Фундаментальное материаловедение

Исследование паст наноалмаза с неводными растворителями методом ДСК
Беляева Л.А.
студентка
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Москва, Россия
E-mail: siamore@rambler.ru
Дисперсии и пасты наноалмаза могут найти широкое применение в медицине и
электронике, а также в качестве абразивных и упрочняющих материалов. Наилучшие
свойства имеют дисперсии и пасты первичных (3-5нм) частиц. Известно, что в водных
пастах первичного наноалмаза происходит образование нанофазы воды [1], которую
можно зафиксировать методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК),
так как согласно уравнению Гиббса – Томпсона температура плавления наночастиц
ниже температуры плавления объёмной фазы.
Целью настоящей работы было исследование паст наноалмаза с неводными
растворителями. При обработке информации, полученной методом ДСК можно
определить такие параметры, как отношение масс нанофазы растворителя и наноалмаза,
теплоту и температуру плавления нанофазы жидкости, её размер.
В качестве растворителей были взяты следующие вещества: диметилсульфоксид
(ДМСО), бензол, хлорбензол, гептан, циклогексан и тетрахлорид углерода. Известно,
что ДМСО, как и вода, является хорошим растворителем для получения устойчивых
дисперсий наноалмаза [2]. В связи с этим было интересно проверить связано ли
образование нанофазы растворителя с его диспергирующими свойствами. Так как вода и
ДМСО неограниченно смешиваются, была приготовлена серия растворов с различным
соотношением воды и ДМСО, которые также использовались для приготовления паст.
Остальные пять жидкостей были выбраны потому, что для них известны значения
энергии границы раздела твердое – жидкость σтв-ж, которые необходимы для расчета
размера нанофазы растворителя по уравнению Гиббса - Томпсона. Пасты готовились
смешением растворителя с наноалмазом в массовом соотношении примерно 1:1,
охлаждались до температуры на 60 градусов ниже температуры плавления
соответствующей жидкости и нагревались с постоянной скоростью 10 град/минуту. На
кривых ДСК всех веществ, кроме ДМСО, был обнаружен второй пик, соответствующий
плавлению нанофазы растворителя, а для циклогексана и тетрахлорметана пик фазового
перехода из одной твёрдой модификации в другую, характерный и для объёмной фазы.
Для всех образцов были рассчитаны радиусы нанофазы растворителя, которые в
пределах ошибки можно считать одинаковыми и равными 4.8±0.6 нм. Кроме того, были
рассчитаны энтальпии плавления нанофаз и отношение объёма наноразмерной жидкости
на единицу массы наноалмаза. То, что подобный эффект не наблюдается для ДМСО
можно объяснить, например, тем, что для него слишком мала величина σтв-ж, из-за чего
пики плавления нанофазы и объёмной фазы не разрешаются. Что касается смесей воды и
ДМСО, то образование нанофазы можно зафиксировать, только когда объёмная доля
ДМСО в смеси составляет меньше 8%.
Метод ДСК на данный момент является единственным способом определения
термодинамических параметров нанофазы растворителя. В принципе, подобные
результаты могут быть получены из адсорбционных экспериментов.
Литература
[1] Korobov M.V., Avramenko N.V., Bogachev A.G., Rozhkova N.N., Osawa E.(2007)
Nanophase of water in nano-diamond gel. Journal of Physical Chemistry, vol. 111, pp. 7330-
7334
[2] Osawa M., Inaguma M., Takahashi M., Kataoka F., Kruger A., Osawa E.(2007) Preparation
and behaviors of brownish clear nanodiamond colloids. Adv. Mater, vol. 19,p. 1201