Физико-химия и технология силикатных пористых стекол и многофункциональных композиционных материалов на их основе

Отчет 244 с., 72 рис., 23 табл., 457 библиогр. ссылок, 5 приложений ЩЕЛОЧНОБОРОСИЛИКАТНЫЕ СТЕКЛА, ФАЗОВОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ, ПОРИСТОЕ СТЕКЛО, СТРУКТУРА, НАНОКОМПОЗИТЫ; КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ, СПЕКТРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ, ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, МАГНИТНЫЕ, АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА Объекты. Щелочноборосиликатные стекла, легированные K2O, Fe2O3, P2O5, фторид-ионами, Ni2O3; силикатные пористые стекла (ПС) и композиционные материалы (КМ) на их основе, допированные люминесцентными, сегнетоэлектрическими, магнитными, биоактивными компонентами. Методы. Комплекс стандартных аналитических, физико-химических и структурно-физических методов. Цель работы. Создание новых нанопористых термостабильных силикатных мембран и функциональных стекломатериалов на их основе для микроэлектроники, фотоники, плазмоники, сенсорики, альтернативной энергетики, экологии. Основные результаты. Разработаны методики и на основе ПС-матриц синтезированы новые наноструктурированные КМ, содержащие оксиды висмута или серебра (с/без галогенидов и редкоземельных элементов (Er, La, Y), цезия, марганца. Исследованы химический и фазовый состав, спектрально-оптические, люминесцентные, магнитные свойства КМ в зависимости условий синтеза. Показана возможность формирования в них НЧ Au или Ag (ионоселективные мембраны, плазмонные КМ), активных центров с разной степенью окисления Bi или молекулярных кластеров Ag (люминесцентные КМ), микрокристаллических фаз -KNO3, Fe3O4, MnxOy (сегнетоэлектрические, магнитолектрические или бимагнитные КМ), кристаллических НЧ и микро- и нанодендритов ZnO, ZnS, SnO, SnS (полупроводниковые КМ), полиоксометаллатов Mo (биоактивные КМ). Установлено, что аномалии сегнетоэлектрических фазовых переходов в ПС обусловлены влиянием размерного эффекта в сегнетоэлектрике в условиях ограниченной геометрии. Обнаружено различие гидрофильных свойств поверхности твердого кремнеземного каркаса ПС и глобул вторичного кремнезема в ходе исследования низкотемпературного динамического кроссовера в гидратированных ПС (совместно с Центром электромагнитных исследований и характеристик, Иерусалим). При комплексном исследовании термомодифицированных ПС-мембран (термический анализ, оптическая спектроскопия, индикаторный и адсорбционные методы) установлены особенности образования и разрушения гидратно-гидроксильного покрова кремнеземной поверхности, которые влияют на формирование адсорбционных центров ПС. Впервые сформулирован физико-химический критерий получения магнетитсодержащих ПС в ходе изучения фазового разделения и кристаллизации стекол системы Na2O-B2O3-SiO2-Fe2O3 (70 мол. % SiO2, ≤ 12 мол. % Fe2O3 и Na2O), а также их структуры, электронного строения железа, химической устойчивости, диэлектрических свойств. Установлено, что координация ионов Fe3+ по кислороду зависит от содержания Na2O в стекле. Обнаружено два независимых процесса проводимости в зависимости от температуры (совместно с Вроцлавским университетом науки и технологии). Показано, что при введении в ЩБС стекла более 6 мол. % Fe2O3 могут быть получены ПС в форме пластин, содержащие кристаллическую фазу магнетита и обладающие наноразмерными порами. Установлено влияние наличия магнетита в ПС, присутствия вторичного кремнезема в порах, концентрации и рН растворов электролитов (NaCl, KNO3) на их структурные и электроповерхностные характеристики (пористость, коэффициенты структурного сопротивления, поверхностная проводимость, электрокинетический потенциал, числа переноса противоионов). Впервые обнаружена высокая активность ПС, модифицированных ГПС, по отношению к золотистому стафилококку и кишечной палочке. Получен патент RU 2756552 «Способ получения биоактивной мембраны фильтра осмотического действия для водоподготовки» (совместно с «ЛЭТИ»). Впервые ПС использованы в качестве модификатора лакокрасочных покрытий с целью регулирования влажности помещений.