Коллоидный журнал

Проведено модифицирование поверхностей твердых тел (золота, серебра, полимеров) адсорбционными слоями различных модификаторов. Методами измерения краевых углов и пьезокварцевого микровзвешивания определены оптимальные условия модифицирования. Рассчитана степень заполнения поверхностей адсорбционным слоем и проведено сопоставление расчетных данных с результатами прямого измерения адсорбции. Определена поверхностная энергия модифицирующих слоев и показаны возможности применения модифицированных твердых тел в качестве функциональных материалов.

Разработан метод формирования гибридных мембран, состоящих из гидрофильной микропористой подложки и осажденного методом электроформования гидрофобного нановолоконного слоя полимера. В качестве гидрофильной микропористой подложки использовали трековую мембрану из полиэтилентерефталата, на поверхность которой для обеспечения адгезии нановолоконого слоя полимера методом магнетронного напыления наносили тонкий слой титана. Данный слой одновременно являлся электродом осадительного коллектора в процессе электроформования нановолоконного покрытия. Показано, что применение данного метода формирования полимерных покрытий при использовании в качестве исходного материала для образования нановолокон поливинилиденфторида позволяет получать слой, обладающий высокогидрофобными свойствами, угол смачивания поверхности которого в зависимости от плотности осаждения в среднем составляет 143.3 ± 1.3°. Исследование морфологии нановолоконного покрытия показывает, что он имеет типичную для нетканых материалов микроструктуру. Кроме того, нановолокна, образующие пористую систему данного слоя, имеют широкий разброс по размерам. Изучение молекулярной структуры нановолоконного слоя методами ИК-Фурье-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа показало, что в его структуре преобладает β-фаза, для которой характерен максимальный дипольный момент. Показано, что гибридные мембраны разработанного образца обеспечивают высокую селективность разделения при обессоливании водного раствора хлорида натрия с концентрацией 26.5 г/л методом мембранной дистилляции. Коэффициент солезадержания для мембран с плотностью нановолоконного слоя от 20.7 ± 0.2 до 27.6 ± 0.2 г/м² в исследованном режиме процесса мембранной дистилляции составляет 99.97-99.98%. Установлено, что использование высокогидрофобного нановолоконного слоя, обладающего развитой поровой структурой, в сочетании с гидрофильной микропористой основой позволяет повысить производительность процесса мембранной дистилляции. Значение максимального потока конденсата через мембраны при этом составляет в среднем 7.0 кг м²/ч и его величина зависит от плотности осажденного нановолоконного слоя.

Показана возможность управления смачивающей способностью материала, синтезированного в межфазном слое гетерогенной системы жидкость/жидкость, локальным колебательным воздействием. Исследовано влияние природы органической кислоты, металла и разбавителя на краевой угол материала, адгезированного к различным подложкам. Установлено, что при локальном колебательном воздействии синтезируется материал более упорядоченной структуры, с более высокой шероховатостью и меньшим содержанием воды, и, как следствие, с более высоким значением краевого угла. На исследованных подложках получены гидрофобные покрытия с краевыми углами от 100 до 163°, сохраняющие в течение длительного времени свои водоотталкивающие свойства во времени в атмосферных условиях.

На основе уравнения Пуассона-Больцмана рассматривается электростатическое взаимодействие двух заряженных диэлектрических сферических частиц в растворе симметричного электролита. Методом конечных элементов проведены расчеты сил взаимодействия между частицами одинакового радиуса при условии однородного распределения заряда на их поверхностях в отсутствии внешнего поля. Проведен анализ зависимости сил электростатического отталкивания частиц от величины этого заряда и диэлектрических проницаемостей веществ частиц и окружающей их среды.

Современная электроэнергетика широко использует для транспортировки электроэнергии воздушные линии высокого напряжения, для которых характерны проблемы коронного разряда и токов утечки, особенно в условиях дождя и снега. Одним из подходов по решению этих проблем является создание защитных покрытий, которые могут снизить коронирование в неблагоприятных погодных условиях. В данной работе представлено исследование гидрофильного кремнийорганического покрытия на основе аминопропилтриэтоксисилана и полиэтиленгликоля-400 для алюминиевых проводов. Проведенные исследования по оценке устойчивости покрытия к длительному контакту с водой, УФ-излучению и насыщенной озоном атмосфере показали, что гидрофильность покрытия увеличивается при этих воздействиях, что улучшает его противокоронные свойства. Таким образом, разработанное покрытие обладает перспективами для применения в энергетике, поскольку проявляет стойкость в эксплуатационных условиях.

Получены новые композитные материалы (ионогели) на основе высокопористых полимеров – полиамида-6,6 и полиэтилена высокого давления – и имидазолиевых ионных жидкостей. Предложен способ определения скорости удаления ионной жидкости из ионогеля, находящегося в контакте с водой, основанный на непрерывных измерениях проводимости водной фазы. Результаты кондуктометрических измерений подтверждены данными высокоэффективной жидкостной хроматографии. Показано, что наибольшая стабильность ионогелей при их контакте с водой определяется как гидрофобностью полимерной матрицы, так и растворимостью ионной жидкости в воде. Максимальная степень вымывания ионной жидкости (более 80%) наблюдается для композитов на основе пористого полиамида-6,6 (гидрофильная матрица) и дицианимида 1-бутил-3-метилимидазолия (неограниченно смешивается с водой). Наибольшую стабильность (степень удаления не более 53% за 1 сутки) продемонстрировали ионогели на основе полиэтилена высокого давления (гидрофобная матрица) и бис-(трифторметилсульфонил)имида 1-бутил-3-метилимидазолия (низкая (<1 масс. %) растворимость в воде). Предложенный метод анализа скорости растворения ионных жидкостей в воде использован для обсуждения механизма этого процесса.

В настоящее время для изготовления различных элементов конструкций успешно используются композиты на основе стекловолокна и эпоксидной смолы. Подобные конструкции нередко должны эксплуатироваться в экстремальных условиях, как Крайнего Севера, так и тропиков, которые оказывают разрушительное воздействие на материал, способствуя деградации его свойств. При этом важной характеристикой материалов является их водостойкость. Одним из способов защиты является использование органосиликатных покрытий (ОСП), получаемых на основе кремнийорганических лаков и высокодисперсных гидросиликатов. В статье представлены результаты лабораторных исследований и натурных испытаний, проведенных в районах с очень холодным, а также тропическим саванным и субэкваториальным климатом композитных и металлических материалов, защищенных ОСП. Объектами исследований были ОСП, полученные на основе связующего – лака КО-921, модифицированного для улучшения атмосферосойкости, в первую очередь, влагостойкости, полидиметилсилоксаном и эпоксидной смолой. Прослежена зависимость водопоглощения, угла смачивания и твердости ОСП от состава полимерных связующих; выявлены оптимальные концентрации этих прекурсоров. Результаты натурных испытаний показали, что разработанные ОСП сохраняют свои водооталкивающие свойства при длительной экспозиции в разных климатических условиях, что подтверждает их пригодность для защиты различных материалов, как в условиях тропиков, так и Крайнего Севера.

В последние два десятилетия создание и исследование супергидрофобных наноматериалов, основанных на «эффекте лотоса», привлекает большой интерес. Эффект обусловлен явлением гетерогенного смачивания шероховатых поверхностей, при котором впадины на поверхности заполнены воздухом (паром), а вода контактирует лишь с вершинами выступов. Капля образует на поверхности сферу и при небольшом наклоне скатывается, захватывая с собой частицы грязи. Для получения таких материалов разработано большое разнообразие методов, в том числе рассматриваются возможности ионно-трековой технологии (ИТТ).

Целью работы было исследование смачиваемости микрорельефа поверхности на примере двух материалов, различающихся изначальной степенью гидрофобности. Модификацией поверхности пленок поликарбоната и полипропилена с помощью ИТТ были получены образцы с максимальными углами смачивания водой 140º±5º и 151º±5º соответственно. Показано, что такие углы характерны для микрорельефа, на котором доля f соприкасающейся с каплей поверхности снижена до диапазона 0 < f < 0.3. Для увеличения вероятности скатывания капель с поверхности материала в определенном направлении были получены материалы с наклонным микрорельефом. В этом случае смачиваемость становится анизотропной. Капля теряет сферическую форму, деформируясь в направлении наклона игольчатых элементов рельефа. Установлено, что анизотропия смачиваемости выше при угле наклона элементов рельефа 45º, чем при 30º (относительно плоской поверхности).

Супергидрофильные медные поверхности с иерархической текстурой показали высокую эффективность для борьбы с инфекциями, связанными с оказанием медицинской помощи (ИСМП). Однако одним из ключевых недостатков таких поверхностей является их высокая механическая загрязняемость при санитарной обработке волокнистыми материалами. В данной работе предложен метод лазерной модификации супергидрофильных медных поверхностей, позволяющий повысить устойчивость поверхности к загрязнениям волокнами ткани при санитарной обработке. Показано, что после предложенной модификации морфологии, получающиеся поверхности сохраняют супергидрофильность, а после нанесения гидрофобного агента демонстрируют супергидрофобные свойства. Кроме того, предложенный метод модификации позволил повысить стойкость иерархической текстуры к абразивному износу, при сохранении высоких бактерицидных свойств поверхности. Полученные результаты указывают на возможность использования модифицированных текстурированных медных материалов в качестве бактерицидных поверхностей касания для борьбы с ИСМП в медицинских учреждениях.

Эффект самоочищения покрытий на основе диоксида титана основан на фотокаталитической окислительной способности и эффекте фотоиндуцированной супергидрофильности. Допирование металлами используют для повышения фотокаталитической активности, в то время как его влияние на гидрофильность поверхности практически не изучено. В связи с этим в работе было детально исследовано влияние гетеровалентного допирования диоксида титана фазы анатаз на его гидрофильные свойства. Тонкие пленки x-M-TiO₂, где М – Nb⁵⁺, Sc³⁺, Al³⁺, с концентрацией допанта в диапазоне 0.0-1.0 ат. %, были получены на стеклянных подложках из растворов соответствующих золей методом макания. Фазовый состав, содержание допанта на поверхности, микронапряжение решетки, кислотность поверхности и значения работы выхода электрона были определены и проанализированы для трех серий допированных образцов в зависимости от концентрации примеси. Гидрофильность поверхности нанопокрытий x-M-TiO₂ оценивали с помощью значений контактных углов воды и свободной поверхностной энергии. Показано, что допирование ионами ниобия изменяет смачиваемость диоксида титана, в то время как его гидрофильное состояние не изменяется при допировании скандием и алюминием. Установлено, что появление ионов ниобия в анатазе приводит к резкому увеличению гидрофильности поверхности с одновременным изменением кислотности и работы выхода, однако с увеличением содержания Nb электронный фактор становится доминирующим. Полученные кинетические зависимости фотоиндуцированного контактного угла воды показали увеличение гидрофильности поверхности всех исследуемых покрытий независимо от типа допанта в пределах исследуемых концентраций, что демонстрирует их способность к самоочищению. Вместе с этим конечное УФ-индуцированное гидрофильное состояние зависит от типа допанта. Максимальная гидрофильность поверхности достигается при УФ облучении Nb‑допированных TiO₂ независимо от его содержания, Al-допированная серия покрытий демонстрирует малые контактные углы, а фотоиндуцированная гидрофильность поверхностей Sc-допированных пленок диоксида титана уменьшается с увеличением содержания скандия.

Проведено исследование водоотталкивающих свойств поверхности металлокерамического покрытия защитного назначения на основе диоксида титана. Показано, что водоотталкивающие свойства поверхности покрытия можно эффективно менять, варьируя технологические параметры напыления. В процессе производства покрытий менялись такие технологические параметры, как расстояние от подложки до ствола детонационной пушки и скорость ее прохода. Выявлена закономерность, связывающая технологические параметры напыления покрытия детонационным способом и краевой угол. Установлено, что зависимости краевого угла от дистанции напыления подчиняется параболическому закону при определенных условиях. Рассчитаны параметры феноменологического уравнения, адекватно описывающего наблюдаемую параболическую зависимость. Определены оптимальные значения технологических параметров детонационного напыления, необходимые для достижения максимальной гидрофобности производимых покрытий.

Определены кинетические зависимости поверхностного натяжения, дилатационной динамической поверхностной упругости и эллипсометрических углов растворов сополимеров стирола и 4-винилбензилхлорида, модифицированного N,N-диметилдодециламином, а также микроморфология адсорбционных и нанесенных слоев данных полиэлектролитов. Все кинетические зависимости динамической поверхностной упругости оказались монотонными, в отличие от результатов для ранее исследованных растворов полиэлектролитов, не содержащих полистирольных фрагментов. Особенности поверхностных свойств исследованных растворов могут быть связаны с образованием микроагрегатов в поверхностном слое, препятствующих формированию петель и хвостов полимерных цепей у межфазной границы и, следовательно, уменьшению поверхностной упругости после локального максимума. На возникновение агрегатов с размерами 1 – 4 нм в Z направлении в поверхностном слое указывают также данные атомно-силовой микроскопии. Полученные результаты подтверждают сделанные ранее выводы об образовании агрегатов в поверхностном слое растворов полиэлектролитов, содержащих фрагменты полистиролсульфоната натрия (ПСС). Для нанесенных слоев исследованного полиэлектролита без мономеров стирола на водной подложке обнаружен двумерный фазовый переход к более плотной поверхностной фазе при поверхностных давлениях 25 – 30 мН/м и образование агрегатов с размером 40 нм в Z направлении.

It is well known that super-hydrophobic materials have a wide application prospect. However, many methods for preparing super-amphiphobic coatings are too complicated or have poor stability, which limits the practical application of super-amphiphobic materials. In this paper, a stable and durable super-amphiphobic coating is prepared on the fabric surface via a simple sol-gel method. The water and vegetable oil contact angles of this coating are 160.5° ± 0.8° and 154.8° ± 2.6°, respectively. Specifically, the super-amphiphobic coating is prepared by grafting nano-silica on the surface of the fabric by a simple Sol-gel method, and then grafted 1H, 1H, 2H,2H-perfluorodecyltrimethoxysilane (FAS-17) as a hydrophobic modifier. After various chemical and mechanical stability tests, including concentrated ammonia solution soaking, saturated sodium hydroxide solution soaking, concentrated salt solution soaking, and THF soaking with stirring, the coating still maintains hydrophobicity. And the coating has excellent air permeability, which is expected to have great potential in the field of special protection.

The green synthesis of gold nanoparticles (AuNPs-E) by bioreduction of chloroauric acid (HAuCl₄), using the aqueous extracts (E) of blackberry (Rubus spp.) leaves, was presented in this work. The E were obtained by maceration at room T and reflux extraction at boiling T, while the AuNPs-E were synthesized at room T and T=80°C. The synthesized AuNPs-E were structurally and physicochemically characterized by UV-Vis and FTIR spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, dynamic light scattering (DLS) and zeta potential measuring. The changes in the FTIR spectra suggested that biocompounds containing C=O, C-O-C, and OH functional groups play the main role as capping and stabilizing agents providing the stability of AuNPs-E confirmed by UV-Vis spectroscopy. The crystal structure was proved by XRD analysis confirming the (111) reflection plane at 2θ = 38.2° as dominant in the AuNPs-E face-centered cubic lattice. Negative zeta potential of AuNPs-E in the range of -11.67±0.45 and -17.70±0.27 mV suggests moderate stability of AuNPs-E with the average size in the range of 61.6±11.5 to 93.9±1.4 nm determined by DLS. The qualitative and quantitative presence of Au in the formed AuNPs-E, together with the elements from the extracts’ biomolecules, was proven by the EDX spectroscopy. Finally, the antioxidant and antibacterial activities of AuNPs-E were tested by DPPH test and disc diffusion method, respectively, suggesting that AuNPs-E synthesized by described method should be certainly taken into consideration, alone or in combination with the silver nanoparticles, in dermal and cosmetic preparations design.