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

основе ЖС нередко представляют собой нанокомпозиты со сложной иерархически организованной структурой, являются многокомпонентными и структурно неоднородными [2, 3]. Анализ структурного состояния таких систем — сложная задача, и единого подхода к её решению в настоящее время не существует. В частности, по причине того что имеющиеся на данный момент методы компьютерного моделирования изначально развивались для изучения макроскопических сред, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, их использование для изучения структурно-неоднородных ультрадисперсных материалов в некоторых ситуациях может оказаться некорректным. Целью данной работы было обобщение результатов экспериментального и теоретического исследования металлосиликатных нанокомпозитов, полученных по золь-гель технологии из систем на основе водного щелочно-силикатного раствора (ВРС). В качестве ВРС использовали стандартное промышленно выпускаемое жидкое стекло (ГОСТ 13078, силикатный модуль n = 2,9, плотность р = 1,45 г/см3). Композиции ЖС — металл формировали из смесей, полученных при введении в раствор ЖС водного раствора модификатора, в роли которого использовали соли поливалентных металлов MeSO 4 и MeCl 2 (Me = Ni, Co, Fe и Cu). Полученные смеси отфильтровывали до постоянного значения рН фильтрата, дегидратировали на воздухе и сушили при 325-330 К, после чего диспергировали и просеивали. Кроме того, было проведено исследование серии образцов, в которых соли CuCl 2 или CuSO 4 вводили в ЖС, предварительно модифицированное органическим компонентом — олигомером эпоксидно-диановой смолы марки «ЭД-20» (ЭС, ГОСТ 10587). Для гомогенизации и интенсифицирования процесса физико-химического взаимодействия реагентов некоторые смеси с медью в ходе приготовления были подвержены СВЧ-обработке (частота v = 2463 МГц). Время воздействия варьировалось от 1 до 20 мин. Компьютерное моделирование желательно сопровождать сопоставлением с экспериментальными результатами. Для изучения атомной структуры наиболее перспективными представляются методы анализа дифракционных картин. Обобщая результаты предыдущих исследований [4-6], можно выделить следующие этапы расшифровки атомной структуры материалов в ультрадисперсном состоянии с неоднородностями по составу и структуре: 1. Проведение рентгенографических исследований. 2. Обработка дифракционных данных: качественный фазовый и полнопрофильный анализы поликристаллических составляющих; для аморфной составляющей композита — расчет с использованием метода Уоренна — Финбака [7-8] интегральных (усредненных по облучаемому объему) характеристик ближнего порядка (радиусы координационных сфер, их дисперсии и координационные числа). Анализ характеристик, помимо информации о средней структуре областей ближнего упорядочения, может также дать информацию об отклонениях от однородного состояния. Стоит добавить, что интерпретацию результатов рентгеноструктурного анализа желательно проводить при сопоставлении с параллельно полученными данными методами сканирующей электронной микроскопии, рамановской спектроскопии, ИК-спектроскопии и др. С целью получения дополнительных сведений о неоднородностях электронной плотности можно рекомендовать использование методов малоуглового рассеяния рентгеновских лучей или нейтронов. 3. Анализ структуры в рамках модели механической смеси ультрамалых кристаллитов различной природы. В основе метода, подробное описание которого можно найти в работах [4, 9], лежит модифицированная формула Дебая. На данном этапе можно описать неоднородности как по составу, так и по структурной организации областей ближнего упорядочения, а на основании сравнительного анализа подобранных моделей для различных образцов можно сделать выводы о степени влияния способа получения или типа модификатора на структурно - неоднородное состояние композита. 4. Применение метода молекулярной динамики (МД) для поиска структурной модели путем самоорганизации. Необходимы вариации стартовых конфигураций: от полного беспорядка (распределение атомов по объему кластера может быть как равномерным, так и неравномерным) до кластеров, представляющих собой упаковку кристаллитов разных фаз. Последний вариант стартовой конфигурации пока не реализован авторами данной работы и рассматривается только в перспективе. Полученные в ходе МД-экспериментов кластеры будут представлять собой атомные системы с ближним порядком. Сравнительный анализ данных кластеров можно проводить различными способами, например, путем сопоставления численных параметров, характеризующих их структуру, рассчитанных с помощью методики, в основе которой лежит топология и теория графов [5, 6 ]. В сообщении будут представлены результаты исследований указанных выше образцов методами рентгенографии и компьютерного моделирования. Рентгенографирование композитов осуществлялось в геометриях на отражение и просвет на дифрактометрах «ДРОН-4» в интервале углов 20 от 2 до 145 ° с шагом 0,1-0,5 ° и экспозицией 20 с. Использовались излучения СиКа и MoKa, монохроматизированные кристаллом пиролитического графита. Эксперимент для каждого образца проводился не менее 7 раз. Дифрактограммы образцов представляют собой типичные картины рассеяния рентгеновских лучей для аморфных и аморфно­ кристаллических систем. Был проведен качественный фазовый анализ. Кроме того, с помощью метода Уоренна — Финбака из экспериментальных кривых распределения интенсивности рассеяния рентгеновских лучей для аморфной составляющей образцов рассчитаны характеристики ближнего порядка: радиусы координационных сфер, их дисперсии и координационные числа. Анализ результатов показал, что поливалентный металл встраивается в силикатный или эпоксисиликатный каркас с образованием -О -М е-О -S i—связей, а на субнанометровом уровне в образцах присутствуют концентрационные и структурные неоднородности (даже в образцах, дающих полностью «рентгеноаморфную» картину рассеяния (рис. 1 )). 734