|
Влияние наночастиц на переходные процессы при кристаллизации из водных растворов фосфатных систем Воронежский государственный университет Научный руководитель: Битюцкая Лариса Александровна, кандидат химических наук Кристаллизация пересыщенных растворов рассматривается в рамках теории детерминированного хаоса. Управление детерминированным хаосом связано с поиском факторов, влияющих на параметры изучаемых систем. Для экспериментальной реализации модельных представлений исследовалась кристаллизация пересыщенных водных растворов однозамещенного фосфата кальция. Для управления процессом кристаллизации использовались добавки наночастиц с различной концентрацией, как возмущающий фактор. Выбор системы обусловлен тем, что фосфаты кальция характеризуются большим разнообразием надмолекулярных структур, которые находятся в динамическом равновесии: кольца, цепочки и их сочетания, что позволяет рассматривать данную систему как сложную, открытую. Для исследования процессов кристаллизации использовался метод цифрового дифференциального термического анализа (ДТА). Растворы помещались в ячейку, которая находилась в термостате, где поддерживалась постоянная температура 40 ± 0.05 ?С. Цифровая регистрация позволила считывать сигналы с шагом 1с. Представлен характерный вид кривой кристаллизации из водных растворов фосфата кальция (см. рис.1).
Рис.1 Кривые ДТА для кристаллизации из водных растворов фосфата кальция без добавок наночастиц принципиально отличаются от кривых кристаллизации простых систем. Получены длинновременные ряды выделения теплоты кристаллизации. Характерное время кристаллизации для объема 0.5мл 10-12 часов. На кривых кристаллизации в соответствии с теорией наблюдаются различные колебательные режимы как регулярные, так и хаотические. Концентрационные флуктуации в пересыщенных растворах приводят к появлению кластеров, которые в определенных условиях могут коалисцировать с образованием зародышей. На кривых ДТА концентрационным флуктуациям соответствуют флуктуации теплоты диссипации. При добавлении наночастиц сохраняется динамический характер кристаллизации, длительность процесса не меняется, однако интенсивность процесса, которую мы характеризуем через амплитуду флуктуаций заметно усиливается. Для спектральной обработки полученных временных рядов использовались методы Фурье и вейвлет-анализ. Фурье-анализ проводился с помощью специальной программы по методу Уэлча. При построении вейвлет диаграмм в качестве анализирующего использовался mhat-вейвлет. Показано, что наблюдаемые флуктуации теплоты диссипации при росте кристаллов из пересыщенных водных растворов фосфата кальция можно рассматривать в приближении фликкер-шума и наблюдаемые процессы являются самоподобными. Обработка вейвлет-диаграмм позволила провести сравнительный анализ скейлограмм, которые характеризуют коэффициент самоподобия, и энергетических диаграмм W2(a). Сравнительный анализ процессов кристаллизации исходного раствора и раствора с добавками наночастиц позволил выявить закономерности влияния наночастиц на процесс кристаллизации. Полученные результаты хорошо коррелируют с морфологическими исследованиями кристаллизации и измерениями вязкости и позволяют рассматривать изучаемую систему как самоорганизующуюся. |
| (c) АСФ России, 2001 |