Коллоидный журнал

Выполнен обзор литературы по исследованию явления фотоиндуцированного изменения гидрофильности поверхности тонких пленок оксидов металлов, лежащего в основе способности фотоактивных материалов к самоочищению. Новизна работы состоит в обобщении и критическом анализе обширного материала по представленной тематике с момента открытия в 1997 г. эффекта фотоиндуцированной супергидрофильности диоксида титана до настоящего времени. Изложена суть явления, описаны предлагаемые механизмы эффекта, приведены примеры влияния различных факторов на кинетику и термодинамику данного фотопроцесса. Предложен механизм процесса, основанный на фотоактивации и фотодезактивации поверхностных центров, ответственных за последующую реструктуризацию адсорбированных молекул воды в полислойном гидроксильно-гидратном покрове на поверхности оксидных пленок, приводящую к изменению свободной поверхностной энергии и, как следствие, гидрофильности поверхности. В заключение рассмотрены возможные пути управления смачиваемостью поверхности фотоактивных материалов с помощью света, среди которых особо отмечен способ создания гетероструктурных покрытий.

Макропористые упруговязкие криогели поливинилового спирта (ПВС) образуются в результате криогенной обработки (замораживание/выдерживание в замороженном состоянии/оттаивание) концентрированных растворов этого полимера. Такие материалы представляют значительный научный и прикладной интерес. То же самое относится и к различным комплексным и композиционным криогелям ПВС, содержащим, соответственно, растворимые и нерастворимые (наполнители) добавки. В данной работе получен и исследован новый тип органо-неорганических гибридных криогелей ПВС, содержащих кремнеземные компоненты. Эти гибридные криогели образовывались в результате реакции силиката натрия с соляной кислотой, вводимых в водный раствор ПВС непосредственно перед его криогенной обработкой, т.е. когда трансформация неорганических компонентов происходила одновременно с криотропным гелеобразованием ПВС. Установлено, что физико-механические свойства полученных образцов, их теплостойкость и макропористая морфология зависят от концентрации неорганических добавок и температурных условий криогенного процесса. При этом выявлено существенное влияние образующегося NaCl, а также дополнительно поляризованных водородных связей между OH-группами ПВС и силанольными группами образующихся in situ поли/олигокремниевых кислот на характеристики формирующихся в результате гибридных криогелей.

Проанализированы два подхода к расчету величины порога перколяции в полимерных нанокомпозитах – теория исключенного объема и модель, предложенная Ли и Кимом. Показано, что первый подход позволяет получать ориентировочную оценку порога, а второй приводит к простым формулам, которыми можно пользоваться, но с существенными поправками. Во-первых, необходимо учитывать результат решения задачи об узлах на решетке, во-вторых, более корректно усреднять ориентацию анизодиаметричных наночастиц. Проанализирована роль межфазных слоев.

Методом молекулярной динамики исследованы конформационные изменения полиамфолитных и однородно заряженных полипептидов, адсорбированных на поверхности поляризованного в поперечном направлении нанопровода, в том числе, при вращении вектора поляризующего электрического поля. На поверхности поляризованного в поперечном направлении нанопровода наблюдалось вытягивание макромолекулярной опушки полиамфолитного полипептида в направлении поляризации, а однородно заряженный полипептид смещался в поляризованную область поперечного сечения с зарядом, противоположным знаку заряда звеньев макроцепи. Отношение толщины опушки в направлении поляризации к ее толщине в ортогональном направлении в поперечном сечении оказалась тем больше, чем больше расстояние между разноименно заряженными звеньями в полиамфолитном полипептиде. Во вращающемся вокруг оси металлического нанопровода электрическом поле наблюдается вращение в том же направлении вокруг нанопровода адсорбированных на его поверхности однородно заряженных полипептидов, а также полиамфолитных полипептидов, у которых расстояния между положительно и отрицательно заряженными звеньями в макроцепи было больше половины длины окружности нанопровода.

Изучено межфазное разделение компонентов экстрагентов на основе ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты (ди-2ЭГФК) в толуоле и смеси ди-2ЭГФК и триоктиламина в толуоле при обработке водными растворами гидроксида натрия с образованием органической фазы и водного коллоидного раствора натриевой соли ди-2ЭГФК. Найдены условия выделения фаз практически чистой ди-2ЭГФК и толуола, ди-2ЭГФК и раствора триоктиламина в толуоле. Коллоидные водные растворы изучены кондуктометрическим методом, а также методами динамического рассеяния света и ¹Н ЯМР-спектроскопии. Данные системы перспективны для использования в гидрометаллургии для улучшения показателей извлечения металлов и их концентрирования в реэкстрактах.

Проведено спектрофотометрическое исследование солюбилизации краун-замещенного фталоцианината магния(I) в водном растворе додецилсульфата натрия(II). Опыты проводились с насыщенными растворами I в условиях термодинамического равновесия раствора с осадком I. Более детально изучено известное явление перехода от димеров I к мономерам в процессе солюбилизации. Установлено, что мономеризация I начинается при концентрациях гораздо ниже критической концентрации мицеллообразования (ККМ) II, а при еще меньших концентрациях ПАВ образуются специфические мицеллы II с участием димеров I. Присутствие димеров характерно и при растворении I в чистой воде; растворимость I составила 7.38 мкМ (химики обычно считают, что I в воде не растворим). В методической части работы найдены коэффициенты экстинкции мономеров и димеров I. На основе экспериментальных данных определены термодинамические характеристики солюбилизации: солюбилизационная емкость мицелл, коэффициент распределения солюбилизата между мицеллами и окружающим раствором, а также стандартное сродство солюбилизации I. В расчете на одну молекулу I в мицелле найденное значение солюбилизационной емкости приводит к аномально большому числу агрегации (309). Среди объяснений этого явления – возможность возникновения бимодального распределения мицелл, в котором мицеллы с солюбилизатом сосуществуют с “пустыми” мицеллами, благодаря чему среднее число молекул солюбилизата в мицелле может оказаться меньше единицы.

Рассмотрено зондирование вязкоупругого ферроколлоида слабым переменным магнитным полем, вызывающим вращательные качания наночастиц. Для описания реологии дисперсионной среды использована феноменологическая схема Джефриса; коллоидные частицы предполагаются магнитожесткими. На основе уравнений Ланжевена, описывающих броуновское вращательное движение, выведена система уравнений, определяющих динамическую намагниченность и кинетику ориентации коллоидного ансамбля. Решение задачи получено методом эффективного поля, найдены: линейная и кубическая динамические магнитные восприимчивости, а также ориентационный отклик системы. Показано, что в спектрах откликов всех порядков – от линейного до кубического – эффекты механического запаздывания (релаксация напряжений) приводят к появлению специфических особенностей: с ростом упругости среды изменятся и положение и высота главного максимума. Предложены соотношения, устанавливающие связь реологических параметров используемой модели Джефриса со структурными характеристиками полимерного раствора: числом мономеров в макромолекуле, размером блоба, концентрацией узлов физической сетки.

Сформулирована термодинамическая теория солюбилизации с введением понятия стандартного сродства солюбилизации. Его важной составляющей является капиллярное давление Лапласа в фазовой трактовке углеводородного ядра прямой мицеллы. В этом плане дана и интерпретация коэффициента распределения солюбилизата в терминах как мольной доли в формализме химической термодинамики, так и концентрации в формализме статистической механики. В отличие от распространенного подхода с использованием фиктивной мицеллярной “псевдофазы”, данная интерпретация основывается на реальной физической картине распределения солюбилизата между мицеллами и окружающим раствором. Также представлено строгое решение задачи о влиянии солюбилизации на величину критической концентрации мицеллообразования (ККМ). В основе рассмотрения лежат закон действия масс и новые методы определения ККМ через константу закона, число агрегации и концентрацию солюбилизата. Проанализированы случаи солюбилизации из насыщенного (при исследовании растворимости) и ненасыщенного (произвольной концентрации) раствора. Однако в любых вариантах получен один и тот же результат: солюбилизация приводит к понижению ККМ.

Представлены результаты экспериментального исследования скорости испарения подвешенных капель как чистой воды, так и содержащей ≈1.5 мас. % поверхностно-активного вещества – додецилсульфата натрия. Испарение происходило в конвективном потоке сухого воздуха при вариации его скорости в диапазоне U0 = 1–5 м/с и температуры T0 = 20–80°C. Плотность потока массы с поверхности капель при наличии поверхностно-активного вещества была в 2–3 раза меньше по сравнению с чистой водой. Для капель, обтекаемых потоком сухого воздуха, изменение их диаметра можно описать комплексом критериев подобия и построить обобщенную линейную эмпирическую зависимость скорости испарения от термодинамических параметров.

Изучен процесс формирования устойчивых дисперсий серебра с мономодальным распределением наночастиц по размеру в водных растворах олигохитозанов различной молекулярной массы. Выявлен характер взаимодействия олигохитозанов с ионами и наночастицами серебра. Спектральные исследования показали участие гидроксильных и аминогрупп олигохитозана в формировании и стабилизации водных дисперсий с наночастицами металла размером 45–90 нм, перспективных для биомедицинского применения.

1 октября 2020 г. исполнилось 100 лет со дня рождения Николая Владимировича Чураева – выдающегося ученого в области науки о коллоидах и поверхностных явлениях, многолетнего редактора нашего журнала. Нет необходимости перечислять работы, которые принесли ему признание и уважение мирового научного сообщества, – они общеизвестны. Мы же, кто с ним работал и непосредственно общался, вспоминаем Николая Владимировича как внимательного коллегу и руководителя, мудрого учителя, старшего товарища и друга. Таким он и остается в нашей памяти.

2 февраля 2021 г. исполнилось 90 лет Станиславу Самуиловичу Духину, являющемуся одним из самых известных в мире ученых в области теории двойного электрического слоя и, шире, электроповерхностных явлений. Работы С.С. Духина, уже давно ставшие основополагающими для исследователей в этой области, в настоящее время приобрели новое звучание в связи с развитием ряда новых направлений, таких как, например, нанофлюидика.Для “Коллоидного журнала” юбилей Станислава Самуиловича дорог еще и тем, что он в течение многих лет состоял в его редколлегии и до сих пор является членом международного консультативного совета.Сердечно поздравляя Станислава Самуиловича с днем рождения, желаем ему здоровья и долгих лет жизни!