Разработка новых фоточувствительных материалов с переключаемым режимом смачивания на основе полититаноксида, легированного наночастицами золота или серебра, в органических полимерных матрицах различной природы для создания самоочищающихся покрытий

Проект направлен на разработку новых ресурсосберегающих фотоактивных композиционных полимерных материалов на основе наноструктурированного полититаноксида в полимерных матрицах для формирования самоочищающихся адгезионно прочных покрытий различных поверхностей, способных разлагать различные загрязнители окружающей среды, подавлять развитие патогенных бактерий и удалять загрязнения с поверхности вместе с каплями воды. Материалы в отличие от существующих аналогов будут характеризоваться фотоиндуцированным переключением режимов смачивания и высокой фотокаталитической активностью в разложении органических загрязнений различной природы. Стратегия применения таких покрытий основана на том, что в качестве их активного начала используется высокодисперсный (наноструктурированный) полититаноксид анатазной аллотропной модификации, самоорганизованный в оптически прозрачных полимерных матрицах различной природы. Облучение полититаноксида приводит к проявлению его уникальных свойств: фотогенерированию электронно-дырочных пар (дырок h+ и электронов e−) по реакции Ti (IV) + e (-) ↔ Ti (III) с образованием активных форм кислорода (в том числе кислородсодержащих радикалов). В результате на поверхности материалов происходит разрушение адсорбированных органических примесей вплоть до CO2 и Н2О в мягких условиях, то есть лишь при световом воздействии при небольших температурах. С целью усиления фотокаталитической активности композитов в проекте будет выполнена модификация поверхности полититаноксида внутри материала наночастицами серебра и золота, что позволит использовать для активации процессов излучение видимого диапазона длин волн. Наряду с этим при фотоиндуцированной диссоциации связи Ti-O поверхность материалов становится супергидрофильной, и капля воды, попадая на такую поверхность, способна "обволакивать" продукты разложения. После окончания светового воздействия поверхность становится гидрофобной, капли воды принимают почти сферическую форму и скатываются с нее, "унося" с собой продукты разложения. Для усиления гидрофобизации материалов и, соответственно, более эффективного удаления с них загрязнителей в отсутствии света, на их поверхности дополнительно будут сформированы слои гидрофобизирующих агентов. Будут получены адгезионно прочные покрытия из разработанного материала на подложках различной природы (стекло, металл, керамика, пластик). Адгезионная прочность будет достигаться регулированием состава органической полимерной матрицы. Отличительной особенностью синтеза таких материалов является то, что все стадии получения покрытия будут выполнены при однократной загрузке всех компонентов, в том числе и формирование из соответствующих прекурсоров наночастиц серебра и золота. Кроме прикладных целей проект имеет фундаментальные задачи и относится к одному из актуальных направлений химии полимеров – получению полимерных нанокомпозитов c регулируемым комплексом свойств. В проекте будут выполнены исследования, направленные на выявление закономерностей синтеза материалов, формирования в них наночастиц золота и серебра и регулирование комплекса их свойств в зависимости от состава, наличия наночастиц золота или серебра и поверхностной модификации: изучение структуры, размерных характеристик наночастиц, топографии поверхности, оптических, фотокаталитических, физико-механических, теплофизических свойств, способности к самоочищению и скорости переключения режимов смачивания при световом воздействии и после его окончания, бактерицидных свойств. Будут разработаны приемы нанесения композиционных материалов на поверхности различной природы (стекло, металл, пластик, керамика), обеспечивающие их высокую адгезионную прочность. Совокупность полученных результатов обеспечит получение нетрудоемким методом оптически прозрачных органо-неорганических самоочищающихся покрытий, способных переключению режимов смачивания поверхности, фотокаталитическому разложению загрязнителей и проявляющих антибактериальные свойства. По эффективности материалы будут соответствовать современным требованиям мирового уровня и, возможно, превосходить существующие аналоги благодаря уникальному сочетанию свойств - оптической прозрачности, высокого квантового выхода реакции Ti (IV) + e (-) ↔ Ti (III), высокой фотокаталитической активности, фотоиндуцированной гидрофильности, "эффекта лотоса" в отсутствие светового воздействия.