Исследование новых материалов. Регистрационный код публикации: 14-39-8-124 Подраздел: Радиоотражающие материалы



Скачать 71.71 Kb.
Дата09.07.2019
Размер71.71 Kb.
#118671
ТипИсследование


Полная исследовательская публикация Тематический раздел: Исследование новых материалов. Регистрационный код публикации: 14-39-8-124 Подраздел: Радиоотражающие материалы.

Публикация доступна для обсуждения в рамках функционирования постоянно

действующей интернет-конференции “Бутлеровские чтения”. http://butlerov.com/readings/

УДК 677.027.523. Поступила в редакцию 28 нобря 2014 г.

Текстильные материалы с наночастицами висмута

для защиты от воздействия СВЧ-излучения

© Торшин1*+ Антон Станиславович, Третьякова1 Анна Евгеньевна,

Сафонов1 Валентин Владимирович и Губин2 Сергей Павлович

1 Кафедра химической технологии волокнистых материалов. Московский государственный университет дизайна и технологии. Ул. Малая Калужская, 1. г. Москва, 119071. Россия.

Тел.: (915) 392-62-74. E-mail: anton-torshin@yandex.ru

2 Лаборатория Химии наноматериалов. Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук. Ленинский пр-т, 31. г. Москва, ГСП-1, 119991. Россия.

Тел.: (495) 954-71-36. E-mail: info@igic.ras.ru

_______________________________________________

*Ведущий направление; +Поддерживающий переписку

Ключевые слова: наночастицы, висмут, материалы, ткань, излучение, радиозащитная одежда.
Аннотация

Проведён синтез наночастиц металла, который заключался в химическом восстановлении раствора нитрата висмута. Разработаны оптимальные параметры восстановления висмута до нуль-валентного металлического состояния и его нанесения на ткани. Подвергаемая излучению модифи-цированная ткань позволяет снизить дозу облучения. Материал может быть использован в радио-защитной одежде с усиленной парциальной защитой, которая включает в себя комбинезон, шлем, перчатки, бахилы, изготовленные из радиоотражающих материалов.


Введение

Защита человека и техники от СВЧ-излучения является давней проблемой, так как использование наполнителей обычного размера для ослабления излучения может значительно ухудшить механическую целостность волокон. Металлизированные ткани обладают хорошим экранирующим эффектом, обеспечивают эффективную защиту от воздействия электромаг-нитных полей и излучения. Для нанесения покрытия используют алюминий, бронзу, серебро, сплавы титана, нержавеющую сталь и другие металлы [1, 2].

Нанотехнологии придают новый импульс к появлению на рынках все более эколо-гически безопасных химикатов, используемых во многих продуктах и сферах применения [3]. В последнее время актуальным становится применение такого уникального металла, как висмут. Например, наночастицы Au, покрытые оболочкой Bi, с успехом использованы как затравочные катализаторы для выращивания CdSe нанопроволок [4]. Наночастицы оксида висмута в текстильном материале могут обеспечить защиту от СВЧ-радиации, незначительно воздействуя на механические свойства ткани [5].

В то же время противорадиационные свойства, которыми обладает висмут, позволяют разработать новую технологию отделки текстильных материалов и расширить существующий ассортимент.

Материал для защиты от воздействия излучения может содержать неметаллическую основу и нанесенное на нее электропроводное покрытие, состоящее, например, из первого слоя со средней электропроводностью, представленного в виде композиции соединений суль-фида меди, железа, олова, и металлического висмута, второго слоя с высокой электропровод-ностью, состоящей из сплава никеля с кобальтом, железом и самарием, и третьего слоя – с высокой электропроводностью, например, медного, серебряного или золотого.

Внешний слой металла в зависимости от условий эксплуатации и назначения материала выполняют из необходимого вещества, например, для повышения электропроводности и теплоотражательных свойств наносить покрытие медью, серебром, золотом, алюминием. Толщина покрытия может изменяться в широком диапазоне от 0.5 до 100 мкм и более. Ослабление СВЧ-излучения достигает 80 дБ [6].

Использование предлагаемой авторами настоящей статьи технологии позволяет полу-чить материал с высокими защитными характеристиками от электропроводных полей в широ-ком диапазоне частот. Ткань отличается высокой отражательной способностью радиочастот широкого диапазона и высокой электропроводимостью, позволяющей использовать материал в конструкциях и изделиях, связанных с решением проблем устранения статического элект-ричества. Процесс характеризуется высокой технологичностью.
Экспериментальная часть

Перспективной задачей является разработка технологии, обеспечивающей производство текс-тильных материалов из натуральных, искусственных и синтетических волокон, обладающих биоцид-ными и противорадиационными свойствами, с использованием нуль-валентного висмута.

Метод синтеза наночастиц висмута заключался в химическом восстановлении раствора Bi(NO3)3 (концентрация 0.3 г/л) четырёхкратным мольным избытком NaBH4 в течение 10 мин при температуре 100 °С и постоянном перемешивании раствора.

Для определения содержания висмута в растворе до восстановления точные навески раствора помещали во взвешенный фарфоровый тигель и сначала осторожно нагревали на малом огне, а по охлаждении взвешивали [7]. Для определения количества восстановленного металла в таком же количестве раствора применялся способ получения мелкокристаллического порошкообразного вис-мута. Способ осуществлялся путем вытеснения воздуха из раствора аргоном, добавления к данным растворам органической смеси, состоящей из циклогексана, метилметакрилата и 2-гидроксоэтилмета-крилата, перемешивания водной и органической фаз в смесителе при pH 8, дестабилизирования коллоидной системы добавлением этилового спирта, отделения продукта центрифугированием, про-мывки его последовательно этанолом, дистиллированной водой и ацетоном, вакуумной сушки продукта и его отжига в аргоне при температуре 240 °С в течение 2 ч [8].

На рис. 1 представлена электронная фотография наночастиц висмута. Определён средний размер наночастиц Bi, полученных химическим способом, который равен 30±5 нм.

Обработка целлюлозных материалов осуществлялась по схеме, включающей замачивание в восстановленном растворе, 100% отжим, сушку при 100-110 °С в течение 10-15 минут и термооб-работку при 150 °С в течение 5-7 минут.


Результаты и их обсуждение

Методом выпаривания определяли количество висмута, осаждённого на ткани. Резуль-таты представлены в таблица.


Таблица. Показатели восстановленного на ткани висмута в форме наночастиц

№ примера



pH при обработке ткани

Масса висмута в растворе

Bi(NO3)3, г



Масса висмута в восстановленном растворе, г

Содержание висмута на ткани, г/г

1

1.2

1.0

0.8

0.247

2

1.2

0.9

0.7

0.307

3

1.2

1.2

1.0

0.098

4

1.2

1.1

0.8

0.239

5

1.2

1.3

1.1

0.034

6

1.2

0.7

0.65

0.364

7

0.9

1.0

0.8

0.226

8

1.0

0.8

0.7

0.353

9

1.5

1.2

1.0

0.027

10

1.9

1.1

0.9

0.107

Осуществлялось воздействие излучением на хлопчатобумажные материалы. На рис. 2 представлена микрофотография поверхности материала, модифицированного наночастицами висмута. Внедрение металлических наночастиц в структуру целлюлозного материала позво-ляет снизить степень облучения со 100 дБ до 80 дБ.

Предполагается, что наибольшее применение будет находить материал с покрытием толщиной от 2 до 15 мкм ввиду его достаточной экранирующей эффективности в сочетании с гибкостью и воздухопроницаемостью материала, прозрачностью слоя, низкой материалоём-костью и технологичностью процесса.



Рис. 1. Электронная фотография

наночастиц висмута




Рис. 2. Микрофотография поверхности материала, модифицированной наночастицами висмута


Выводы

Разработан способ восстановления висмута до нуль-валентного металлического состоя-ния и его нанесения на ткань. Показано, что подвергаемый излучению модифицированный текстильный материал снижает дозу облучения.


Литература

  1. Каргин Ю.Ф., Ивичева С.Н., Буслаева Е.Ю., Кувшинова Т.Б., Володин В.Д., Юрков Г.Ю. Получение наночастиц висмута в опаловой матрице восстановлением соединений висмута изопропанолом в сверхкритическом состоянии. Неорганические материалы. 2006. Т.42. №5. С.547-550.

  2. O. Rabin, J. Manuel Perez, J. Grimm, G. Wojtkiewicz, R. Weissleder. An X-ray computed tomography imaging agent based on long-circulating bismuth sulphide nanoparticles. NatMater. 2006. Vol.5. P.118-122.

  3. Кобраков К.И., Дмитриева М.Б., Золина Л.И., Родионов В.И., Ручкина А.Г., Серенко О.А., Станкевич Г.С. Получение наномодифицированных биоцидных шерстяных материалов и исследование устойчивости их фунгицидных свойств к мокрым обработкам. Бутлеровские сообщения. 2014. Т.37. №2. С.53-59.

  4. Губин С.П., Юрков Г.Ю., Катаева Н.А. “Наночастицы благородных металлов и материалы на их основе”. ИОНХ РАН, Москва. 2006. С.18.

  5. Юрков Г.Ю., Астафьев Д.А., Горковенко М.Ю., Буслаева Е.Ю., Каргин Ю.Ф., Губин С.П. Модификация состава висмутсодержащих наночастиц внутри полиэтиленовой матрицы. Журнал прикладной химии. 2005. С. 1402-1407.

  6. Слепцова С.К., Лаврентьев В.А. Модификация волокнистого поликапроамида в СВЧ электромагнитном поле. Вестник Саратовского государственного технического университета. 2006. №4 (19). С.144-147.

  7. Бохонов Б.Б., Юхин Ю.М.. Морфологические характеристики частиц висмута и серебра, образующихся при восстановлении стеаратов металлов бензиловым спиртом. Журнал неорганической химии. 2007. Т.52. № 6. С.993-998.

  8. J. Fang, Stokes K.L., Wiemann J, Zhou W. Nanocrystalline bismuth synthesized via an in situ polymerization-microemulsion process. Materials Letters. 2000. Vol.42. P.113-120.

________ ©Бутлеровские сообщения. 2014. Т.39. №8. _________ г. Казань. Республика Татарстан. Россия.

Каталог: files -> reports -> 2005 -> vol7

Скачать 71.71 Kb.

Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница