Коллоидный журнал

В данной работе проведены рефрактометрические исследования гидрозолей, содержащих наночастицы алмаза. Образцы для исследования были получены из порошка алмаза статического синтеза, прошедшего предварительную стандартную очистку отмыванием в сильных кислотах и ультразвуковую обработку. После дополнительного многократного отмывания, центрифугирования, ультразвуковой обработки и отстаивания в течение месяца были получены образцы, частицы которых отличались долей аморфного углерода в них. Размер частиц в образцах был менее 100 нм. Для анализа данных рефрактометричеких исследований были получены формулы, позволяющие по результатам измерений показателя преломления и плотности золей, содержащих частицы алмаза, определять долю аморфного углерода в частицах и толщину поверхностного слоя, который он образует. Согласно проведенным рефрактометрическим исследованиям определены соотношения между долями кристаллического алмаза и аморфного углерода в частицах. Проведенные исследования показали, что рефрактометрический анализ состава частиц может быть использован для контроля качества при промышленном получении наноалмазов.

В ходе промышленной деятельности человека образуются огромные объемы воды, загрязненной радионуклидами, в том числе радием-226, которые представляют серьёзную опасность для человека. Одним из наиболее перспективных материалов для очистки воды от радионуклидов являются графеновые наноструктуры.  В данной работе была исследована эффективность малослойного графена, синтезированного в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из целлюлозы, а также отходов деревообрабатывающей промышленности (технический лигнин, кора деревьев) при очистке воды от радия-226. Ключевым достоинством выбранной методики синтеза малослойного графена является возможность синтеза больших объемов материала с приемлемой себестоимостью, что крайне важно при промышленном применении. Было установлено, что синтезированные образцы малослойного графена могут эффективно очищать воду от радия-226 (степень сорбции более 99%). Также было показано, что степень десорбции при повторной промывке водой не превышает 0.5%.

Экспериментально и теоретически в рамках классической и расширенной теорий ДЛФО изучена коагуляция полидисперсного водного золя детонационного наноалмаза (ДНА), содержащего первичные агрегаты с преимущественным средним размером в диапазоне 20–200 нм, в зависимости от концентрации индифферентного электролита (NaCl) и потенциалопределяющих ионов (рН). Показано, что заряжение поверхности частиц ДНА происходит вследствие ионизации ионогенных амфотерных гидроксильных и кислотных карбоксильных групп на поверхности частиц ДНА. Определенное значение рН изоэлектрической точки частиц ДНА составило 7.5 ед. рН. Установлено, что основной фактор стабилизации водного золя ДНА электростатический. Показано, что теоретическое описание устойчивости и коагуляции золя возможно в рамках обобщенной теории ДЛФО при использовании эффективной константы Гамакера для первичных пористых агрегатов и учете исходной полидисперсности частиц ДНА.

Органозоли наночастиц серебра благодаря своим уникальным свойствам находят широкое применение в оптических и полупроводниковых устройствах, для создания электропроводящих и теплопроводящих пленок, в качестве катализаторов, антибактериальных материалов и пр. В данной работе предложен простой и высокопроизводительный метод получения органозолей серебра с концентрацией металла до 1800 г/л, содержащих наночастицы сферической формы с низкой полидисперсностью и медианным размером 9.1 нм, заключающийся в первоначальном получении гидрозолей наночастиц (НЧ) серебра с концентрацией более 30 г/л с последующим переводом НЧ в органическую фазу о-ксилола. С помощью комплекса физических методов исследования изучены закономерности экстракции серебряных наночастиц о-ксилолом в присутствии бромида цетилтриметиламмония (ЦТАБ) и этилового спирта и определены оптимальные условия процесса, в которых степень экстракции достигала 62.5%. Установлено, что анион брома, входящий в состав молекулы ЦТАБ, вызывал агрегацию некоторого количества наночастиц серебра с образованием в водной фазе осадка металлического серебра, содержащего на поверхности, по данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), до 4 ат.% бромид-ионов. Синтезированные в оптимальных условиях органозоли отличались стабильностью в течение более 7 месяцев и выдерживали многократно повторяющиеся циклы высушивания и редиспергирования. На основе органозолей серебра получены металлические пленки с электропроводностью около 68500 См/см, которая возрастала до 412000 и 509500 См/см (87.8% от электропроводности объемного серебра) после их термической обработки при 150°С и 250°С соответственно.

Экологически чистым методом «мягкой» механохимической активации без растворителя и сшивающих агентов получены биоразлагаемые твердофазные композиты поливиниловый спирт / карбоксиметилцеллюлоза, перспективные для применения в фармацевтике, сельском хозяйстве, химической промышленности. Воздушно-сухие смеси поливинилового спирта и карбоксиметилцеллюлозы в массовом соотношении 2 : 1; 1 : 1; 1 : 2 подвергали ударно-сдвиговому воздействию в течение 3 и 5 минут (доза механической энергии 0.74 и 1.24 кДж/г) с помощью вибрационного истирателя ИВС-4 (1500 об/мин; 23.4 Гц; 0.55 кВт; навеска пробы 50 г, отношение массы размольных тел к массе образца 44 : 1). Механоактивированные образцы, представляющие собой средние порошки (насыпная плотность больше 600 и меньше 1000 кг/м³), исследованы методами сканирующей электронной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрии, инфракрасной спектроскопии, оптической микроскопии, пикнометрическим, методом спектра мутности, гравиметрии. Найдено, что механохимическая активация смеси с эквимассовым содержанием поливинилового спирта и карбоксиметилцеллюлозы и дозой энергии 1.24 кДж/г позволяют получить достаточно прозрачные в видимой области (мутность равна 0.14 см^-1) и стабильные в течение 96 часов полимерные растворы концентрации 1 г/дл. Установлено, что поливиниловый спирт кристаллизуется из водных растворов концентраций 1 и 2 г/дл при высушивании при 25 ^оС в дендриты или кристаллиты, после дозы энергии 0.74 и 1.24 кДж/г, соответственно. Полимерные пленки композитов имеют сложную морфологию, включающую дендритные и аксиалитные кристаллические формы. Выявлено, что механохимическая обработка стимулирует формирование кристаллических форм полимеров, изменяет их межмолекулярное взаимодействие и затрагивает гидроксильные и эфирные группы карбоксиметилцеллюлозы и гидроксильные группы поливинилового спирта.

Предложен подход, основанный на прямом численном решении кинетического уравнения Больцмана, позволяющий учитывать влияние процесса гомогенной нуклеации на интенсивность переноса массы в задаче о переконденсации. На базе сравнения масштабов времени образования капли критического размера, а также времени распространения пересыщения, показана возможность осуществлять описание рассматриваемой задачи в два этапа – без учета влияния капель на первом и с учетом на втором. Результаты расчетов показали, что в случае неподвижных капель наблюдается сильное влияние объемной конденсации на интенсивность процесса испарения/конденсации.

В работе анализируются нелинейные эффекты, связанные с влиянием избыточного объема межкристаллитных границ на структуру сегрегаций примесных атомов в поликристаллах. Показано, что изотерма адсорбции может описывать неоднородности в распределении атомов примеси в плоскости межкристаллитной границы. Это указывает на существование центров адсорбции на внутренних границах поликристаллов. Приведено доказательство того, что избыточный объем межкристаллитных границ является основным параметром, определяющим величину сегрегаций примеси на границах.

В работе исследована кинетика синтеза наночастиц кремнезёма (< 50 нм) в условиях гетерогенного гидролиза тетраэтоксисилана (ТЭОС) с использованием L-аргинина в качестве щелочного катализатора. Определены скорости процесса образования диоксида кремния в диапазоне температур 10-95 °С при концентрациях катализатора 6-150 мМ. Показано, что энергия активации процесса зависит от концентрации катализатора и изменяется в диапазоне 21.5-13.9 кДж/моль, линейно уменьшаясь с ростом концентрации L-аргинина в системе. Проведена оценка критерия сохранения монодисперсности частиц SiO₂ при их доращивании «на затравку». Экспериментально установлена зависимость плотности кремнезёмных частиц субмикронных размеров от температуры отжига. В диапазоне температур 200-1000 °С плотность частиц меняется от 2.04 до 2.20 г/см³.

Образование пленки фибрина на месте порезов и ран – сложный биохимический процесс, в котором помимо основных компонентов – фибриногена и тромбина – участвуют также другие ферменты и белки. Адсорбционные пленки, полученные из раствора, содержащего факторы VIII, XIIIа, фактор Виллебранда и фибронектин, имеют ряд отличий по сравнению с пленками фибриногена и пленками фибрина, полученными из раствора, содержащего только фибриноген и тромбин. Динамическая поверхностная упругость превышает соответствующие значения для фибриногена (80 и 55 мН/м соответственно), однако оказывается ниже значений для фибрина, полученного из чистых компонентов (115 мН/м). Поверхностные давления для адсорбционных пленок, полученных из гемостатического клея (27 мН/м), оказываются выше значений для обеих рассмотренных ранее систем (14 мН/м).  Это связано с существенными изменениями в морфологии полученных пленок, которая была оценена с помощью микроскопии при угле Брюстера и сканирующей электронной микроскопии.

Целью работы является улучшение понимания механизма ферментативного гелеобразования в молоке за счёт установления статистически достоверных изменений вязкости молока и соответствующих электронно-микроскопических исследований процесса структурообразования на ферментативной стадии коагуляции при использовании различных ферментных препаратов. Использование неразрушающего (Hot-Wire) метода контроля вязкости позволило подтвердить снижение вязкости в середине этой стадии и выявить ранее не описанный пик изменения вязкости в конце ферментативной стадии. Параллельно проведённые исследования с использованием трансмиссионной электронной микроскопии и различных методов подготовки препаратов позволили установить, что в конце ферментативной стадии гелеобразовании в молоке запускается иерархический процесс преобразований белковой составляющей молока. Спусковым механизмом этого процесса является кооперативный конформационный переход в кластерах мицелл казеина, который вызывает цепочку всё более энергоёмких реакций, результатом которых является преобразование слабосвязанных кластеров мицелл в более плотные агрегаты. Окончательная структура молочного геля формируется преимущественно из образовавшихся ранее отдельных агрегатов мицелл. Отмечено, что изменений микроструктуры молочного геля на ферментативной стадии гелеобразования при использовании молокосвёртывающих ферментов (МФ) животного, растительного и микробного (ГМО) происхождения обнаружено не было. Исследования молекулярно-массового распределения растворимых белковых веществ образцов, произведенных с разными типами МФ, показали, что фермент, выделенный от грибов Rhizomucor miehei, обладает большим протеолитическим действием на белки молока в сравнении с другими вариантами МФ.

Задача данной работы состоит в попытке внедрения в научную практику метода «механохимической перекристаллизации» в твердофазных системах с малыми добавками жидкого растворителя. В качестве такового использовался диметилсульфоксид (ДМСО) –универсальный биполярный апротонный растворитель. Как пример, была изучена механическая активация реакционного процесса AgNO₃ +NH₄I+ z NH₄NO₃ (разбавитель) + y S+ x ДМСО = AgI+yS*+(z+1)NH₄NO₃ +xДМСО, где z≈5, y≈1, x≪1 – мольные доли. Было установлено образование наночастиц серы (S*) и йодида серебра (AgI), а по сути сделан синтез нанокомпозитов S*/AgI с контролируемым содержанием компонентов. Применение разбавителя NH₄NO₃ – нецелевого продукта механосинтеза – обеспечивало стабилизацию размеров наночастиц. Получение наночастиц в среде ДМСО достигается не прямой механической активацией, а в результате обычной перекристаллизации (непрерывный процесс растворения-кристаллизации серы) или реакционной перекристаллизации (непрерывный процесс растворения AgNO₃, NH₄I и их реакция с кристаллизацией AgI). Первый вариант реализуется при получении S*, а второй – AgI. Целевые продукты (S*, AgI и S*/AgI) отмывались от водорастворимых компонентов (NH₄NO₃, ДМСО) с применением ультразвуковой бани. Предложенное техническое решение было осуществлено в шаровых планетарных мельницах с различной фурнитурой.

Исследовано взаимодействие лизоцима белка куриного яйца с блок–сополимерами поли(L–глутаминовой кислоты натриевой соли) и полиэтиленгликоля (PGLU₁₀–PEG, PGLU₁₀₀–PEG) в водной среде и на границе вода–воздух. При проведении исследований применяли широкий спектр физико–химических методов: турбидиметрия, тензиометрия, флуориметрия, КД–спектроскопия, электрофоретическое светорассеяние, просвечивающая электронная микроскопия. Обнаружено, что на границе вода–воздух возможно образование смешанных адсорбционных слоев при мольных соотношениях блок–сополимер:фермент, не превышающих 2:1. В водной среде возможно образование комплексов блок–сополимера PGLU₁₀–PEG и лизоцима со структурой типа ядро–оболочка и комплексов блок–сополимера PGLU₁₀₀–PEG:лизоцим состава 1:1 или 2:1 (по молям). Возможность регулировать свойства продуктов взаимодействия фермента и блок–сополимеров позволяет разрабатывать стратегии получения антибактериальных препаратов.

Получены полиимидные пленки с молекулярными отпечатками эритрозина и индигокармина. Методами сканирующей силовой микроскопии и ИК-спектроскопии изучены структура и морфология поверхности пленок. Установлено, что в полимерах с молекулярными отпечатками (ПМО) увеличивается шероховатость поверхности, при этом высота рельефа составляет 3–4 нм, удаление молекул темплата приводит к перераспределению в полимерах с молекулярными отпечатками пор по размеру. Сорбцию красителей пленками ПМО проводили в статических условиях. Рассчитаны степени извлечения и импринтинг-фактор для полимеров с молекулярными отпечатками красителей, полученные высокие их величины указывают на избирательность ПМО к целевой молекуле темплата.

Исследованы вязкоупругие свойства и структура растворов смешанных червеобразных мицелл на основе цвиттерионного ПАВ олеиламидопропилдиметил карбоксибетаина (ОАПБ) и положительно заряженного олеиламидопропилдиметил амина (ОАПА) при разном соотношении между компонентами. При малой доле катионного ПАВ ОАПА раствор проявляет вязкоупругие свойства, характерные для полуразбавленных растворов переплетенных червеобразных мицелл, присутствие которых было подтверждено данными криогенной электронной микроскопии. Обнаружено, что по мере увеличения мольной доли заряженного ПАВ до 0.1 вязкость и время релаксации растворов падают в три раза, а значения модуля накоплений при малых временах воздействия не изменяются. Используемые ПАВ имеют близкое строение, поэтому при замене молекул цвиттерионного ПАВ на положительно заряженные молекулы ОАПА главным фактором изменения свойств и структуры является усиление электростатического отталкивания на поверхности мицелл. Показано, что данный фактор приводит к уменьшению средней длины мицелл и увеличению количества мицелл, что слабо отражается на реологических свойствах системы, пока длина мицелл больше, чем длина субцепей в сетке. При увеличении мольной доли ОАПА с 0.1 до 0.5 наблюдается резкое падение вязкости и времени релаксации на порядки и потеря раствором вязкоупругого отклика, т.е. разрушение сетки. Данный переход от полуразбавленного раствора к разбавленному объясняется уменьшением длины червеобразных мицелл и образованием сферических мицелл. Изображения, полученные методом криогенной электронной микроскопии, подтвердили образование смеси длинных и коротких червеобразных мицелл со сферическими мицеллами при мольной доле ОАПА 0.5.

Nickel oxide nanoparticles (NiO NPs) are synthesized using olive leaf extract (OLE), which contains polyphenols. These polyphenols serve as reducing and caping agents, stabilizing the nanoparticles. Aqueous nickel acetate is employed as a precursor. Simultaneously, exfoliated graphene (EG) is obtained via electrochemical exfoliation of graphite in aqueous solutions. These materials are employed as electroactive components in supercapacitor applications. Characterization of NiO and EG involved thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy (RS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning/transmission electron microscopy (SEM/TEM), alongside Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis, confirming the formation of crystalline NiO NPs with a cubic phase and Fm-3m space group. Micrographs revealed nanoscale dimensions for both NiO and EG (size) with a substantial surface area, as verified by BET analysis. Symmetric (NiO/NiO, EG/EG) and asymmetric (NiO/EG) supercapacitors are fabricated using the doctor blade method. Electrode evaluation, employing field-emission scanning microscopy FESEM, cyclic voltammetry (CV), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), demonstrated promising morphological and electrochemical characteristics. At low scan rates, both symmetric and asymmetric supercapacitors exhibit a notable gravimetric capacitance (221, 111, and 162 F g^-1 at 1 mV s^-1). Additionally, they reveal higher power density (173, 137, and 161 W kg^-1 at 10 mV s^-1) and show casing pseudocapacitive and electric double layer capacitor (EDLC) behavior for NiO NPs and EG, respectively.

This research significantly contributes to valuable insights by presenting a sustainable synthesis route for NiO NPs, developing high performance supercapacitor electrodes and achieving a comprehensive understanding of the electrochemical behavior of NiO NPs and EG.

Improving thermal ice melting efficiency is very important in the practical application of anti-icing surfaces. This work investigated the thermal ice melting performance of micro-nano-structured surfaces fabricated by femtosecond laser. To the best of our knowledge, we found that the micro-nano-structured surfaces significantly improve the ice melting time for the first time. The shortest melting time was on the porous micro-nano-structured surface, about one third of the original surface. Moreover, it was proven that the accelerated ice melting surface had good durability. The research in this paper showed that the micro-nano-structured surfaces are very suitable for the surface that needs to be heated to melt ice, providing essential guidance for the design of the anti-icing surface.

In this research work, a new biocompatible microemulsion containing castor oil has been formulated to increase the solubility of celecoxib, as a well-known anti-inflammatory drug. In this formulation castor oil has also anti-inflammatory properties. The proposed oil-in-water microemulsion composed of tween 80 as surfactant, isobutanol as co-surfactant, and castor oil as the oil phase. In the first step, the phase diagrams of the proposed colloid systems with surfactant to co-surfactant mass ratios of 4:1 and 2:1 were prepared at ambient temperature. Then, using the obtained phase diagrams, the appropriate formulations were selected by combining different percentages of water, oil, surfactant and co-surfactant in the microemulsion region. Some of physic-chemical properties, such as electrical conductivity, density, refractive index, surface tension and particle size of the selected microemulsion formulations have been determined at 298 K. After that, the solubility of celecoxib in the selected formulations was determined and compared with other reported microemulsion formulations. Interesting results from this section indicated that the solubility of celecoxib significantly increased compared to pure water and the previous proposed formulations. The results of this study can be used to provide suitable formulations based on the biocompatible microemulsions for celecoxib in pharmaceutical industry.