øâèäêîñò³ çñóâó 1312 ñ-1. Äèñïåðñ³¿ ãîòóâàëè øëÿõîì ìåõàí³÷íîãî ïåðåì³øóâàííÿ. ñë³ä ï³äêðåñëèòè âàæëèâ³ñòü êîíöåíòðàö³éíîãî ôàêòîðà. Ç îãëÿäó íà íüîãî ä³àïàçîí êîíöåíò- ðàö³é òâåðäî¿ ôàçè ìîæíà ïîä³ëèòè íà ê³ëüêà ä³ëÿ- íîê, äå ñòðóêòóðíî-ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ âè- çíà÷àþòüñÿ ð³çíèìè ïðîöåñàìè é õàðàêòåðèçóþòü- ñÿ íåîäíàêîâî. Òàêèì ä³ëÿíêàì â³äïîâ³äà- þòü â³ëüíîäèñïåðñíèé ³ çâ’ÿçàíîäèñïåðñíèé ñòàíè ñèñòåìè, õî÷à ìîæóòü áóòè é ïåðåõ³äí³ ñòàíè (÷àñ- òèíêè çâ’ÿçàíî â îêðåì³ íåù³ëüí³ àãðåãàòè é àã- ëîìåðàòè, ÿê³ íå óòâîðþþòü ñóö³ëüíî¿ ñòðóê- òóðè). Òî÷êîþ ðîçä³ëåííÿ öèõ ä³ëÿíîê º êðèòè÷- íà êîíöåíòðàö³ÿ ñòðóêòóðîóòâîðåííÿ (ÊÊÑ). Îñê³ëüêè ïðîöåñ ñòðóêòóðîóòâîðåííÿ ìàº ê³íå- òè÷íèé õàðàêòåð ³ éîãî øâèäê³ñòü çàëåæèòü â³ä êîíöåíòðàö³¿ äèñïåðñ³¿, â çàãàëüíîìó âèïàäêó ðîç- ð³çíÿþòü òðè ÊÊÑ [8]: ÊÊÑ-1 â³äïîâ³äàº óòâîðåííþ íåñê³í÷åííîãî êëàñòåðà (ÍÊ) ïðè τ → (äå τ – ÷àñ). Ó òàêîìó ðàç³ äîñÿãàºòüñÿ êîîðäèíàö³éíå ÷èñëî N, íèæ÷å â³ä ÿêîãî ñóö³ëüíà ñòðóêòóðà (ÍÊ) â äèñïåðñ³¿ íå óòâîðþºòüñÿ; ÊÊÑ-2 â³äïîâ³äàº ôîðìóâàííþ ÍÊ ïðè τ → 0, òîáòî ñòðóêòóðà óòâîðþºòüñÿ îäðàçó ï³ñëÿ ïðè- ãîòóâàííÿ äèñïåðñ³¿; Ðèñ. 3. Çàëåæí³ñòü ãóñòèíè ïîâåðõíåâîãî çàðÿäó êðåì- íåçåìó σ (1) òà ζ-ïîòåíö³àëó (2) â³ä ðÍ Ðèñ. 4. ÒÑÄ-ñïåêòðè äèñïåðñ³é ï³ðîãåííîãî êðåìíå- çåìó ó âîä³ çà ð³çíèõ çíà÷åíü ðÍ: ðÍ = 3,7 (1); ðÍ = 1,0 (2); ðÍ = 10,2 (3) ζ- ïî òå íö ³à ë, ì Â 1Å-7 1Å-8 1Å-9 1Å-10 1Å-11 100 120 140 160 180 200 220 Ò, Ê 1 3 2 I, A 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 pH 2 1 σ, ì êÊ /ì 2 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 ζ-ïîòåíö³àë, ìÂ 20 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 ÊÊÑ-3 – ãðàíè÷íà ÊÊÑ, ùî â³äïîâ³äàº ìàê- ñèìàëüíîìó âì³ñòó òâåðäî¿ ôàçè â ñèñòåì³. Ó ïðîïîíîâàí³é ðîáîò³ íàäàë³ ï³ä ÊÊÑ ñë³ä ðîçóì³òè ÊÊÑ-1. Çà êîíöåíòðàö³é äèñïåðñ³é, íèæ- ÷èõ â³ä ÊÊÑ, ñóö³ëüíà ñòðóêòóðà â äèñïåðñ³ÿõ îêñèä³â íå óòâîðþºòüñÿ, ïðîòå ¿õí³ ðåîëîã³÷í³ âëàñòèâîñò³ â³äð³çíÿþòüñÿ â³ä ïðèòàìàííèõ íüþ- òîí³âñüê³é ð³äèí³. Äëÿ äèñïåðñ³é À-300 ÊÊÑ âèçíà÷àëè çà çíà- ÷åííÿìè ñòðóêòóðíî-ìåõàí³÷íèõ õàðàêòåðèñòèê ó ñòàí³ ñòàòè÷íî¿ ð³âíîâàãè (Å, Å1 ³ Å2), çà âåëè÷è- íîþ â’ÿçêîñò³ ó ñòàí³ äèíàì³÷íî¿ ð³âíîâàãè (η) òà â³çóàëüíî – çà âòðàòîþ ëåãêîïëèííîñò³ (òàáë. 1). Òàê, çà â³çóàëüíèìè ñïîñòåðåæåííÿìè, ì³í³ìàëü- íà êîíöåíòðàö³ÿ À-300, çà ÿêî¿ äèñïåðñ³ÿ âòðà- ÷àº ëåãêîïëèíí³ñòü ³ ïåðåõîäèòü ó ãåëåïîä³áíèé ñòàí, ñòàíîâèòü 7,5 ìàñ.%. Ö³é êîíöåíòðàö³¿ â³äïîâ³äàº ³ñòîòíå çá³ëüøåííÿ ìîäóë³â çñóâó (Å, Å1 òà Å2). Òîìó çàçíà÷åíà êîíöåíòðàö³ÿ º ö³êà- âîþ ç ïîãëÿäó äîñë³äæåííÿ ðåîëîã³÷íèõ âëàñòè- âîñòåé ñòðóêòóðîâàíèõ ð³äèí, íà ÿê³ âïëèâàº ñòðóêòóðà äèñïåðñ³¿. Âèçíà÷èâøè ÊÊÑ äëÿ âèõ³äíèõ äèñïåðñ³é íàíîêðåìíåçåìó, âïëèâ ðÍ äîñë³äæóâàëè äëÿ äèñïåðñ³é çðàçêà ç êîíöåíòðàö³ºþ 7,5 ìàñ.%. Äîñë³äæåííÿ ïîêàçàëè, ùî ïåðåõ³ä ³ç â³ëüíîäèñïåðñíî¿ äî çâ’ÿçàíîäèñïåðñíî¿ ñèñ- òåìè â³äáóâñÿ ò³ëüêè ó âèõ³äí³é äèñïåðñ³¿ êðåìíåçåìó (ðÍ = 3,7) çà 14 ä³á. Äîäàâàííÿ ÿê ëóãó (NaOH), òàê ³ êèñëîòè (ÍÑl) ïåðåøêîä- æàº ïðîöåñàì ãåëåóòâîðåííÿ. Âèòðèìêà òà- êèõ äèñïåðñ³é ïðîòÿãîì 60 ä³á íå ïðèçâåëà äî óòâîðåííÿ ãåëþ â äèñïåðñ³ÿõ ï³ðîãåííîãî êðåìíåçåìó. Ïðîòå ðåîëîã³÷í³ âëàñòèâîñò³ äèñïåðñ³é ï³ðî- ãåííîãî êðåìíåçåìó ñóòòºâî â³äð³çíÿþòüñÿ ïðè äîäàâàíí³ êèñëîòè àáî ëóãó (ðèñ. 1). Ìàêñè- ìàëüí³ çíà÷åííÿ â’ÿçêîñò³ ñïîñòåð³ãàþòüñÿ äëÿ âèõ³äíèõ äèñïåðñ³é êðåìíåçåìó, ùî óçãîäæóºòüñÿ ç óòðàòîþ ëåãêîïëèííîñò³. Òàê³ äèñïåðñ³¿ ìàþòü âèðàæåí³ òèêñîòðîïí³ âëàñòèâîñò³ (ðèñ. 2, êðèâà 1). Ïðè äîäàâàíí³ íåçíà÷íî¿ ê³ëüêîñò³ êèñëîòè ÷è ëóãó â³äáóâàºòüñÿ çíèæåííÿ â’ÿçêîñò³ (ðèñ. 1), àëå ïðè çá³ëüøåíí³ êîíöåíòðàö³¿ â³äì³ííîñò³ ùîäî âïëèâó êèñëîòè òà ëóãó ñòàþòü ïîì³òí³øèìè. Ïðè çíèæåíí³ ðÍ íèæ÷å â³ä äâîõ (òîáòî íèæ÷å â³ä ³çîåëåêòðè÷íî¿ òî÷êè êðåìíåçåìó) çàçíà÷à- þòü çðîñòàííÿ â’ÿçêîñò³, õî÷à âòðàòè ëåãêîïëèí- íîñò³ íå â³äáóâàºòüñÿ é ñèñòåìè çàëèøàþòüñÿ òèêñîòðîïíèìè, ïðè÷îìó ç³ çíèæåííÿì ðÍ òèê- ñîòðîïí³ âëàñòèâîñò³ ïîñëàáëþþòüñÿ (ðèñ. 2, êðèâà 2). Òàê³ â³äì³ííîñò³ ìîæóòü õàðàêòåðèçóâàòè ö³ëêîì ð³çí³ ìåõàí³çìè ñòðóêòóðîóòâîðåííÿ â äèñïåðñ³ÿõ êðåìíåçåìó â êèñëîìó òà ëóæíîìó ñåðåäîâèùàõ. Ìîæíà âèä³ëèòè òðè òèïè ð³çíèõ çàëåæíîñòåé çì³íè äèíàì³÷íî¿ â’ÿçêîñò³ ç ÷à- ñîì. Äî ïåðøîãî òèïó – êëàñè÷íèõ òèêñîòðîï- íèõ ñèñòåì ìîæíà â³äíåñòè âèõ³äíó äèñïåðñ³þ êðåìíåçåìó ç êîíöåíòðàö³ºþ 7,5 ìàñ.% SiO2 ç ðÍ 3,7; äëÿ íèõ õàðàêòåðíå çìåíøåííÿ â’ÿç- êîñò³ ç³ çá³ëüøåííÿì ãðàä³ºíòà øâèäêîñò³ çñó- âó âíàñë³äîê ðóéíóâàííÿ âèõ³äíî¿ ñòðóêòóðè òà çá³ëüøåííÿ â’ÿçêîñò³ ïðè çâîðîòíîìó ïðîöåñ³ âíàñë³äîê ÷àñòêîâîãî â³äíîâëåííÿ ñòðóêòóðè (ðèñ. 2, êðèâà 1). Äî äðóãî¿ ãðóïè íàëåæèòü äèñïåðñ³ÿ ï³ðîãåííîãî êðåìíåçåìó â êèñëîìó ñåðåäîâèù³ (ïðè ðÍ < 2). Äëÿ íå¿ ñïîñòåð³ãàºòü- ñÿ çìåíøåííÿ â’ÿçêîñò³ ç³ çá³ëüøåííÿì ãðàä³º- íòà øâèäêîñò³ çñóâó, ÿê ³ â ïîïåðåäíüîìó âè- ïàäêó, àëå ïðè çâîðîòíîìó ïðîöåñ³ çá³ëüøåííÿ â’ÿçêîñò³, ÿêå â³äïîâ³äàº â³äíîâëåííþ ñòðóêòó- ðè, ïðàêòè÷íî íå â³äáóâàºòüñÿ (ðèñ. 2, êðèâà 2). Òðåòÿ ãðóïà îõîïëþº âñ³ äèñïåðñ³¿ ï³ðîãåííîãî êðåìíåçåìó ç ðÍ > 9, äëÿ ÿêèõ õàðàêòåðíà ðå- îïåêñíà àáî äèëàòàíòíà ïîâåä³íêà: ïðè çá³ëüøåíí³ ãðàä³ºíòà øâèäêîñò³ çñóâó ñïîñòå- ð³ãàºòüñÿ çìåíøåííÿ äèíàì³÷íî¿ â’ÿçêîñò³, ïîò³ì ïðè ñòàëîìó ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíí³ ãðàä³ºíòà ñïîñòåð³ãàºòüñÿ ñïî÷àòêó çá³ëüøåí- íÿ äèíàì³÷íî¿ â’ÿçêîñò³ ç ïîäàëüøèì íåçíà÷- íèì çìåíøåííÿì (ðèñ. 2, êðèâà 3). Ïðè çâîðîò- íîìó ïðîöåñ³ â³äáóâàºòüñÿ çíà÷íå çá³ëüøåííÿ äèíàì³÷íî¿ â’ÿçêîñò³. Î÷åâèäíî, ùî ìåõàí³çìè ñòðóêòóðîóòâîðåííÿ â êèñëîìó é ëóæíîìó ñå- ðåäîâèùàõ òà çà â³äñóòíîñò³ HCl ³ NàÎÍ ñóò- òºâî ð³çíÿòüñÿ. Îñê³ëüêè, ÿê çàçíà÷àëîñÿ, ñèëè â³äøòîâõóâàí- íÿ çíà÷íîþ ì³ðîþ çàëåæàòü â³ä åëåêòðîñòàòè÷- íî¿ ñêëàäîâî¿ ðîçêëèíþâàëüíîãî òèñêó (òîáòî â³ä áóäîâè ÏÅØ), áóëî äîñë³äæåíî ðÍ-çàëåæí³ñòü ãóñòèíè ïîâåðõíåâîãî çàðÿäó (σ) òà ζ-ïîòåíö³àëó ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 21 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 (ðèñ. 3). Íà ðèñ. 3 âèäíî, ùî äëÿ äîñë³äæóâàíîãî êðåìíåçåìó â êèñëîìó ñåðåäîâèù³ (ðÍ < 3) ÿê σ, òàê ³ ζ-ïîòåíö³àë ìàþòü çíà÷åííÿ, áëèçüê³ äî íóëÿ. Öå äàº çìîãó îö³íèòè âíåñîê åëåêòðî- ñòàòè÷íî¿ ñêëàäîâî¿ ðîçêëèíþâàëüíîãî òèñêó â ö³é îáëàñò³ ÿê íåçíà÷íèé. Ñóòòºâå çðîñòàííÿ ãóñ- òèíè ïîâåðõíåâîãî çàðÿäó ñïîñòåð³ãàºòüñÿ ïðè ðÍ > 8, ùî ñóïðîâîäæóºòüñÿ çá³ëüøåííÿì ã³äðàòíî¿ îáîëîíêè íàâêîëî íàíî÷àñòèíîê êðåì- íåçåìó òà ñèë â³äøòîâõóâàííÿ ì³æ íèìè. Ó ö³é ñàì³é îáëàñò³ ðÍ ñïîñòåð³ãàºòüñÿ ðåîïåêñíà àáî äèëàòàíòíà ïîâåä³íêà äîñë³äæóâàíèõ äèñïåðñ³é íàíîêðåìíåçåìó. Ïðèñóòí³ñòü ó ñèñòåì³ ïîòåíö³àëâèçíà÷àëü- íîãî åëåêòðîë³òó ñóòòºâî çì³íþº áóäîâó ÏÅØ ³ ã³äðàòíî¿ îáîëîíêè íàâêîëî ÷àñòèíîê, à êð³ì òîãî, é ñòðóêòóðó îá’ºìíî¿ âîäè çàãàëîì. Ìåòîä ÒÑÄ (òåðìîñòèìóëüîâàíî¿ äåïîëÿðèçàö³¿) äàº çìîãó äîñë³äèòè ñòðóêòóðó òà ô³çè÷í³ âëàñòèâîñò³ êëàñòåð³â âîäè â ñèñòåì³. Íà ðèñ. 4 íàâåäåíî ÒÑÄ-ñïåêòðè äëÿ âèõ³äíîãî çðàçêà äèñïåðñ³¿ ï³ðîãåííîãî êðåìíåçåìó é äèñïåðñ³é êðåìíåçå- ìó ç êîíöåíòðàö³ºþ 7,5 ìàñ.% SiO2 ïðè ðÍ 1,0 ³ 10,2. ²íòåíñèâí³ñòü ñïåêòðà òåðìîñòèìóëüîâà- íî¿ äåïîëÿðèçàö³¿ äëÿ äèñïåðñ³¿ êðåìíåçåìó â êèñëîìó ñåðåäîâèù³ (ðÍ ~1) ³ñòîòíî âèùà çà ³íòåíñèâíîñò³ âèõ³äíîãî ÒÑÄ-ñïåêòðà òà ÒÑÄ-ñïåêòðà äèñïåðñ³¿ êðåìíåçåìó â ëóæíîìó ñåðåäîâèù³ (ðÍ ~10,2) (ðèñ. 4). Çâ³äñè âèïëè- âàº, ùî íà áóäîâó òà âëàñòèâîñò³ êëàñòåð³â âîäè íàéñóòòºâ³øå âïëèâàº ñàìå íàÿâí³ñòü ïðîòîí³â. Ðóõëèâ³ñòü ïðîòîíà º íàéá³ëüøîþ ùîäî âñ³õ íîñ³¿â çàðÿäó, ³ ÿê äëÿ âîäè, òàê ³ äëÿ ëüîäó âîíà ñòàíîâèòü ïðèáëèçíî 2,5·10–3 ñì2ñ–1Â–1 [12]. Ðóõ- ëèâ³ñòü ³îí³â ÎÍ– ó ëüîä³ íà òðè ïîðÿäêè ìåí- øà, í³æ ó âîä³, ùî ïîÿñíþº ³ñòîòíå çìåíøåííÿ ñòðóìó äåïîëÿðèçàö³¿, ÿêå ñïîñòåð³ãàºòüñÿ äëÿ äèñïåðñ³¿ êðåìíåçåìó â ëóæíîìó ñåðåäîâè- ù³ (ðèñ. 4). Îêð³ì òîãî, â ëóæíîìó ñåðåäîâèù³ â³äáóâàºòüñÿ ïåâíèé ïåðåðîçïîä³ë ³íòåíñèâíîñò³ ï³ê³â ³ çì³ùåííÿ ïîëîæåííÿ ¿õí³õ ìàêñèìóì³â ùîäî òåìïåðàòóðè ïîð³âíÿíî ç âèõ³äíèì (ðÍ = 3,7). Íà ïîñò³éíîìó ñòðóì³ ïèòîìà ïðîâ³äí³ñòü äèñïåðñ³¿ ï³ðîãåííîãî êðåìíåçåìó çíèæóºòü- ñÿ ç³ çá³ëüøåííÿì ðÍ (ðèñ. 5à), ùî ïîâ’ÿçàíî ç³ çìåíøåííÿì êîíöåíòðàö³¿ â³ëüíèõ íîñ³¿â çà- ðÿäó, ÿêèìè â öüîìó ðàç³ âèñòóïàþòü ïðîòî- íè. Öå âèÿâëÿºòüñÿ â ìàéæå ë³í³éí³é çàëåæ- Ðèñ. 5. Çàëåæí³ñòü â³ä ðÍ åëåêòðîïðîâ³äíîñò³ íà ïîñò³éíîìó ñòðóì³ (à) òà íà çì³ííîìó ñòðóì³ (á) çà ÷àñòîò 1 ÌÃö (êðèâà 1) ³ 1 êÃö (êðèâà 2) äëÿ äèñïåðñ³é ï³ðîãåííîãî êðåìíåçåìó ç êîíöåíòðàö³ºþ òâåðäî¿ ôàçè 7,5 ìàñ.% à á 350 300 250 200 150 100 50 1 10 pH G, μS·m-1 1000 800 600 400 200 0 0 2 4 6 8 10 ðÍ 1 2 G, μS·m-1 22 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 íîñò³ ïèòîìî¿ ïðîâ³äíîñò³ â³ä ðÍ ó êèñëîìó ñåðåäîâèù³. Ïîäàëüøå çìåíøåííÿ ïèòîìî¿ ïðîâ³äíîñò³ ïðè ïåðåõîä³ â ëóæíå ñåðåäîâèùå ñâ³ä÷èòü ïðî òå, ùî âíåñîê ³íøèõ â³ëüíèõ íîñ³¿â çàðÿäó (Nà+, Ñl–, ÎÍ–) çà çàçíà÷åíèõ óìîâ äîñë³äæåííÿ íåñóòòºâèé ïîð³âíÿíî ç ³îíàìè Í+. Íà çì³ííîìó ñòðóì³ çà ÷àñòîòè 1 ÌÃö (ðèñ. 5á) â³ëüí³ çàðÿäè íå áåðóòü ó÷àñò³ â ïåðåíåñåíí³ ñòðóìó, òîìó çàëåæíî â³ä ðÍ (òîáòî â³ä çì³íè êîíöåíòðàö³¿ Í+, Nà+, Cl–, ÎÍ–) ïèòîìà ïðîâ³äí³ñòü çì³íþºòüñÿ íå³ñòîòíî. Íà çì³ííîìó ñòðóì³ çà ÷àñòîòè 1 êÃö ó ïåðåíåñåíí³ ñòðóìó áåðóòü ó÷àñòü ÿê â³ëüí³ çàðÿäè, òàê ³ çâ’ÿçàí³, òîìó â³äáóâàºòüñÿ ñïî÷àòêó çìåíøåííÿ ïðî- â³äíîñò³ ç ï³äâèùåííÿì ðÍ óíàñë³äîê çìåíøåí- íÿ êîíöåíòðàö³¿ Í+ ³ Cl–. Íàéìåíøà ïðîâ³äí³ñòü ñïîñòåð³ãàºòüñÿ â ³íòåðâàë³ ðÍ 3,7–6,5, ùî êîðå- ëþº ç äàíèìè ÒÑÄ-ñïåêòðîñêîï³¿, äå ïðè ðÍ 3,7 ÒÑÄ-ñïåêòð ñóòòºâî â³äð³çíÿºòüñÿ â³ä ÒÑÄ-ñïåê- òðà ïðè ðÍ 0,9 (òîáòî âïëèâ íà åëåêòðîô³çè÷í³ âëàñòèâîñò³ äèñïåðñ³¿ ïðè çì³í³ ðÍ ñåðåäîâèùà áóäå íàé³ñòîòí³øèì ïðè çìåíøåíí³ êîíöåíòðàö³¿ ïðîòîí³â íà òðè ïîðÿäêè). Ïðè ïîäàëüøîìó ï³äâèùåíí³ ðÍ ïðîâ³äí³ñòü çá³ëüøóºòüñÿ, ùî ïîâ’ÿçàíî ç³ çðîñòàííÿì ê³ëüêîñò³ â³ëüíèõ íîñ³¿â çàðÿäó. Âèñíîâêè Ó ðîáîò³ áóëî ïîêàçàíî, ùî ÊÊÑ âèõ³äíîãî êðåìíåçåìó À-300 ñòàíîâèòü 7,5 ìàñ.%. Óñòà- íîâëåíî, ùî çà òàêî¿ êîíöåíòðàö³¿ òâåðäî¿ ôàçè â ñèñòåì³ íàÿâí³ñòü ÿê êèñëîòè, òàê ³ ëóãó ïåðå- øêîäæàº ãåëåóòâîðåííþ â äèñïåðñ³¿ ï³ðîãåííî- ãî êðåìíåçåìó (ãåëåóòâîðåííÿ â³äáóâàëîñÿ ëèøå ó âèõ³äí³é äèñïåðñ³¿ ³ç ðÍ 3,7). Çíà÷åííÿ pH ñóòòºâî âïëèâàº íà åëåêòðîïî- âåðõíåâ³ âëàñòèâîñò³ òà ïðîöåñè ñòðóêòóðîóò- âîðåííÿ ó âîäíèõ äèñïåðñ³ÿõ íàíîêðåìíåçåìó. Ó ð³çíèõ ³íòåðâàëàõ pH ñïîñòåð³ãàºòüñÿ âèçíà- ÷àëüíà ðîëü åëåêòðîñòàòè÷íîãî àáî ñòðóêòóð- íîãî ôàêòîð³â àãðåãàòèâíî¿ ñò³éêîñò³. Ó ëóæíî- ìó ñåðåäîâèù³ äîì³íóº åëåêòðîñòàòè÷íèé ôàê- òîð, à ñò³éê³ñòü äèñïåðñíèõ ñèñòåì ìîæå áóòè îïèñàíî â ìåæàõ êëàñè÷íî¿ òåîð³¿ ÄËÔÎ. Âì³ñò êèñëîòè ³ñòîòíî âïëèâàº íà ðåîëîã³÷í³ âëàñòè- âîñò³ çà ðàõóíîê ïåðåâàæíî¿ ðîë³ ñòðóêòóðíîãî ôàêòîðà (ñòðóêòóðè ã³äðàòíèõ îáîëîíîê íàâêî- ëî íàíî÷àñòèíîê). Àãðåãàòèâíà ñòàá³ëüí³ñòü âèõ³äíèõ äèñïåðñ³é íàíîêðåìíåçåìó (pH = 3,7) âèÿâèëàñÿ íàéíèæ÷îþ: çàðÿä ïîâåðõí³ ïðè òàêî- ìó pH íèçüêèé ³ âïëèâ ñòðóêòóðíîãî ôàêòîðà ìåíøèé, àí³æ ïðè äîäàâàíí³ êèñëîòè. Òàêèì ÷èíîì, â ³íòåðâàë³ ðÍ â³ä 1 äî 10 äëÿ âîäíèõ äèñïåðñ³é íàíîêðåìíåçåìó ìîæíà âèîêðåìèòè òðè îáëàñò³ ç ð³çíèìè ìåõàí³çìàìè ñòðóêòóðî- óòâîðåííÿ. Ì.Ë. Ìàëèøåâà òà Â.². Çàðêî âèñëîâëþ- þòü ïîäÿêó ªâðîïåéñüêîìó êîì³òåòîâ³ (IRSES, ïðîåêò ¹ 230790) çà ô³íàíñîâó ï³äòðèìêó ðîáîòè. Èññëåäîâàíà êðèòè÷åñêàÿ êîíöåíòðàöèÿ ñòðóêòóðîîáðàçîâà- íèÿ (ÊÊÑ) äëÿ âîäíûõ äèñïåðñèé íàíîêðåìíåçåìà (260 ì2/ã), ïîëó÷åííîãî ïèðîãåííûì ñïîñîáîì, pH-çàâèñèìîñòè ðåî- ëîãè÷åñêèõ ñâîéñòâ òàêèõ äèñïåðñèé, ïëîòíîñòè ïîâåðõíîñò- íîãî çàðÿäà, ζ-ïîòåíöèàëà è ýëåêòðîïðîâîäíîñòè íà ïî- ñòîÿííîì è ïåðåìåííîì òîêå. Ìåòîäîì òåðìîñòèìóëèðî- âàííîé äåïîëÿðèçàöèè (ÒÑÄ) èññëåäîâàíû ðåëàêñàöèîííûå ïðîöåññû â êëàñòåðàõ âîäû íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç ïîâåðõ- íîñòü íàíîêðåìíåçåìà/âîäà è â îáúåìå ïðè ðàçíûõ çíà÷å- íèÿõ pH. Îòìå÷åíî, ÷òî ÊÊÑ äëÿ èñõîäíîé äèñïåðñèè íà- íîêðåìíåçåìà, ïðè êîòîðîé îñóùåñòâëÿåòñÿ ïåðåõîä èç ñâî- áîäíîäèñïåðñíîãî â ãåëåîáðàçíîå ñîñòîÿíèå, ñîñòàâëÿåò 7,5 ìàññ.%, íî â ïðèñóòñòâèè HCl èëè NaOH ïåðåõîäà â ãåëü íå íàáëþäàåòñÿ. Óâåëè÷åíèå êîíöåíòðàöèè H+ (ïðè äîáàâëåíèè HCl) ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà ýëåêòðîïðîâîä- íîñòü íà ïîñòîÿííîì òîêå è ðåëàêñàöèîííûå ïðîöåññû â êëàñòåðàõ âîäû, â òî âðåìÿ êàê âëèÿíèå äðóãèõ ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé çàðÿäîâ (Na+, Cl-, OH-) íåçíà÷èòåëüíî ïî ñðàâ- íåíèþ ñ H+. Êëþ÷åâûå ñëîâà: âîäíûå äèñïåðñèè, êðèòè÷åñêàÿ êîíöåí- òðàöèÿ ñòðóêòóðîîáðàçîâàíèÿ, pH, ðåîëîãè÷åñêèå ñâîé- ñòâà, ïëîòíîñòü ïîâåðõíîñòíîãî çàðÿäà, ζ-ïîòåíöèàë, ðåëàêñàöèÿ êëàñòåðîâ âîäû, ýëåêòðîïðîâîäíîñòü The critical concentration of structurization (CCS) for water dispersions of pyrogenic nanosilica (260 m2/g), effect of pH level on rheological characteristics, surface charge density, ζ-potential, electrical conductivity on direct and alternating current have been investigated. The processes of water clusters relaxation on nanosilica/water interface and in bulk at various values pH were studied by the method of thermally stimulated depolarization (TSD). It has been established, that CCS of nanosilica initial dispersion (at which this dispersion turn from free dispersed to gel-like state, was equal 7.5 w.%, but in presence HCl or NaOH ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 23 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 such transition was absent. The rising of H+ concentration (by HCl addition) essentially influences electrical conductivity on a direct current and relaxation processes in water clusters, while the effect of other free carriers of charges (Na+, Cl-, OH-) is less essential. Key words: aqueous dispersions, critical concentration of structurization, pH, rheological properties, surface charge density, ζ-potential, water clusters relaxation, electrical conductivity 1. Lyklema J. Fundamentals of Interface and Colloid Science: vol. IV. – Academic Press, New York–Toronto, 2005. 2. Äåðÿãèí Á.Â. Òåîðèÿ óñòîé÷èâîñòè êîëëîèäîâ è òîí- êèõ ïëåíîê. – Ì.:Íàóêà, 1986. – 206 ñ. 3. Effect of pH jn the pheological behavior of pure and interstratified smectite clays / S. Laribi, J.-M. Fleureau, J.-L. Grossiord, N. Kbir-Ariguib // Clays and Clay Minerals. – 2006. – 54, N 1. – P. 29–37. 4. Mikula ek P., Wakeman R.J., Marchant J.Q. The influence of pH and temperature on the rheology and stability of aqueous titanium dioxide dispersions // Chemical Engineering Journal. – 1997. – 67, N 1. – P. 97–102 5. Zhongwu Zhou, Scales P.J., Boger D.V. Chemical and physical control of the rheology of concentrated metal oxide suspensions // Chemical Engineering Science. – 2001. – 56, N 9. – P. 2901–2920. 6. Àéëåð Ð. Õèìèÿ êðåìíåçåìà: Ïåð. ñ àíãë. – Ì.: Ìèð, 1982. – 1127 ñ. 7. Êðóãëèöêèé Í.Í. Î÷åðêè ïî ôèçèêî-õèìè÷åñêîé ìåõà- íèêå. – Ê.: Íàóêîâà äóìêà, 1988. – 220 ñ. 8. Êðåìíåçåìû â ìåäèöèíå è áèîëîãèè / Ïîä ðåä. À.À. ×óéêî. – Êèåâ–Ñòàâðîïîëü, 1993. – 259 ñ. 9. Photon correlation spectroscopy investigations of proteins / V.M. Gun’ko, A.V. Klyueva, Y.N. Levchuk, R. Leboda // Adv. Colloid Int. Sci. – 2003. – 105. – P. 201–328. 10. ×óéêî Î.Î., Ìèðîíþê ².Ô., Îãåíêî Â.Ì. Ðîëü ñêëàäó ðåàêö³éíî¿ ñóì³ø³ òà äèíàì³êè ãàçîâîãî ïîòîêó â ï³ðî- ãåííîìó ñèíòåç³ âèñîêîäèñïåðñíîãî êðåìíåçåìó // Óêð. õ³ì. æóðí. – 2000. – 66, ¹ 9. – Ñ. 18–22. 11. Particle size of fumed silica / H. Barthel, M. Heinemann, M. Stintz, B. Wessely // An. Inter. Confer. Silica Sci. and Technol. «Silica-98». – Mulhouse, France, 1998. – P. 323–326. 12. Çàöåïèíà Ã.Í. Ñâîéñòâà è ñòðóêòóðà âîäû. – Ì.: Èçä-âî ÌÃÓ, 1974. – 166 ñ.

Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів

Institution

Ähnliche Einträge