Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Для разрешения противоречия между методами измерены спектры пропускания наножидкостей различной концентрации, созданных на основе дистиллированной воды и нанопорошков диоксида кремния различной удельной поверхности. Использовались полученные различными способами нанопорошки: плазмо­ химическим марки “AerosiF’ [4] и конденсационным по методу [5] марки “Tarkosil”. Кроме того, для объяснения противоречий привлечены как результаты исследования вязкости таких наножидкостей авторами [ 6 ], так и результаты в близких областях других авторов [7, 8 ]. Считается, что теория Релея применима для описания результатов эксперимента в том случае, когда длина волны рассеиваемого света в 100 раз превосходит размеры частиц. Хотя в экспериментах использовались длины волн, лишь в 1 0 раз превосходящие размеры частиц, длинноволновые участки спектров не сильно отклоняются от теории Релея, что, в частности, определяет применимость экспресс-метода. В результате обработки этих спектров были определены размеры наночастиц. Они близки к характерным размерам, оцениваемым по величине удельной поверхности Ssp нанопорошков, использованных при создании нанодисперсий, как dSLS = 6/pS sp, где р — плотность материала наночастиц (рис., а). При этом размеры, определяемые методом ДРС duLs , превосходят на порядок величину dp (рис., б). 60 40 - 2 0 - d< SLS , нм / а у ♦ A erosil T arko sil 2 0 300 п 250 2 0 0 150 40 d sp, нм 0 dDLS, б нм * 1 1 «► 1 ■ ■ ■ - ■ A ero sil 1 T arko sil 1 1 2 0 40 d sp, нм 0 0 0 0 Сопоставление с характерным размером первичных наночастиц dSp их величины, определённой методами СРС (а) и ДРС (б) Нельзя считать, что метод ДРС выявляет агломерированность наночастиц в жидкости, поскольку агломераты такого размера также были бы выявлены и методом СРС, тем более что в методе СРС используются значительно более высокие концентрации наночастиц, чем в методе ДРС. Объяснение результатов измерений методом ДРС заключается в том, что этот метод, прежде всего, определяет подвижность частиц в среде, величина которой связывается в дальнейшем с их размером. Между тем, авторами настоящей работы установлено, что вязкость таких жидкостей [ 6 ] превосходит вязкость жидкостей с той же концентрацией частиц, но микронных размеров. Это вообще характерно для наножидкостей [7]. В то же время в работе [ 8 ] продемонстрировано аномально высокое сопротивление тонких кварцевых каналов при протекании дистиллированной воды в сравнении с теоретическим течением Пуазёйля. В результате развития этой тематики была построена модель повышенной вязкости у гидрофильных кварцевых стенок каналов, что позволило успешно описать экспериментальные результаты. Структура прилежащих к гидрофильной кварцевой поверхности слоёв воды раскрывается в работе [9]. Так, продемонстрировано, что вблизи гидрофильной поверхности молекулы воды выстраиваются дипольными моментами от поверхности, а вблизи гидрофобной поверхности — вдоль неё. Упорядочение молекул жидкости не приводит к их иммобилизации, однако может существенно локально менять динамические характеристики среды — её вязкость. Всё это свидетельствует в пользу того, что наночастицы, поверхность которых гидрофильна, действительно обладают пониженной подвижностью. Между тем при интерпретации результатов измерений по методу ДРС используется классическая теория броуновского движения Смолуховского — Эйнштейна, не учитывающая повышенной вязкости жидкости у поверхности частиц. При этом низкая подвижность интерпретируется как большой размер частиц. В то же время геометрическое упорядочение молекул воды обусловлено наличием у них дипольного момента, что приводит и к электрической упорядоченности в прилигающих к поверхности частиц слоях. Пока не ясно, как это может повлиять на рассеяния света по Релею в такой системе, и получаемые СРС методом размеры частиц следует считать лишь оценкой. Однако на основе совпадения этой оценки с определяемыми адсорбционным методом размерами можно предположить, что влияние на рассеяние света носит не существенный характер. Итак, можно заключить, что метод ДРС, хотя и позволяет обнаружить частицы при концентрациях намного меньших, чем СРС, однако в действительности может быть использован только для определения подвижности частиц, несмотря на декларируемую производителями высокую точность определения размеров с помощью оборудования, основанного на методе ДРС. Размеры же частиц можно измерять методами СРС, причём в качестве экспресс-метода можно использовать простые установки с одной длинной волны света. 624