Влияние состояния гидратных форм наноразмерного диоксида титана, полученного золь-гель методом на электрореологические и фотокаталитические свойства систем на его основе

• Автор: Редозубов, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Оглавление
Общая характеристика работы
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Структура диоксида титана
1.1.1. Фотокаталитические свойства диоксида титана
1.1.2. Влияние фазового состава на фотокаталитическую активность ТІ02І
1.1.4. Влияние морфологии поверхности на фотокаталитическую активность ТЮ2
1.1.5. Влияние состава поверхности на фотокаталитическую активность ТЮ
1.2. Применение диоксида титана в качестве наполнителя электрореологических жидкостей
1.2.1 Электрореологический эффект
1.2.2. Реология электрореологических жидкостей
1.2.3. Активация электрореологического эффекта адсорбцией полярных молекул
1.2.4. Использование диэлектрически неоднородных гибридных неорганикоорганических нанокомпозитов в качестве наполнителей ЭРЖ
1.2.5 Влияние природы и структуры вещества дисперсной фазы на электрореологический эффект
1.2.6. ОсобенностиТЮ2, как электрореологического наполнителя
1.2.7. Обоснование использования полидиметилсилоксана в качестве дисперсионной среды ЭРЖ
1.3 Методы получения и способы управления структурой наноразмерного ТЮ

1.3.1. Гидролиз алкоксидов титана
1.3.2.Гидротермальный (сольвотермический синтез)
1.3.3. Золь-гель метод
1.3.4. Химическое осаждение из газовой фазы
1.3.5. Сонохимический метод
1.3.6. Микроволновой синтез
1.3.7. Метод химического окисления титана
1.4 Состояние связанной воды в ТіОг
1.5 Явление фазового перехода жидкой воды в лед при наложении электрического поля
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1 Используемые реагенты и растворители. Характеристика и показатели качества
2.2. Получение наноразмерного порошка диоксида титана
2.3. Описание методик исследования физико-химических свойств материалов. Методики измерения фотокаталитического и электрореологического эффекта
2.3.1. Инфракрасная спектроскопия
2.3.2. Термический анализ
2.3.3. Рентгенофазовый анализ
2.3.4. Низкотемпературная адсорбция/десорбция азота
2.3.5.Определение фотокаталитической активности
2.3.6. Диэлектрические измерения
2.3.7 Приготовление электрореологических суспензий
2.3.8 Экспериментальная установка для изучения предела прочности электрореологических жидкостей при растяжении в электрическом поле и методика измерения предела прочности при растяжении ЭРЖ в электрическом

Глава 3. Обсуждение результатов
3.1 Физико-химическая характеристика полученных материалов
3.2 Квантово-химическое моделирование адсорбции небольших кластеров воды на поверхности анатаза
3.3 Фотокатапитические характеристики полученных материалов
3.4 Электрореологические характеристики полученных материалов
Заключение
Список литературы

Общая характеристика работы
Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.
Физико-химические и диэлектрические свойства, а также структура наночастиц (поры, открытые связи, функциональные группы, различные типы подвижных зарядов, адсорбированные молекулы) играют фундаментальную роль во всех физических и химических процессах с их участием таких, как катализ и фотокатализ, взаимодействие с электромагнитным излучением, электропроводность, биологические процессы, адсорбция, агрегация, агломерация и др.
Очевидно, что определяющим функциональные особенности наночастиц является способ их получения. При этом, в зависимости от условий синтеза один и тот же материал может проявлять различные свойства, что определяет различные области его практического применения. Поэтому поиск закономерностей, связывающих структуру и свойства наночастиц с условиями их получения, развитие неэмпирических методов, позволяющих интерпретировать, а в дальнейшем и предсказывать наблюдаемые явления, является важной научной задачей.
Диоксид титана является перспективным объектом химии наноматериалов и обладает значительным потенциалом применения в различных областях человеческой жизнедеятельности.
В рамках данного исследования нас привлекли два аспекта практического применения наночастиц диоксида титана, для которых структура наночастиц, диэлектрические характеристики и структурные особенности являются важными свойствами - использование нанопорошков ТЮг в качестве наполнителей электрореологических жидкостей (ЭРЖ) и в качестве фотокатализаторов для фотодеструкции органических загрязнителей окружающей среды.
Электрореологический эффект (ЭРЭ) - изменение вязко-пластичных свойств суспензий наночастиц поляризуемых полупроводников в диэлектрических жидкостях при наложении внешнего электрического ПОЛЯ.
Критическое значение, которое определяет состояние жидкости, может быть рассчитано из выражений:
где к-константа Больцмана, Т-температура в Кельвинах и 0 -безразмерная единица характеризующая конкуренцию между дипольным взаимодействием и термической энергией. Когда приложенное электрическое поле Е< Ес2 система находится в жидком состоянии. Когда Ес2< Е< Есь ЭР система подобна нематическим жидким кристаллам, которые ориентированы в направлении поля. Когда Ес)< Е система находится в твердом состоянии. 0 может быть рассчитана из выражения:
Когда ЭР жидкость находится под воздействием постоянного электрического поля, существуют две критические температуры:
если диэлектрические константы £г и £р имеют малую разницу в исследуемом температурном диапазоне. Когда Т>Тс2 ЭР система находится в жидком состоянии. Когда Тс2 >Т >Тс] ЭР состояние системы подобно состоянию нематических кристаллов. Когда Т<ТС1 ЭР система находится в твердом состоянии.
Необходимо отметить, что уравнения, приведенные в данном разделе, выведены применительно к идеализированным системам и на практике им в некоторых случаях соответствует реология разбавленных

в = кТАа2 ■є/ / р

где р-дипольный момент между частицами:
р = /Заъ - £{-Е

Тл = 02а3є/Е2ві/8к Тл = Р2а3є/Е202 /8к