Влияние лазерной обработки на композитные пленки с нанодисперсным SiO2

Влияние лазерной обработки на композитные пленки с нанодисперсным SiO2

Автор: Черкашина Наталья Игоревна, Павленко Вячеслав Иванович, Городов Андрей Иванович, Рыжих Дарья Александровна, Форова Елена Витальевна

Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild

Рубрика: Применение наноматериалов и нанотехнологий в строительстве

Статья в выпуске: 2 т.15, 2023 года.

Бесплатный доступ

Введение. Исследование направлено на изучение влияния лазерной обработки на композитные пленки, полученные на основе полиимидных трековых (ядерных) мембран и наполненных нанодисперсным SiO2; на изменение их оптических и структурных свойств. Материалы и методы исследования. Полиимидные трековые (ядерные) мембраны использовались в качестве полимерной матрицы. Диаметр треков 200 нм, толщина мембраны 25 мкм. Заполнение треков нанодисперсным SiO2 проводили путем гидролиза тетраэтоксисилана в присутствии трековых мембран. Для модифицирования поверхности композитной пленки использовали иттербиевый импульсный волоконный лазер Minimarker 2-20 A4 PA. Было изучено изменение микроскопии поверхности композитных пленок, их оптическая плотность, ИК-Фурье спектры и смачиваемость поверхности в зависимости от лазерной обработки. Результаты и обсуждение. Установлена возможность создания композитной пленки на основе полиимидной трековой (ядерной) мембраны и нанодисперсного SiO2 путем гидролиза тетраэтоксисилана в присутствии мембраны. Методом энергодисперсионного анализа показано, что оксид кремния полностью заполнил объем пор трековой мембраны. Лазерное модифицирование поверхности композитного материала (композитной пленки) приводит к увеличению краевого угла смачивания от θ = 66,75 ± 1,55° до θ = 101,52 ± 3,03°. Таким образом, материал приобретает гидрофобные свойства. Также модифицирование пленок лазером оказывает положительный эффект на коэффициент пропускания пленок, а именно данный коэффициент увеличивается. Наибольшие изменения наблюдаются в инфракрасной области излучения, средний прирост пропускания составляет +70,48%. Заключение. Полученные результаты исследования представляют важное значение для понимания механизмов создания композитных пленок с улучшенными оптическими свойствами, что в дальнейшем может быть использовано для создания композитных пленок с заданными оптическими свойствами для различных областей применений.

Еще

Композитная пленка, трековая мембрана, нанодисперсный sio2, лазерная обработка, оптические свойства, модифицирование, краевой угол смачивания

Короткий адрес: https://sciup.org/142238049

IDR: 142238049   |   DOI: 10.15828/2075-8545-2023-15-2-152-163

Список литературы Влияние лазерной обработки на композитные пленки с нанодисперсным SiO2

  • Cherkashina N.I., Pavlenko V.I., Noskov A.V. Synthesis and property evaluations of highly filled polyimide composites under thermal cycling conditions from −190оC to +200оC. Cryogenics. 2019; 104: 102995. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2019.102995
  • Забегаева О.Н., Сапожников Д.А., Выгодский Я.С. Молекулярные композиты на основе полиимидов // Высокомолекулярные соединения. 2020. 2. 186–199. https://doi.org/10.31857/S230811472002017X
  • Ma J., Liu X., Wang R., Lu C., Wen X., Tu G. Research Progress and Application of Polyimide-Based Nanocomposites. Nanomaterials. 2023; 13(4): 656. https://doi.org/10.3390/nano13040656
  • Malinský P, Romanenko O, Havránek V, Cutroneo M, Novák J, Štěpanovská E, Mikšová R, Marvan P, Mazánek V, Sofer Z, Macková A. Graphene Oxide and Polymer Humidity Micro-Sensors Prepared by Carbon Beam Writing. Polymers. 2023; 15(5): 1066. https://doi.org/10.3390/polym15051066
  • Yang S.-Y. (Ed.) Advanced Polyimide Materials: Synthesis, Characterization, and Applications ; Elsevier: Saint Louis, MI, USA; 2018.
  • Gouzman I., Grossman E., Verker R., Atar N., Bolker A., Eliaz N. Advances in Polyimide-Based Materials for Space Applications. Adv Mater. 2019; 31(18): 1807738. https://doi.org/10.1002/adma.201807738
  • Iwasa R., Suizu T., Yamaji H., Yoshioka T., Nagai K. Gas separation in polyimide membranes with molecular sieve-like chemical/physical dual crosslink elements onto the top of surface. Journal of Membrane Science. 2018; 550: 80-90. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.12.064
  • Radzymińska-Lenarcik E, Pyszka I, Urbaniak W. The Use of Polymer Membranes for the Recovery of Copper, Zinc and Nickel from Model Solutions and Jewellery Waste. Polymers. 2023; 15(5): 1149. https://doi.org/10.3390/polym15051149
  • Kozlovskiy A., Borgekov D., Kenzhina I. et al. PET Ion-Track Membranes: Formation Features and Basic Applications. Nanocomposites, Nanostructures, and Their Applications. NANO 2018. Springer Proceedings in Physics. 2019; 221: 461-479. https://doi.org/10.1007/978-3-030-17759-1_31
  • Pe´py G., Boesecke P., Kuklin A., et al. Cylindrical nanochannels in ion-track polycarbonate membranes studied by small-angle X-ray scattering. Applied Crystallography. 2007; 40: 388-392. https://doi.org/10.1107/S0021889807000088
  • Tianji Ma, Jean-Marc Janot, Sebastien Balme Track-Etched Nanopore/Membrane: From Fundamental to Applications. Small Methods. 2020; 4 (9): 2000366. https://doi.org/10.1002/smtd.202000366
  • Jian-Xin Yang, Zhi-Bo He, Shi-Lun Guo Identification and harmfulness analysis of solid particles contained in medical injections and their removal by nuclear track membranes. Perspectives in Science. 2019; 12: 100399. https://doi.org/10.1016/j.pisc.2019.100399
  • Nana Jin, Li Xue, Ying Ding, Yingjia Liu, Fan Jiang, Ming Liao, Yanbin Li, Jianhan Lin A microfluidic biosensor based on finger-driven mixing and nuclear track membrane filtration for fast and sensitive detection of Salmonella. Biosensors and Bioelectronics. 2023; 220: 114844. https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.114844
  • Zhi-Bo He, S.-L. Guo, Applications of Nuclear Track Membranes to Filtration of Medical Injections and Various Transfusions to Remove Solid Particles. Physics Procedia. 2015; 80: 131-134. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.11.081
  • Босых Е.О., Сохорева В.В., Пичугин В.Ф. Исследование возможности применения ядерных трековых мембран для офтальмологии // Мембраны и мембранные технологии. 2014. 4 (4). 267.
  • Calvo J.I., Bottino A., Capannelli G., Hernández A. Comparison of liquid–liquid displacement porosimetry and scanning electron microscopy image analysis to characterise ultrafiltration track-etched membranes. Journal of Membrane Science. 2004; 239 (2): 189-197. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.02.038
  • Виноградов И.И., Нечаев А.Н., Арно Россоу Композитные мембраны на основе трековой мембраны и нанокаркасов хитозана. Наука России: Цели и задачи. Сборник научных трудов по материалам XXVII международной научно-практической конференции 10 июня 2021 г. 2021. 152 с. https://doi.org/10.18411/sr-10-06-2021-26
  • Khlebnikov N.A., Polyakov E.V., Borisov S.V., Shepatkovskii O.P., Krasil’nikov V.N. Application of Nanocomposite Track Membranes for Electron Microscopy Samples Preparation. Advanced Materials Research. 2014; 1082: 51–56. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.1082.51
  • Al Harby NF, El-Batouti M, Elewa MM. Prospects of Polymeric Nanocomposite Membranes for Water Purification and Scalability and their Health and Environmental Impacts: A Review. Nanomaterials. 2022; 12(20): 3637. https://doi.org/10.3390/nano12203637
  • Wu T., Dong J., Gan F., Fang Y., Zhao X., Zhang Q. Low dielectric constant and moisture-resistant polyimide aerogels containing trifluoromethyl pendent groups. Applied Surface Science. 2018; 440: 595–605. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.01.132
  • Yin J, Mao D, Fan B. Copolyamide-Imide Membrane with Low CTE and CME for Potential Space Optical Applications. Polymers. 2021; 13(7): 1001. https://doi.org/10.3390/polym13071001
  • Mao D., Lv G., Gao G., Fan B. Fabrication of polyimide films with imaging quality using a spin-coating method for potential optical applications. Journal of Polymer Engineering. 2019; 39(10): 917–925. https://doi.org/10.1515/polyeng-2019-0177
  • Jiang H., Xu L., Chen G.,Fang X. Aqueous Solution Blending Route for Preparing Flexible and Antistatic Polyimide/Carbon Nanotube Composite Films with Core-Shell Structured Polyimide/Graphene Microspheres. Polym. Compos. 2022; 43: 6062–6073.
  • Zhou X., Ding C., Cheng C., Liu S., Duan G., Xu W., Liu K., Hou H. Mechanical and Thermal Properties of Electrospun Polyimide/Rgo Composite Nanofibers Via in-Situ Polymerization and in-Situ Thermal Conversion. European Polymer Journal. 2020; 141: 110083. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2020.110083
  • Майникова Н.Ф., Ярмизина А.Ю., Трофимов Д.В., Костромина Н.В., Кравченко Т.П., Яковлева К.А. Исследование влияния углеродных нанонаполнителей на свойства композитов на основе полипропилена // Пластические массы. 2020. 3-4. 23-25. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2020-3-4-23-25
  • Козлов Г.В., Долбин И.В. Сравнительный анализ эффективности углеродных нанотрубок и графена в армированнии полимерных нанокомпозитов // Журнал технической физики. 2020. 62 (8). 1240-1243. https://doi.org/10.21883/FTT.2020.08.49608.078
  • Huo M., Hu Y., Xue Q., Huang J, Xie G. Solution-Processed Large-Area Organic/Inorganic Hybrid Antireflective Films for Perovskite Solar Cell. Molecules. 2023; 28(5): 2145. https://doi.org/10.3390/molecules28052145
  • Pavlenko V.I., Zabolotny V.T., Cherkashina N.I., Edamenko O.D. Effect of vacuum ultraviolet on the surface properties of high-filled polymer composites. Inorganic Materials: Applied Research. 2014; 5(3): 219–223. https://doi.org/10.1134/S2075113314030137
  • Hsiao Y.-S., Chang-Jian C.-W., Uang T.-Y., Chen Y.-L.. Huang C.-W., Huang J.-H., Wu N.-J., Hsu S.-C., Chen C.-P. Lightweight Flexible Polyimide-Derived Laser-Induced Graphenes for High-Performance Thermal Management Applications. Chemical Engineering Journal. 2023; 451(3): 138656. https://doi.org /10.1016/j.cej.2022.138656
  • Pavlenko V.I., Cherkashina N.I. Synthesis of hydrophobic filler for polymer composites. International Journal of Engineering and Technology. 2018; 7(2): 493–495. https://doi.org /10.14419/ijet.v7i2.23.15341
  • Xing S., Pan Z. Wu X., Chen H., Lv X., Li P., Liu J., Zhai J. Enhancement of Thermal Stability and Energy Storage Capability of Flexible Ag Nanodot/Polyimide Nanocomposite Films Via in Situ Synthesis. Journal of Materials Chemistry. 2020; 8(36): 12607–12614. https://doi.org /10.1039/D0TC02516J
  • Yadav D., Borpatra G. M., Karki S., Ingole P.G. A Novel Approach for the Development of Low-Cost Polymeric Thin-Film Nanocomposite Membranes for the Biomacromolecule Separation. ACS Omega. 2022; 7(51): 47967–47985. https://doi.org /10.1021/acsomega.2c05861
  • Borpatra Gohain M., Karki S., Yadav D., Yadav A., Thakare N.R., Hazarika S., Lee H.K., Ingole P.G. Development of Antifouling Thin-Film Composite/Nanocomposite Membranes for Removal of Phosphate and Malachite Green Dye. Membranes. 2022; 12(8): 768. https://doi.org/10.3390/membranes12080768
  • Nam V.B., Shin J., Choi A., Choi H., Ko S.H., Lee D. High-Temperature, Thin, Flexible and Transparent Ni-Based Heaters Patterned by Laser-Induced Reductive Sintering on Colorless Polyimide. Journal of Materials Chemistry. 2021; 9(17): 5652–5661. https://doi.org/10.1039/D1TC00435B
  • Zhang Y., Ma Z., Ruan K., Gu J. Multifunctional Ti3C2Tx-(Fe3O4/Polyimide) Composite Films with Janus Structure for Outstanding Electromagnetic Interference Shielding and Superior Visual Thermal Management. Nano Research. 2022; 15(6): 5601–5609. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4358-7
  • Jun Xu, Guojun Zhang, Congyi Wu, Weinan Liu, Tian Zhang, Yu Huang, Youmin Rong Organic solvent assisted laser processing of transparent polymer films based on the swelling and penetration behavior. Optics & Laser Technology. 2022; 150: 107937. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.107937
  • Yastrebinsky R.N., Pavlenko V.I., Matukhin P.V., Cherkashina N.I., Kuprieva O.V. Modifying the surface of iron-oxide minerals with organic and inorganic modifiers. Middle East Journal of Scientific Research. 2013; 18(10): 1455–1462. https://doi.org/10.5829/idosi.mejsr.2013.18.10.7098
  • Anwer G., Acherjee B. Laser polymer welding process: Fundamentals and advancements. Materials Today: Proceedings. 2022; 61(1): 34-42. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.03.307
  • Matyukhin P.V., Pavlenko V.I., Yastrebinsky R.N., Cherkashina N.I. The high-energy radiation effect on the modified iron-containing composite material. Middle East Journal of Scientific Research. 2013; 17 (9): 1343–1349. https://doi.org/10.5829/idosi.mejsr.2013.17.09.70100
  • Mishra L., Mishra D., Mahapatra T.R. Optimization of process parameters in Nd:YAG laser micro-drilling of graphite/epoxy based polymer matrix composite using Taguchi based Grey relational analysis. Materials Today: Proceedings. 2022; 62(14): 7467-7472. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.03.501
  • Dahmen M., Vedder C., Baek S., Stollenwerk J. Dual-beam laser-based processing of tribological polymer coatings. Procedia CIRP. 2022; 11: 257-260. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.061
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp