WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Разработана методика приготовления и исследования образцов ткани в АСМ. От полотна при помощи пинцета отбиралось единичное волокно диаметром ~ 5-15 мкм. Далее образец закреплялся на основании. На чистом льне наблюдается мелковолокнистая структура с характерными размерами фибрилл около 100-200 нм (рис.

2, а). Поверхность льна, модифицированного серебром, отличается равномерным распределением неоднородностей на уровне 40 нм (рис. 2, б).

а б Рис. 2. АСМ-изображения волокон: а – чистый лн (размер изображения 700х600 нм2); б – лн, модифицированный серебром методом катодного распыления (17х13 мкм2).

На рисунке 3 приведено АСМ-изображение льна, модифицированного серебром, нанеснным из коллоидного раствора капельным методом. Данный метод позволяет наносить тонкие пленки металлических частиц с контролем толщины на уровне единиц нанометров.

а б Рис. 3. АСМ-изображения волокна льна, модифицированного серебром, нанеснным из коллоидного раствора капельным методом (4х3 мкм2): а – режим подсветки геометрического изображения;

б – режим фазового контраста.

На рис. 3, а можно видеть присутствие на поверхности наночастиц диаметром до нескольких десятков нанометров. В режиме фазового контраста (рис. 3, б) наблюдается картина распределения свойств образца, свидетельствующая о наличии тонкой пленки серебра на большей площади поверхности волокна.

Изображения на рис. 2 и 3 по существу демонстрируют методику неразрушающего контроля тканых материалов, модифицированных наноструктурированными металлическими пленками, в основе которой лежит совмещение полуконтактной моды с модой фазового контраста.

По аналогии отработана методика нанесения углеродных нанотрубок из коллоидного раствора на волокна полиамидной ткани.

Показано, что по сути, нанотрубки, как в случае естественных волокон – фибриллы в нитях хлопка – формируют иерархически тонкую структуру у искусственного волокна, придавая ему топологические свойства, близкие к натуральному (рис. 4).

По формуле (1) для волокна радиусом 5 мкм, зная диаметр используемых нанотрубок (10 нм), можно рассчитать величину искажения изображения нанотрубки. Для расстояния x = 2 мкм, искажение изображения будет составлять 17 нм.

Рис. 4. АСМ-изображение полиамидного волокна, модифицированного углеродными нанотрубками (6х4 мкм2).

Разработана двухпроходная методика исследования модифицированных тканей, основанная на поляризующем эффекте, оказываемом на проводящую частицу, внесенную в зазор между обкладками конденсатора. В данном случае заземленная подложка, на которой размещалось волокно, выполняла роль одной обкладки, вторую обкладку представлял колеблющийся на второй резонансной частоте кантилевер с проводящим покрытием.

В этом случае амплитуда резонансных колебаний кантилевера A будет пропорциональна амплитуде приложенного напряжения к кантилеверу U по следующему закону:

U A(X,Y, Z) ~, (2) (Z d)где Z – расстояние между иглой кантилевера и подложкой, d – толщина адсорбата на поверхности.

На рис. 5 приведено изображение модифицированного участка льна в режиме микроскопии индуцированного электрического поля.

Можно видеть, что проводящие объекты в данном режиме «засвечиваются» за счет более сильного взаимодействия металлических частиц на поверхности волокна и острия иглы кантилевера.

а б Рис. 5. АСМ-изображения волокна льна, модифицированного из коллоидного раствора серебром, нанеснным капельным методом (3,5х2,5 мкм2): а – режим подсветки геометрического изображения;

б – режим микроскопии индуцированного электрического поля.

При модификации ткани пленками углерода (при нанесении катодно-плазменным методом) показано, что пленки углерода на ткани состоят из плотно соединенных неоднородностей (наночастиц) со средними размерами от 40 до 60 нм (рис. 6).

а б Рис.6. АСМ-изображения льняного волокна, модифицированного наночастицами углерода: а – режим трехмерного изображения (20х20х2 мкм3), б – сечение участка поверхности.

В результате проведенных исследований установлено, что модификация тканей катодно-плазменным методом, предложенным автором диссертационной работы, позволяет контролировать прочностные характеристики тканей.

На специально разработанном устройстве исследуемая нить с обеих сторон закреплялась зажимами. Верхний конец присоединялся к держателю штатива, а к нижнему концу прикреплялась площадка для установки разновесов. Нагрузка на нить равномерно увеличивалась до полного ее разрыва. Зная данные по исходной длине нити, е массе и нагрузке при разрыве, вычислялась разрывная длина нити, характеризующая прочностные свойства. Результаты по контролю прочностных характеристик при модификации ткани серебром, медью, никелем, композицией никеля и серебра, углеродом приведены в таблице 1.

Как следует из вышеприведенных результатов исследований, частичная металлизация нити приводит к упрочнению ткани на 20%. Покрытие тонкой углеродной плнкой повышает прочность ткани в полтора раза.

Таблица Композиция Лн Лн Лн Лн Лн + Лн 100% + Ag +Cu +Ni Ni+Ag + С Разрывная длина нити 1,6+0,2 1,7+0,3 1,7+0,2 1,8+0,2 1,8+0,1 2,5± (см) 0,Третья глава посвящена разработке методов исследования экологической безопасности тканых материалов, модифицированных металлическими и углеродными наноструктурированными пленками.

Проведены исследования по перспективности применения льняной ткани, модифицированной наноструктурированными пленками серебра и меди, в медицинской скоропомощной практике при интенсивной терапии ожогов и серьзных раневых поражений. Было изучено изменение скорости лечения гематом с использованием нового типа салфеток. Показано уменьшение времени рассасывания гематом при воздействии компресса из льняных металлизированных Сu-Аg салфеток в три раза (рис. 7).

Дополнительно было исследовано влияние на лечение гематом методом электрофореза с использованием салфеток с медным покрытием и сульфатом меди. Гематомы исчезали быстрее на салфетках с Cu, при этом не происходило образование балластных ионов, имевших место в традиционной методике, что делает метод электрофореза более эффективным.

а б Рис.7. Изменение состояния кольцевых гематом после воздействия компресса на льняных металлизированных Cu салфетках и структурированной воде: а – исходная гематома ;

б – рассасывание гематомы после лечения.

Создана комплексная методика исследования экологической безопасности тканей, модифицированных металлическими и углеродными наноструктурированными пленками в качестве фильтрующих материалов для воды. С использованием разработанных материалов был изготовлен фильтр. В качестве дополнительного сорбирующего элемента был выбран материал, содержащий углеродные нанотрубки (УНТ), как обладающиий более высокой поглотительной способностью по отношению к различным химическим веществам и соединениям. Испытание вновь полученных фильтрующих материалов для очистки воды проводилось на конструкции фильтра БАРЬЕР-4, где вместо стандартных фильтрующих компонентов кассета в верхней части заполнялась материалом, содержащим углеродные нанотрубки, и льняной тканью, модифицированной наноструктурированной пленкой углерода. В нижней части в кассете послойно размещалась льняная ткань с наноструктурированными плнками серебра и меди.

Разработанная методика контроля сорбционных свойств тканых материалов основывается на использовании картирования свойств на основе методов кондуктометрии, потенциометрии, фотометрии (таблица 2).

Таблица Вода Вода Вода Вода Вода после из из после после фильтра, УНТ и водо- род- фильтра фильтра, лн, про- ника "Барьер- содер- модифицированный вода 4" жащего наноструктурироУНТ ванными пленками Ag, Cu, C Электропроводность 510,6 420,5 360 306,1 260,воды, (мкСм) Общая минерализа300 230 217 175 ция воды, ppm Общая жесткость, 5,6 4,2 3,2 2,7 2.мг-экв/л По результатам исследований показано, что наилучшее качество воды по жсткости было после фильтра, содержащего углеродные нанотрубки и ткани, модифицированные наночастицами серебра, меди, углерода.

В качестве основных параметров, необходимых и достаточных для определения сорбирующих свойств модифицированных тканей могут быть использованы значения общей минерализации (солесодержания), электропроводности и жесткости воды.

Дополнительно, для определения достоверности разработанной методики контроля, вода, прошедшая через фильтр, созданный на основе нанотрубок и ткани, модифицированной пленками серебра, меди и углерода, подвергалась анализу содержания примесей Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+, Fe3+, Cr3+, F-, NO-3. Было показано, что концентрация данных примесей уменьшается на 2-3 порядка, проходя через конструкцию такого фильтра.

В диссертации приводятся технические акты, подтверждающие внедрение и использование результатов диссертационной работы.

В заключении сформулированы основные результаты работы и подведен ее общий итог.

1. Разработана методика атомно-силовой микроскопии тканых материалов, в основе которой лежит совмещение полуконтактного режима и режима фазового контраста при сканировании с учтом присутствия плоскости второго порядка в изображении. Данная методика позволяет изучать поверхности наноструктурированных металлических и углеродных образований, нанесенных на льняную ткань.

2. Проведен расчет области визуализации поверхности волокна в атомно-силовом микроскопе, а также проведен анализ артефактов, возникающих в результате выхода острия зонда в «слепую зону» сканирования, вплоть до механического передвижения волокна в контактном режиме сканирования.

3. Предложен способ и средство контроля параметров острия зонда АСМ с одновременной калибровкой микроскопа на основе углеродных нанотрубок и фуллеренов.

4. Проведена оценка искажения изображения нанообъекта (наноразмерной пленки), находящейся на поверхности цилиндрического волокна с большим радиусом кривизны.

5. Методами АСМ установлено, что на поверхности тканых материалов остаются отдельные наночастицы (неоднородности) с характерным размером ~ 10-60 нм в случае нанесения наночастиц серебра капельным методом из коллоидного раствора.

Предложена методика атомно-силовой микроскопии, сочетающая приемы фазового контраста и микроскопии индуцированного электрического поля, позволяющая косвенно определять природу наноразмерных частиц на поверхности ткани.

6. Показано, что при увеличении толщины наноструктурированной углеродной пленки с 200 до нанометров размер наночастиц в пленке претерпевает слабое изменение.

7. Показана возможность управления прочностными характеристиками тканых материалов при их модификации различными наноструктурированными пленками.

8. Разработана методика контроля сорбционных свойств модифицированных тканых материалов в составе средств очистки воды от примесей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Суханов В.Н., Тимофеев Е.В., Изуткина Д.В. «Исследования антропогенного влияния объектов окружающей среды на экологию человека». В сб. материалов III Всеросс. научной конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий». Томск. Изд-во Томского политехн.

университета.. 2004 г. с. 226-227.

2. Суханов В.Н. «Проблемы развития нанотехнологии». Сб.

тезисов докл. Всеросс. НТК «Новые материалы и технологии». НМТ-2004. М.: ИЦ МАТИ-РГТУ им. К.Э.

Циолковского 2004 г. т.2. с. 160.

3. Суханов В.Н., Хаханина Т.Н., Неволин В.К. «Исследования свойств углеродных нанотрубок как высокоэффективных адсорбентов токсичных веществ». Тез.1 Международной н.практической конф. «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование». С.-Петербург. 2005 г.

с.201.

4. Суханов В.Н., Хаханина Т.И., Неволин В.К., Осипов Б.П.

«Отечественные методы и средства сканирующей туннельной микроскопии и электроаналитики в исследованиях антропогенного влияния продукции текстильной и легкой промышленности». Тез.1 Международной научнопрактической конф. «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование». С.- Петербург.

2005 г. с.202.

5. Суханов В.Н., Хаханина Т.И., Осипов Б.П., Сухарев С.А.

«Нанотехнологии в контроле экологической безопасности промышленной продукции». Тез. II Международной научнопрактической конференции «Нанотехнологии -производству 2005». - Фрязино. «Концерн Наноиндустрия». 2005 г. с. 109.

6. Степанова Ю.В., Прокофьева М.Ю., Суханов В.Н.

«Исследование углеродных нанотрубок в качестве адсорбента токсичных веществ». Тез. докл. XII Всероссийской научнотехнической конференции «Микроэлектроника и информатика-2005».М.: МИЭТ.2005 г. с.368.

7. Суханов В.Н., Строганов А.А. «Исследование высокоэффективных адсорбентов токсичных веществ на основе наноструктурированного углерода». Тез. докл. V Международной н.-технической конф. «Электроника и информатика-2005». М.: МИЭТ.2005 г. с.46.

8. Хаханина Т.И., Суханов В.Н., Осипов Б.П., Бобринецкий И.И.

«Методы и средства атомно-силовой микроскопии и электроаналитики в исследованиях антропогенного влияния текстильной и легкой промышленности». Тез. докл. II Всеросс. н.-практической конф. «Окружающая среда и здоровье». Пенза: РИО ПГСХА. 2005 г. с.91-92.

9. Хаханина Т.И., Суханов В.Н. и др. «Исследование свойств углеродных нанотрубок как высокоэффективных адсорбентов токсичных веществ». Тез. докл. II Всероссийской научно практической конференции «Окружающая среда и здоровье».

Пенза: РИО ПГСХА. 2005 г. с.108-110.

10. Хаханина Т.И., Осипов Б.П., Суханов В.Н., Березин А.Б. «О токсичности волокнистых материалов, допированных наночастицами». Сб. научных трудов « Нанотехнологии в индустрии текстиля – 2006». Под ред. Б.П. Осипова. М.

МГТУ. 2006 г., с.91-95.

11. Суханов В.Н.,.Хаханина Т.И., Осипов Б.П., Сухарев С.А., Бобринецкий И.А. «Высокие технологии текстильной наноиндустрии и контроль их экологической безопасности».

Тез. II Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образования». С.-Петербург. 2006 г. с. 268-269.

12. Комаров И.А., Кулешов А.Е., Суханов В.Н. «Применение фильтров на основе наноструктурированного углерода для очистки окружающей среды от загрязнений». Тез. докл. Всеросс. межвузовской н.-технической конф.

«Микроэлектроника и информатика-2006». М.: МИЭТ. 2006 г.

с. 337.

13. Хаханина Т.И., Осипов Б.П., Бобринецкий И.И., Суханов В.Н.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»