Рисунок 1.7 – Механизм жидкокристального темплантирования [30]
Описанный способ формирования неорганических веществ позволяет получить системы на основе оксида кремния с рекордной по величине и регулярной по своей геометрии свободной поверхностью. Физические свойства таких материалов зависят от размера и от формы наночастиц, изучение их структуры – критический пункт к любому детальному исследованию. В работе [27] получены материалы МСМ-41 и МСМ-48 с поверхностной площадью 1128 и 1433 м2/г, объёмом пор 0.95 и 1.14 см3/г, толщиной стенок 0,97 и 0,93 нм соответственно.
На рисунке 1.8 представлена типичная рентгенограмма МСМ-41. Как правило, материалы такого типа проявляют 3 и более пика, и такая картина отвечает гексагональной укладке цилиндрических пор [28]. Количество наблюдаемых пиков напрямую зависит от качества структуры и однородности материала. На рисунке 1.9 показаны характеристические микроскопические снимки материала МСМ-41.
Рисунок 1.8 - Типичная рентгенограмма материала типа МСМ-41
Рисунок 1.9- Электронномикроскопические снимки различных областей МСМ-41 [35]
Практическое использование МММ сдерживается недостаточной термогидростабильностью и низкой химической стойкостью из-за небольшой толщины стенок материалов [32]. Так как порошки обычно уплотняют при формовании компактных образцов, большое значение имеет механическая стабильность. В настоящее время огромное значение представляют работы, направленные на увеличение стабильности материала, суть которых в изменении условий синтеза либо модифицировании материалов после синтеза.
Другая часть работ посвящена разработке методов получения комбинированных материалов функционально-конструкционного типа, в которых в качестве конструкционных материалов могут быть использованы мезопористые материалы. Вследствие хорошо развитой поверхности и регулярного распределения размеров пор мезопористые кварцевые материалы используются как матрица для погружения полимеров, металлов и полупроводниковых наночастиц. Из-за размера таких материалов их оптические, электрические, и механические свойства отличаются от свойств большинства.
Получили развитие различные подходы для внедрения в поверхностный слой мезопористых матриц наночастиц через золь-гель процесс, ионный обмен, внедрение ионов [33]. Авторы [34] предлагают химический синтез в порах мезопористых кварцевых пленок, депонированных на стеклянных основаниях. Наиболее широкое распространение получило химическое осаждение [35 - 37].
В работе [35] описывается получение комбинированных материалов на основе МСМ-41 и оксида никеля путём влажной пропитки матрицы различными никельсодержащими реагентами. Полученные образцы обладали шестиугольной структурой, характерной для МСМ-41 матрицы, то есть свойства материала МСМ-41 были сохранены, но только часть частиц была заключена в порах, большие частицы оксида никеля располагались на вешней поверхности. Авторы сделали вывод, что хотя ни один никельсодержащий реагент не влиял на структуру и свойства МСМ-41, его выбор имел очень большое значение для получения материалов с хорошо заполненными порами.
Проводились также работы по внедрению в поры мезопористых материалов циркония, оксида марганца [36, 37]. Метод предполагает непосредственное присоединение циркония к поверхности при взаимодействии алкоксида металла с поверхностными силанольными группами. Привитые образцы порошка Zr-МСМ-48 повторяли кубическую структуру МСМ-48.
В статье [31] авторы сравнивали свойства материалов МСМ-41 и SBA-15 при помещении в матрицы оксида марганца. Количество MnO, помещенного в матрицу зависело от размеров каналов, от некоторых особенностей матриц, процедуры заполнения, а также от толщины стенок каналов. В матрице SBA-15 MnO кристаллизовался в виде узких и тонких изогнутых лент. Напротив, в МСМ - 41 матрице MnO кристаллизовался в виде узких цилиндров. Различие в диаметрах каналов матриц МСМ-41 и SBA-15, природа поверхностных стенок и смачиваемость материалов оксидом марганца играют важную роль для синтеза наночастиц.
Наличие новых обоснованных представлений о процессах создания мезоструктурированных материалов дает основания надеяться на повышение их эксплутационных характеристик и получение систем с контролируемыми свойствами.
Монтмориллониты. Строение и свойства
Монтмориллонит – это глинистый минерал, относящийся к подклассу слоистых силикатов.
Силикаты и алюмосиликаты представляют собой обширную группу минералов. Для них характерен сложный химический состав и изоморфные замещения одних элементов и комплексов элементов другими. Главными химическими элементами, входящими в состав силикатов, являются Si, O, Al, Fe2+, Fe3+, Mg, Mn, Ca, Na, K, а также Li, B, Be, Zr, Ti, F, H, в виде (OH)1- или H2O и др.
Глинистый минерал издавна использовался в различных областях человеческой деятельности. Область их применения чрезвычайно широка – это производство керамических и строительных изделий, нефтедобыча, металлургия, химическая, бумажная, фармацевтическая, пищевая отрасли промышленности.
Основные представления о структуре монтмориллонитов были сформулированы в 1930 году. Основными элементами структуры монтмориллонитов является тетраэдрическая кремнекислородная SiO4 ( Т – сетка) и октаэдрическая Al иMg кислородно-гидроксильная сетка ( Al(O, OH)6.
Тетраэдр и октаэдр сетки, обладая сходными размерами, сочетаются друг с другом в слое, который для каждого конкретного минерала представляют собой определенную комбинацию этих сеток. [28]
В монтмориллоните октаэдрическая сетка заключена между двумя сетками кремнекислородных тетраэдров. Параллельные слои располагаются относительно друг друга так, что концы тетраэдрических слоев, состоящие из анионов кислорода, заряжаются одноименными отрицательными зарядами, определяя слабую связь между силикатными слоями.
Свойства монтмориллонитов во многом определяются кристаллохимическими особенностями структуры и малым размером их частиц ( от 1 до 150 микрон). Методом электронной микроскопии показано, что монтмориллонитные частицы имеют пластинчатую форму.[19]
Монтмориллониты имеют бидисперсную структуру, которая образована щелевидными порами переменной ширины в пластинчатых частицах и вторичными порами, представляющими собой пространство между пластинчатыми частицами.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.