Повідомлення про помилку

Warning: ini_set() [function.ini-set]: A session is active. You cannot change the session module's ini settings at this time in drupal_environment_initialize() (line 692 of /home/visnyk-nanu/www/includes/bootstrap.inc).

Вісник НАН України. 2017. № 1. С.30-40
https://doi.org/10.15407/visn2018.01.034

ГУНЬКО Володимир Мусійович
доктор хімічних наук, професор, завідувач відділу аморфних та структурно впорядкованих оксидів Інституту хімії поверхні ім. О.О.Чуйка
НАН України

http://orcid.org/0000-0001-6333-3441

МОДИФІКОВАНІ НАНООКСИДИ І КОМПОЗИТИ НА ЇХ ОСНОВІ РІЗНОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 8 листопада 2017 року

У доповіді проаналізовано результати дослідження характеристик та властивостей вихідних і модифікованих нанооксидів та композитів на їх основі, які мають широкий спектр практичного застосування як адсорбенти технічного і медичного призначення, наповнювачі полімерів, каталізатори, пігменти, загусники, носії лікарських сполук тощо.
Ключові слова: нанооксиди, модифікування поверхні, нанокомпозити, явища на межі поділу.

Вступ

Нанооксиди, синтезовані за високої температури пірогенним методом, мають широке застосування в промисловості (наповнювачі, пігменти, загусники, каталізатори тощо), медицині (сорбенти, ад’юванти, носії тощо), сільському господарстві та інших галузях [1–12].

Для зміни чи поліпшення певних властивостей нанооксидів (наприклад, адсорбційних чи їх властивостей як наповнювачів, носіїв, загусників) використовують різні методи модифікування поверхні нанооксидів, морфології і будови наночастинок [1–14]. При цьому постає ряд питань. Чи впливає реально наноструктурованість матеріалів на їхні властивості на мікро- і макрорівнях та на явища на межі поділу? Яким є вплив будови наночастинок простих, складних і гібридних наноматеріалів на властивості кінцевих продуктів (наповнених полімерів, композитів тощо)? Як впливає будова наноструктур на явища на межі поділу? Які наслідки хімічного, адсорбційного, геометричного і фізичного модифікування наночастинок? Як керувати зв’язком «будова — властивість» на нанорівні?

Упродовж кількох останніх десятиліть в Інституті хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України виконано значну кількість досліджень наноматеріалів різної природи, результати яких було узагальнено в монографіях, збірниках та оглядових статтях [10–12, 15–22]. У доповіді наведено лише результати досліджень, що стосуються морфологічних, текстурних, адсорбційних, каталітичних та інших властивостей нанооксидів, які відіграють вирішальну роль у практичному застосуванні цих матеріалів чи самих по собі, чи як компонентів нанокомпозитів.

Морфологічні і текстурні характеристики нанооксидів

Наноструктуровані матеріали мають різну природу. Це можуть бути оксиди металів чи неметалів, метали, вуглецеві 1D-, 2D- i 3D-структури, полімери, композити, гібридні структури тощо. За своєю морфологією наноструктуровані матеріали поділяються на пористі і непористі. Відомо, що матеріали, які складаються з непористих, слабо агрегованих наночастинок (наприклад, нанокремнезем) і мають робочу зовнішню поверхню, добре сорбують макромолекули і погано сорбують малі молекули чи іони [10–23]. Проте матеріали з пористих, сильно агрегованих наночастинок (наприклад, активоване вугілля, силікагель) з робочою зовнішньою і внутрішньою поверхнею, навпаки, погано сорбують макромолекули і добре сорбують малі молекули та іони. Крім того, будова та інші характеристики вторинних частинок (агрегатів первинних частинок і агломератів агрегатів) значною мірою впливають на властивості наноматеріалів. Ці особливості зумовлені характером розподілу пор за розміром (РПР), об’ємом пор (Vp), питомою поверхнею (S) (рис. 1), а також будовою поверхні [12–18]. Для більш детального вивчення морфології, текстури, будови поверхні, адсорбційних властивостей нанооксидів, композитів на їх основі та інших матеріалів потрібно одночасно використовувати кілька різних методів і підходів. Наприклад, СЕМ- і ТЕМ-мікрофотографії не дають повної картини відмінностей у характеристиках нанокремнезему А-300 і активованого вугілля (АВ) (рис. 2), оскільки на мікрофотографіях важко знайти суттєву різницю. Проте аналіз ізотерм адсорбції азоту (при 77,4 К) (рис. 2а) та РПР (рис. 2б) дає змогу визначити вплив нанопористості наночастинок АВ, що забезпечує значно вищі показники текстурних характеристик АВ за приблизно тих самих розмірів наночастинок цих матеріалів. Для визначення текстурних характеристик простих і складних матеріалів з різною формою пор було розроблено комплекс програм, який включає близько 100 адсорбційних рівнянь на основі різних підходів, а також методи самоузгодженої регуляризації (оригінальна розробка), метод максимальної ентропії, методи теорії функціоналу густини (ТФГ) тощо [24].

Повний текст