Подготовка тетраэтоксисилана для получения монодисперсных сферических частиц кремнезема. Часть 3. Влияние элементов-примесей

Автор: Камашев Д.В.

Статья в выпуске: 11 (359), 2024 года.

Бесплатный доступ

Наноструктурированные 3D-матрицы на основе монодисперсных сферических частиц кремнезема в настоящее время вызывают значительный интерес в связи с перспективами их широкого применения в синтезе новых нанокомпозитных материалов. При этом одна из основных проблем, мешающих их широкомасштабному синтезу, связана с нестабильным поведением тетраэтоксисилана (ТЭОС) в процессе его гидролиза и, как следствие, с плохой воспроизводимостью размеров формирующихся частиц кремнезема при заданных условиях. На основании исследования элементного состава примесей в опаловых матрицах кремнезема, полученных из тетраэтоксисилана различных производителей, нами были продолжены исследования по изучению факторов, влияющих на размеры формирующихся частиц. Для решения этой задачи образцы надмолекулярных структур, полученных из ТЭОС различных производителей, были исследованы методом ICP-MS на содержание в них элементов-примесей. Показано, что содержание элементов в исходном ТЭОС коррелирует с отклонениями размеров формирующихся частиц кремнезема. Проведенные эксперименты по синтезу сферических частиц с введением добавок ряда определенных ранее элементов подтверждают полученную зависимость. Более того, обнаружено, что наличие в системе некоторых элементов-примесей повышает монодисперсность размеров формирующихся частиц кремнезема, что является принципиально важным шагом в решении проблемы получения частиц кремнезема заданного размера с высокой воспроизводимостью результатов. Полученные результаты являются важными для понимания особенностей формирования надмолекулярных структур кремнезема в природе.

Еще

Монодисперсные сферические частицы кремнезема, надмолекулярные структуры, физико-химические методы анализа

Короткий адрес: https://sciup.org/149147223

IDR: 149147223 | DOI: 10.19110/geov.2024.11.4

Список литературы Подготовка тетраэтоксисилана для получения монодисперсных сферических частиц кремнезема. Часть 3. Влияние элементов-примесей

Ивичева С. Н., Каргин Ю. Ф., Ляпина О. А., Юрков Г. Ю., Куцев С. В., Шворнева Л. И. Наночастицы TiO2 в опаловой матрице // Неорганические материалы. 2009. Т. 45. № 11. С. 1337—1348. Ivicheva S. N., Kargin Yu. F., Lyapina O. A., Yurkov G. Yu., Kutsev S. V., and Shvorneva L. I. TiO2 nanoparticles in an opal matrix. Inorg, 2009, V. 45, No. 11, pp. 1337—1348. (in Russian)
Игнатьев Г. В., Кузьмин Д. В., Туленкова Н. В. Особенности пробоподготовки горных пород и минералов для определения редких и редкоземельных элементов. Опыт применения ИСП-МС // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента: Материалы 28-й науч. конф. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2019. С. 52—55.
Ignatev G. V., Kuzmin D. V., Tulenkova N. V. Features of sample preparation of rocks and minerals for the determination of rare and rare earth elements. Experience with ICP-MS. Structure, substance, history of the lithosphere of the Timan-Northern Urals segment: Proceedings of the 28th scientific conference. Syktyvkar: IG Komi SC UB RAS, 2019, pp. 52—55. (in Russian)
Камашев Д. В. Подготовка тетраэтоксисилана для получения монодисперсных сферических частиц кремнезема. Часть 1. Ультрафильтрация // Вестник геонаук. 2022. № 11. С. 25—34. Kamashev D. V. Preparation of tetraethoxysilane to obtain monodisperse spherical silica particles. Part 1. Ultrafiltration. Vestnik of Geosciences, 2022, No. 11, pp. 25—34. (in Russian)
Камашев Д. В. Подготовка тетраэтоксисилана для получения сферических частиц кремнезема. Часть 2. Примеси и их влияние на размеры формирующихся глобул // Вестник геонаук. 2023. № 6. C. 37—47. Kamashev D. V. Preparation of tetraethoxysilane for the production of monodisperse spherical silica particles. Part 2. Impurities and their influence on the size of the forming globules. Vestnik of Geosciences, 2023, No. 6, pp. 37—47. (in Russian)
Кувшинова Т. Б., Буслаева Е. Ю., Егорышева А. В., Володин В. Д., Скориков В. М., Кожбахтеев Е. М. Синтез нанокомпозитов на основе опаловой матрицы и халькогенидов висмута // Неорганические материалы. 2008. Т. 44. № 12. С. 1441—1445. Kuvshinova T. B., Buslaeva E. Yu., Egorysheva A. V., Volodin V. D., Skorikov V. M., Kozhbakhteev E. M. Synthesis of nanocomposites based on opal matrix and bismuth chalcogenides. Inorganic Materials, 2008, V. 44, No. 12, pp. 1441—1445. (in Russian)
Маслов В. А., Кравцов С. Б., Новиков И. А., Усачев В. А., Федоров П. П., Цветков В. Б., Яроцкая Е. Г. Особенности формирования регулярной опаловой структуры из сферических частиц кремнезема в различных коллоидных растворах // Конденсированные среды и межфазные границы. 2022. Т. 24. № 1. С. 69—75. Maslov V. A., Kravtsov S. B., Novikov I. A., Usachev V. A., Fedorov P. P., Tsvetkov V. B., Yarotskaya E. G. Features of the formation of a regular opal structure from spherical silica particles in various colloidal solutions. Condensed media and interphase boundaries, 2022, V. 24, No. 1, pp. 69—75. (in Russian)
Рябенко Е. А., Кузнецов А. И., Шалумов Б. З. и др. О распределении примесей между фазами при глубокой очистке тетраэтоксисилана раствором аммиака // ЖПХ. 1977. № 7. С. 1625—1627. Ryabenko E. A., Kuznetsov A. I., Shalumov B. Z., et al. On the distribution of impurities between phases during deep purification of tetraethoxysilane with an ammonia solution. Zh. 1977, No. 7, pp. 1625—1627. (in Russian)
Самойлович М. И., Клещева С. М., Белянин А. Ф., Житковский В. Д., Цветков М. Ю. Трехмерные нанокомпозиты на основе упорядоченных упаковок наносфер кремнезема: Ч. III // Микросистемная техника. 2004. № 8. С. 9. Samoilovich M. I., Kleshcheva S. M., Belyanin A. F., Zhitkovsky V. D., Tsvetkov M. Yu. Three-dimensional nanocomposites based on ordered packing of silica nanospheres. Part III. Microsystem Technology, 2004, No. 8, p. 9. (in Russian)
Сердобинцева В. В., Калинин Д. В. Кинетика надмолекулярной кристаллизации при образовании структур благородного опала // Геология и геофизика. 2000. Т. 41. № 2. С. 188—193. Serdobintseva V. V. and Kalinin D. V. Kinetics of supramolecular crystallization during the formation of noble opal structures. Geol. 2000, V. 41, No. 2, pp. 188—193. (in Russian)
Amri R., Sahel S., Manaa C., Bouaziz L., Gamra D., Lejeune M., Clin M., Zellama K., Bouchriha H. Experimental evidence of the photonic band gap in hybrid one-dimensional photonic crystal based on a mixture of (HMDSO, O2) // Superlattices and Microstructures. 2016. V. 96. P. 273—281.
Bellessa J., Rabaste S., Plenet J. C., Dumas J., Mugnier J., Marty O. Eu3+-doped microcavities fabricated by sol–gel process // Applied Physics Letters. 2001. V. 79. P. 2142—2144.
Joannopoulos J. D., Winn J. N., Meade R. D. Photonic crystals: molding the flow of light. Second edition. Princeton University Press, Princeton. 2008.
Kim H., Kim S., Jeong W. C., Yang S. Low-Threshold lasing in 3D dye-doped photonic crystals derived from colloidal self-assemblies // Chemisty of Materials. 2009. V. 21. P. 4993—4999.
Marlow F., Muldarisnur M., Sharifi P., Brinkmann R., Mendive C. Angew Opals: status and prospects // Angewandte Chemie International Edition. V. 48, Issue 34. P. 6212—6233.
Nair R. V., Tiwari A. K., Mujumdar S., Jagatap B. N. Photonicband-edge-induced lasing in self-assembled dyeactivated photonic crystals // Physical Review. A 85. 2012.023844.
Norris D. J., Arlinghaus E. G., Meng L. L., Heiny R., Scriven L. E. Opaline photonic crystals: how does self-assembly work? // Advanced Materials. 2004. V. 16. P. 1393—1399.
Painter O., Lee R. K., Scherer A., Yariv A., Brien J. D. O., Dapkus P. D., Kim I. Two-dimensional photonic band-gap defect mode laser // Science. 1999. V. 284. P.1819.
Pan G., Kesavamoorthy R., Asher S. A. Optically nonlinear Bragg diffracting nanosecond optical switches // Physical Review Letters. 1997. V. 78. P. 3860—3863.
Stober W., Fink A., Bohn E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range // J. Colloid and Interface Sci., 1968. V. 26. P. 62—69.
Velev O. D., Jede T. A., Lobo R. F., Lenhoff A. M. Porous silica via colloidal crystallization. // Nature. 1997. V. 389. No. 6650. P. 447—448.
Venditti I., Fratoddi I., Palazzesi C., Prosposito P., Casalboni M., Cametti C., Battocchio C., Polzonetti G., Russo M. V. Selfassembled nanoparticles of functional copolymers for photonic applications // Journal of Colloids and Interface Science. 2010. V. 348. P. 424—430.
Vynck K., Cassagne D., Centeno E. Superlattice for photonic band gap opening in monolayers of dielectric spheres // Optics Express. 2006. V. 14. P. 6668—6674.
Wendt J. R., Vawter G. A., Gourley P. L., Brennan T. M., Hammons B. E. Nanofabrication of photonic lattice structures in GaAs/AlGaAs // Journal of Vacuum Science & Technology. 1993. P. 2637—2640.

Еще

Статья научная