CC BY
49
УДК 539.234:542.938
Р. Р. Мингалиева, М. С. Петровнина, К. В. Сабержанов,
В. Е. Катнов, С. Н. Степин
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ОКСИДА КРЕМНИЯ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА
Ключевые слова: наночастицы серебра, диоксид кремния, золь-гель- технология, покрытия, свойства.
Исследована возможность формирования покрытий, содержащих наночастицы серебра, по золь-гель-технологии при температуре от 400°С до 600 оС. Установлена зависимость коэффициентов отражения и пропускания полученных покрытий от температуры и соотношения исходного компонентов.
Keywords: metal nanoparticles, silica sol-gel technology, coating properties.
The possibility offorming coatings containing silver nanoparticles by sol-gel technique at temperatures from 400 ° C to 600 oC. The dependence of the reflection and transmission of the coatings on the temperature and the ratio of the initial components.
Введение
Начиная с открытия матричного синтеза мезопористых силикатов и алюмосиликатов, интенсивное развитие получил золь-гель-метод синтеза различных мезопористиых материалов в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ). В частности, таким образом впервые были получены тонкие прозрачные пленки с низким показателем преломления на основе диоксида кремния [1].
На всех этапах золь-гель-процессов протекают многообразные реакции, влияющие на конечный состав и структуру ксерогеля. На этапе синтеза и созревания золя характеры фрактальных агрегатов зависят от состава прекурсоров, их концентрации, порядка смешивания, pH среды, температуры и времени реакции, состава атмосферы (особенно влажности) и других [2].
Экспериментальная часть
В данной работе исследован процесс получения прозрачных покрытий (Пк), содержащих наночастицы (НЧ) серебра, по золь-гель-технологии при температуре от 400 °С до 600 оС и различном соотношении компонентов. Золь диоксида кремния получали в процессе плазмодинамического синтеза, описанного в работах [3,4]. На первом этапе исследовали влияние условий термообработки на свойства Пк. Композиции для получения Пк готовили смешением 20%-го водного золя диоксида кремния и 3 %-го водного раствора нитрата серебра достигая массового соотношения диоксида кремния и серебра 10:1. Полученные композиции наносили на стеклянную подложку распылением и центрифугальным методом, после чего сушили при комнатной температуре до образования пленки и подвергали термообработке в муфельной печи при температуре от 400°С до 600°С (нагрев образцов выше 600°С сопровождается механическим разрушением стекла).
На образцах, нагретых до 400°С, наблюдалось частичное отслоение пленок от поверхности стеклянного субстрата, очевидно,
связанное с возникновением в покрытии остаточных напряжений, превышающих прочность адгезионных связей. В остальных случаях на стеклах формировались тонкие, прозрачные Пк толщиной менее 1 мкм, содержащие наночастицы серебра, образующиеся в результате термолиза нитрата. По результатам ОЖЕ-спектроскопии размер частиц серебра находится в пределах 20-30 нм. Визуальные наблюдения под разными углами зрения позволили установить, что Пк обладают интерференционным эффектом.
Коэффициенты отражения и пропускания полученных покрытий в диапазоне длин волн 400700 нм определяли при помощи спектрофотометров X-Rite Color и Proscan MC 122 соответственно. В качестве эталона при измерении оптических характеристик использовали чистое стекло, измерения проводили с шагом 10 нм.
Результаты исследования оптических свойств покрытий представлены на рис. 1 и 2.
Рис. 1 - Зависимость коэффициентов отражения стеклянных образцов с Пк , полученным при температуре 500°С (1) и 600 °С (2)
Данные, представленные на рис. 1 и 2 свидетельствуют о том, что при формировании Пк при температуре 600°С для них наблюдается уменьшение коэффициента отражения и увеличение коэффициента пропускания. Снижение температуры приводит к уменьшению коэффициента пропускания и возрастанию коэффициента
отражения. Таким образом, в качестве оптимальной температуры формирования Пк была определена температура 600 °С.
Рис. 4 - Зависимость коэффициентов
пропускания стеклянных образцов с Пк, полученным при соотношении золь диоксида кремния: серебра: 1 - 10:1 и 2 - 10:3
Рис. 2 - Зависимость коэффициентов
пропускания стеклянных образцов с Пк, полученным при температуре 500°С (1) и 600°С (2)
На следующем этапе работы для определения оптимальной рецептуры композиции были приготовлены композиции для формирования Пк с массовым соотношением диоксида кремния и серебра 10:1 и 10:3. Как видно из данных, представленных на рис. 3 и 4, при увеличении содержания наносеребра отражательная способность Пк уменьшается, а пропускная способность увеличивается.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о перспективности использования наносеребра в качестве компонента покрытий на основе диоксида кремния с целью придания им специальных оптических свойств.
Литература
1. Троицкий Б.Б., Наноструктуры поверхности пленок диоксида кремния, полученных золь-гель-методом с органическими добавками/Б.Б. Троицкий, и др. //Известие Академии наук: Серия химическая,№4,2012, С.681-684
2. Авторы: Максимов А.И., Мошников В. А., Таиров Ю. М., Шилова О. А. Основы золь-гель-технологии нанокомпозитов: Монография. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2007. 156 с.
3. Катнов В.Е., Петрова Е.В., Степин С.Н., Дресвянников
A.Ф., Гафаров И.Г., Казань: Вестник Казанского
технологического университета, вып. 14, 220- 223 (2011).
4. Герасимов А.В., Игнатов О. Б., Пронин О. Ю., Катнов
B.Е., Казань: Вестник Казанского технологического университета, вып. 21, 133- 136 (2012).
Рис. 3 - Зависимость коэффициентов отражения стеклянных образцов с Пк , полученным при соотношении золь диоксида кремния: серебра: 1 -10:1 и 2 - 10:3
© Р. Р. Мингалиева - асп. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ, [email protected]; М. С. Петровнина - инж. той же кафедры; К. В. Сабержанов - бакалавр КНИТУ; В. Е. Катнов - к.х.н., докторант каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ, [email protected]; С. Н. Степин -д.х.н., проф., зав. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ, [email protected].
