Разработка и исследование физико-химических свойств умных материалов на основе наноразмерных водных дисперсий нормальных алканов

Интерес к исследованиям физико-химических свойств микро- и нано- дисперсий и к методам получения таких дисперсий растет с каждым годом. Это связано с перспективами использования таких дисперсных систем в медицине, фармацевтике, строительстве, а также в энергетике. Одним из объектов данного класса систем являются парафиновые эмульсии. Они широко используются для пропитки различных материалов с целью придания им требуемых свойств, например, гидрофобных. Их добавляют, например, в бетон, пропитывают древесно-стружечные плиты, используемые для производства мебели. Отдельно стоит отметить перспективность использования парафинов и парафиновых эмульсий в качестве фазово-переходных материалов (ФПМ или Phase Change Materials, PCM). В ФПМ используется скрытая теплота фазового перехода при плавлении или кристаллизации для аккумулирования или выделения тепловой энергии. ФПМ могут применяться для запасания и транспортировки тепловой энергии или для создания тепловых барьеров. Парафины или нормальные алканы хорошо подходят для создания ФПМ благодаря своей относительной дешевизне, не токсичности, химической инертности. н-Алканы в зависимости от числа атомов углерода в молекуле имеют широкий диапазон температур фазовых переходов, что очень важно для разработки ФПМ под конкретные рабочие температуры. Данный проект посвящен исследованию фазового поведения наноразмерных водных дисперсий индивидуальных н- алканов и их смесей. Одной из составляющих проекта является усовершенствование разработанной ранее методики получения устойчивых наноразмерных водных дисперсий н-алканов при помощи ультразвукового диспергирования и без добавления поверхностно-активных веществ. А также выявление причин высокой устойчивости систем типа вода- парафин, обработанных ультразвуком. Исследованиями таких водных дисперсий, имеющих высокую коллоидную устойчивость, приготовленных из воды и парафина без добавления ПАВ никто не занимался и объяснение причин высокой устойчивости таких дисперсий и причин наличия высокого поверхностного заряда (дзета-потенциала) у частиц н-алкана в таких смесях является актуальной задачей и обладает научной новизной. Также в ходе работ по проекту будет усовершенствован новый оптический метод исследований фазового поведения водных дисперсий н- алканов, разработанный авторами ранее. Данный метод уже показал свою эффективность, бОльшую чувствительность по концентрации, чем у дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) и микро-ДСК при исследованиях низко концентрированных водных дисперсий. Развитие данного метода, а именно измерение деполяризованной компоненты рассеянного света, позволит экспериментально детектировать такой слабый и трудно наблюдаемый тепловой, но уникальный для н-алканов, эффект, как эффект поверхностной кристаллизации. В ходе исследований планируется исследовать влияние различных факторов, таких, как поверхностно-активные вещества, наночастицы разного размера и природы, размер и состав наноразмерных частиц н-алканов на их фазовое поведение. Ставится, как фундаментальная задача - исследования фазового поведения индивидуальных веществ (н- алканов), так и прикладные задачи - разработка основ для создания умных материалов с управляемыми свойствами, так называемых фазово-переходных материалов (ФПМ).