Камашев Д.В.  

Кинетические особенности формирования надмолекулярных структур на основе монодисперсных сферических частиц кремнезема

КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ НАДМОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ МОНОДИСПЕРСНЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ КРЕМНЕЗЕМА

Д.В. Камашев
Институт геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

В настоящее время надмолекулярные структуры кремнезема все чаще рассматриваются как перспективные объекты для синтеза новых композиционных материалов [1], оптических фотонных кристаллов и наноструктурированных материалов на их основе. Упорядоченная в трехмерном пространстве плотнейшая упаковка из монодисперсных сфер кремнезема пред-ставляет собой идеальную матрицу для создания на ее основе широкого класса новых нано-структурированных материалов, но требования в этом случае к монодисперсности частиц, их размеру, а также дефектности полученных на их основе надмолекулярных структур значительно выше. С этой целью, в рамках задачи по разработке фундаментальных основ синтеза надмолекулярно-упорядоченных матриц, нами были проведены экспериментальные исследования скорости осаждения частиц кремнезема и образования надмолекулярной структуры на их основе в различных условиях (режимах роста) [2].
Рис. 1. Зависимость высоты сформированной надмолекулярной структуры из частиц кремнезема разного размера от времени.
В результате проведенных экспериментов по осаждению частиц кремнезема установ-лено, что в условиях, когда образование надмолекулярной структуры из сферических частиц кремнезема диаметром 220-320 нм лимитируется скоростью поступления частиц в зону фор-мирования осадка (седиментационное осаждение в трубке постоянного сечения) скорость осаждения частиц, как и скорость образования слагаемой ими надмолекулярной структуры строго линейна. В тоже время в условиях избытка дисперсной фазы в зоне формирования надмолекулярной структуры (седиментационное осаждение в трубке с измененным сечени-ем) скорость осаждения также линейна, но имеется некоторая задержка процесса образо-вания надмолекулярной структуры во времени, тем большая, чем меньше размер частиц дис-персной фазы (рис. 1). После окончания формирования надмолекулярной структуры над ней остается область с повышенной концентрацией дисперсной фазы, высота которой тем больше, чем меньше размер частиц. Показано, что для начала образования надмолекулярной структуры необходима определенная концентрация дисперсной фазы, ниже которой образо-вания надмолекулярно упорядоченной структуры не происходит. Значение концентрации дисперсной фазы, необходимой для начала образования надмолекулярной структуры, является величиной постоянной, не меняющейся со временем и зависит только от размера частиц.

Работа выполнена за счет средств проекта РФФИ № 19-05-00460.

Литература
1. Самойлович М. И., Клещева С. М., Белянин А. Ф., Житковский В. Д., Цветков М. Ю. Трехмерные нанокомпозиты на основе упорядоченных упаковок наносфер кремнезема // Микросистемная техника, 2004. № 6, С.3-7.
2. Kamashev D.V. Kinetic features of formation of supramolecular matrices on the basis of silica monodisperse spherical particles // In: Glagolev S. (Ed.): ICAM 2019, SPEES, pp. 263–266.