Study of the photostability of wollastonite powders modified with silicon dioxide nanoparticles.pdf Порошкам волластонита (CaSiO3) в последние годы уделяется пристальное внимание ученых из различных областей науки. Исследования посвящены биоматериалам, различным керамикам, покрытиям, строительным материалам, полимерам и т.д. [1-4]. Области применения таких материалов подразумевают воздействие солнечного излучения, в результате чего происходит деградация оптических и других свойств. Одним из способов повышения фото- и радиационной стойкости порошков является их высокотемпературное модифицирование наночастицами [5]. Наночастицы принимают на себя часть падающего излучения, а также выполняют роль центров релаксации первичных дефектов, образованных действием излучений. В настоящей работе осуществляли высокотемпературное модифицирование порошков волластонита наночастицами диоксида кремния (SiO2). Объектом исследования был порошок волластонита марки ВП-03, предоставленный фирмой ООО «МИНЕРАЛ» (г. Санкт-Петербург, Россия). Средний размер частиц составлял 5.94 мкм. Модифицирование осуществляли твердотельным способом наночастицами SiO2 со средним размером зерен 11 нм, полученными в фирме «Плазмотерм» (г. Москва, Россия). Концентрация нанопорошка составляла 1 мас.%. Нанопорошок SiO2 диспергировали в дистиллированной воде при воздействии ультразвуковых волн, затем в полученный раствор добавляли микропорошок волластонита и перемешивали в течение 3 ч в магнитной мешалке. Полученную смесь высушивали при температуре 150 °С в сушильном шкафу, перетирали в агатовой ступке и прогревали 2 ч в муфельной печи в атмосфере при температуре 800 °С. Образцы готовили легким прессованием в подложки, спектры диффузного отражения (ρλ) регистрировали до и после облучения в вакууме Р = 5∙10-6 Торр на месте облучения (in situ). Облучение осуществляли светом ксеноновой дуговой лампы, имитирующим спектр излучения Солнца, с интенсивностью 3 э.с.о. (э.с.о. - эквивалент солнечного облучения, 1 э.с.о. = 0.139 Дж/(см2∙c)). Интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения (аs) рассчитывали по спектрам ρλ с использованием международных стандартов [6, 7]. На рис. 1 представлены спектры ρλ модифицированных порошков CaSiO3 до и после облучения квантами солнечного спектра (КСС), на рис. 2 - рассчитанная по ним кинетика изменения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (Δаs). Рис. 1. Спектры ρλ порошков CaSiO3, модифицированных наночастицами SiO2, до (1) и после облучения КСС, ч: 2 (2), 4 (3), 8 (4), 12 (5), 16 (6) Рис. 2. Зависимость изменений коэффициента поглощения аs от времени облучения КСС порошков CaSiO3, модифицированных наночастицами SiO2 Модифицированный наночастицами SiO2 порошок CaSiO3 обладает высокой отражательной способностью (> 85%) в широком диапазоне спектра от 470 до 2500 нм. В коротковолновой области значения коэффициента отражения ниже и достигают 51% при 225 нм. Облучение КСС приводит к появлению широкой полосы поглощения от 200 нм вплоть до 1800 нм. Максимальные изменения происходят в диапазоне длин волн 200-1000 нм. С увеличением времени облучения изменения коэффициента отражения возрастают. Минимальное значение коэффициента отражения при максимальном времени облучения составляет 28% при 225 нм. Рассчитанные изменения коэффициента поглощения аs от времени облучения КСС (рис. 2) описываются кривой с насыщением. Максимальные изменения происходят на первых двух этапах облучения (при t = 4 ч, Δаs = 0.14), затем скорость деградации падает. При времени облучения 16 ч значение Δаs составляет 0.22. Для сравнительного анализа нами были выполнены исследования фотостойкости такого же, но не модифицированного порошка волластонита марки ВП-03. При времени облучения КСС 12 ч значение Δаs составило 0.25, для модифицированного порошка - 0.2. Фотостойкость модифицированного порошка в 1.25 раза выше. Поэтому модифицирование наночастицами SiO2 порошков CaSiO3 с концентрацией наночастиц 1 мас.% можно рекомендовать как эффективный способ повышения их стойкости к действию солнечного излучения.

Скачать электронную версию публикации