Гидрофоб это: Гидрофоб или гидрофил | Детейлинг центр Альянс

Гидрофоб или гидрофил | Детейлинг центр Альянс

В каких же условиях лучше гидрофобный эффект на поверхности, а когда гидрофильный?

Гидрофобные покрытия образуют на обработанной поверхности тончайший защитный слой, который отталкивает воду. Гидрофобы препятствуют смачиванию поверхностей, поэтому попадающая на них жидкость мгновенно сбивается в капли, «эффект лотоса». Под собственным весом, под действием вибрации и встречного потока воздуха происходит самоочищение обработанной поверхности. Гидрофобные составы наносятся только на безупречно гладкую поверхность. В этом случае они работают в полную силу, а их действие длится положенный срок. Супергладкость – это залог качественного самоочищения автомобильного лака. Поэтому перед обработкой гидрофобом кузов машины обязательно полируется. Полировка выполняется на всех автомобилях независимо от возраста и пробега. В случае с новыми машинами и автомобилями в защитных покрытиях (керамика, плёнка) — это легкая восстановительная полировка. Для машин с заметными повреждениями на глянце предусмотрена абразивная полировка.

Гидрофильные покрытия – это гладкая защита, снижающая сопротивление скольжению. Она заставляет влагу распределяться равномерным слоем, формируя пленку. Эта пленка под собственной тяжестью скользит и спадает с обработанной поверхности. Описанное явление получило название «эффект падающей шторы». Попутно жидкая влага захватывает с собой нерастворенную грязь, тем самым создается эффект самоочищения. Чужеродные краски также легко смываются с гидрофильного слоя без применения очистителей-растворителей.

Гидрофобная защита не подходит для лета

Гидрофобная защита является сезонной и предназначена для прохладных и холодных месяцев. Весной ее меняют на гидрофильную или гибридную защиту. Проблема в том, что на гидрофобном слое самоочищение работает только в процессе движения транспортного средства, когда есть мощный встречный поток воздуха, сдувающий воду. Если автомобиль стоит на месте, то капли на нем остаются, образуют «эффект линзы» и высыхают, прожигая защитное покрытие и лаковый слой. На месте высохшей воды остается сухой остаток, в виде белого ореола, который под действием горячего солнца проникает в лаковый слой. Такие пятна не берет мойка. Их можно убрать только с помощью абразивной полировки. Поэтому в лето на машину наносят не гидрофобную, а гидрофильную защиту, которая заставляет воду соскальзывать пленкой, оставляя поверхность сухой и чистой.

Как получить гидрофильный эффект

Гидрофильный эффект получается в следствии нанесения на защитное покрытие специального состава придающего тот самый «эффект падающей шторы».

Когда наносится гидрофил

Гидрофил необходим в жаркое время года. Наносится через 10-14 дней с момента покрытия защитным составом при первой мойке автомобиля.

Швабе — Пресс-центр — Новости

Высшими наградами международное жюри отметило фотообъективы, гидрофобизатор и дыхательное оборудование Холдинга «Швабе». Признание научного сообщества на салоне «Архимед-2021» подтверждает высокий уровень проектов.

Золотыми медалями отмечены фотообъективы «Зенитар 1.0/35 М39» и «Зенитар 0.95/50» Красногорского завода им. С.А. Зверева (КМЗ), программа управления каналом измерения давления монитора пациента Уральского оптико-механического завода им. Э.С. Яламова (УОМЗ), а также «Гидрофоб Швабе» – уникальная композиция для создания защитного покрытия на поверхностях.

Серебро получил КМЗ за объектив «Зенитар 0.95/50» – это вторая награда, и УОМЗ – за промышленный образец увлажнителя дыхательных смесей ТЕВЛАР. Бронза – у авторского технического решения, реализованного в аппарате искусственной вентиляции легких УОМЗ. За все представленные изобретения в сфере гражданской продукции команде «Швабе» также вручены дипломы «Архимед-2021».

«Предприятия оптической отрасли имеют колоссальный научно-технический потенциал и богатую базу ценных разработок. Все представленные в этом году решения, технологии и продукты во многом являются инициативой наших инженеров и производственников. И их вклад в развитие российской промышленности был по достоинству и неоднократно отмечен международным жюри салона», – рассказал заместитель генерального директора «Швабе» по НИОКР, руководитель приоритетного технологического направления по технологиям оптоэлектроники и фотоники Сергей Попов.

Уникальность «Зенитар 1.0/35 М39» заключается в особенном боке, кинематографичной картинке и эффекте софт-фокуса, в свою очередь «Зенитар 0.95/50» снимает в условиях недостаточной освещенности с максимально сильным размытием заднего плана. Съемка на данные объективы позволяет получать изображения с естественной цветопередачей и высокой детализацией кадра.

Получивший золотую медаль «Гидрофоб Швабе» – это еще одно изобретение Холдинга. Уникальное средство предназначено для нанесения на стеклянные, пластиковые, каменные поверхности, а также на металлические фасады зданий и различные конструкции. Оно создает стабильное высокопрочное гидрофобное покрытие с антиобледенительными свойствами для защиты от воздействия влаги, грязи, эрозии и масел. Сегодня гидрофоб, разработанный специалистами «Швабе», проходит испытания в полярных условиях на Земле Франца-Иосифа, в программах РЖД, а также на объектах городской инфраструктуры.

Программа управления каналом измерения давления монитора пациента применяется в многофункциональном аппарате ингаляционной анестезии для взрослых и детей МАИА-01 УОМЗ. Монитор пациента обеспечивает врачам расширенный мониторинг параметров и точное представление о ходе анестезии. За разработку его ПО команда инженеров УОМЗ в этом году удостоена золотой медали.

Всего в работе 24-го Московского международного салона «Архимед» в очной и заочной форме были задействованы семь предприятий Холдинга «Швабе» – это КМЗ, УОМЗ, НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха, Научно-производственное объединение «Государственный институт прикладной оптики», НПО «Орион», «Германий» и Центральное конструкторское бюро «ФОТОН».

Источник:
Пресс-релиз

Аквасил, Аквастоп, Гидростоп, Гидротекс, Гидрофоб, Пента, Софэкс для защиты строительных конструкций — Статьи

Гидрофобы, такие как Аквастоп, Гидростоп, Полифлюид, Типром, также довольно востребованы сейчас. В качестве сырья для производства используется кремнийорганика либо акриловые компоненты, поэтому материалы отличаются друг от друга по условиям нанесения, срокам службы и защитным свойствам.

Специалисты компании «Сази» понимают, что заказчику важны конкретные сведения о том или ином продукте, например, преимущества герметика «Тектор» или подробная инструкция на интересующую тему, поскольку от этого зависит, будет ли покупатель доволен результатами. Выбор гидрофобизатора также может быть точным только в том случае, когда учтены все особенности и характеристики материала, нуждающегося в обработке. Итак, подробнее о некоторых гидрофобизаторах (информация взята с сайтов производителей).

Гидрофобизатор «Аквасил» по заявлению производителя может быть применен при обработке всех материалов, способных впитывать воду, от кровли до фундамента. С его участием выполняется объемная и поверхностная гидрофобизация строительных материалов, отсечная гидроизоляция и гидроизоляция наружных стен путем инъекции. Срок службы гидрофоба «Аквасил» при качественной обработке материала превышает 10 лет.

Гидрофобизатор «Аквастоп» придает водоотталкивающие свойства, длительно сохраняющиеся во времени, строительным материалам, а также, повышает их морозостойкость и трещиностойкость, препятствует загрязнению и появлению «высолов». Перед применением «Аквастоп» обрабатываемую поверхность необходимо очистить от пыли, грязи и жировых пятен.

«Гидростоп» – гидрофобизирующий бесцветный состав, который предназначен для создания водо- и грязеотталкивающего паропроницаемого слоя, надежно защищающего конструкции зданий и сооружений из бетона, газо-бетона, кирпича, камня, гипса от атмосферных осадков, грунтовых вод, образования высолов и плесени. «Гидростоп» экологически безопасен.

Гидрофобизатор «Гидротекс» проникает в толщу материала на глубину от 5 до 50 мм и эффективно защищает строительные конструкции от водонасыщения, появления высолов и грибковых образований, не меняя при этом внешний вид и фактуру материалов. Расход гидрофоба «Гидротекс» 0,2-1 л/м².

Гидрофобизирующая добавка «Пента-811» используется для поверхностной обработки ракушечника, известняка, кирпича, шифера, бетона, газобетона, пенобетона, цементно-песчаных штукатурок, мрамора, гипса, шлакоблоков с целью защиты их от впитывания влаги, для устройства отсечной гидроизоляции сооружений. При поверхностном нанесении гидрофобизатор «Пента-811» разводится водой 1:10 – 1:20, при объемном введении расход концентрата должен составлять 0,2-0,5% от массы вяжущего. Пента-811 повышает морозостойкость материалов: исследования подтвердили, что можно получить бетон морозостойкостью 500 циклов вместо 200-300.

«Софэкс-40» — водоотталкивающая пропитка, которая придает строительным материалам свойство влагостойкости. «Софэкс-40А» и «Софэкс-Гипс» используются в производстве гипсокартонных и пазогребневых плит.

Обратим внимание на то, что щелочные по составу пропитки (Гидростоп, Аквастоп, Пента-811, Софэкс-40, Аквасил, Типром Д, ГКЖ-11) не подходят для облицовочного кирпича, поскольку оставляют трудноудаляемый белый налет, но их применяют для обработки цементно-песчаных, гипсовых поверхностей и натурального камня. Если же основу материала составляют силаны и силоксаны (кремнийорганические соединения), то такие составы могут быть использованы для защиты облицовочного кирпича. Служат эти покрытия от 10 до 25 лет.

Гидрофоб

Капли воды на гидрофобной поверхности травы

Гидрофо́бность (от др.-греч. ὕδωρ.«вода» + φόβος «боязнь, страх») — физическое свойство молекулы, «стремление» избежать контакта с водой^[1]. Сама молекула в этом случае называется гидрофо́бной.

Гидрофобные молекулы обычно неполярны и «предпочитают» находиться среди других нейтральных молекул и неполярных растворителей. Поэтому вода на гидрофобной поверхности, обладающей высоким значением угла смачивания, собирается в капли. А при добавлении в воду гидрофобных жидкостей, в зависимости от плотности, они собираются в изолированные сгустки, либо распределяются по поверхности воды, как происходит с нефтью.

Гидрофобными являются молекулы алканов, масел, жиров и других подобных материалов. Гидрофобные материалы используются для очистки воды от нефти, удаления разливов нефти и химических процессов разделения полярных и неполярных веществ.

Слово «гидрофобный» часто используется в качестве синонима к слову «липофильный» — «жиролюбивый», хотя это не вполне корректно. Действительно, гидрофобные вещества в целом липофильны, но среди них есть и исключения — например, силиконы, фторопласт.

Химические основы

Согласно термодинамике, материя стремится к состоянию с минимальной энергией, а связывание понижает химическую энергию. Молекулы воды поляризованы и способны образовывать между собой водородные связи, чем объясняются многие уникальные свойства воды. В то же время, гидрофобные молекулы не поляризованы и не способны образовывать водородные связи, поэтому вода отталкивает такие молекулы, предпочитая образовывать связи внутри себя. Именно этот эффект определяет гидрофобное взаимодействие, называемое так не совсем корректно, так как его источником является взаимодействие гидрофильных молекул воды между собой. ^[2] Так, две несмешивающиеся фазы (гидрофильная и гидрофобная) будут находиться в таком состоянии, где поверхность их контакта будет минимальной. Данный эффект можно наблюдать в явлении разделения фаз, происходящем, например, при расслоении водно-масляной эмульсии.

Сверхгидрофобность

Капля на поверхности лотоса.

Сверхгидрофобные материалы имеют поверхности, чрезвычайно несклонные к смачиванию (с углом контакта с водой, превышающим 150°). Многие из подобных материалов, обнаруженных в природе, подчиняются закону Кассье и являются двухфазными на субмикронном уровне, причем одним из компонентов является воздух. Эффект лотоса основан на этом принципе. Примером сверхгидрофобного материала-биомиметика в нанотехнологии является нанопин-плёнка  (англ.) (рус.. Показано, что поверхность пентоксида ванадия может переключаться между сверхгидрофобностью  (англ.) (рус. и сверхгидрофильностью под действием УФ излучения^[3]. Согласно этому исследованию, любую поверхность можно наделить подобным свойством путём нанесения на неё суспензии розеткообразных частиц V₂O₅, например, с помощью струйного принтера. Тут гидрофобность также вызывается межслойными воздушными полостями (разделёнными расстояниями 2.1 нм). Механизм действия УФ излучения состоит в создании пар «электрон-дырка», в которых дырки реагируют с атомами кислорода в кристаллической решетке, создавая кислородные вакансии на поверхности, а электроны восстанавливают V⁵⁺ до V³⁺. Кислородные вакансии закрываются водой и такое поглощение воды поверхности ванадия делает её гидрофильной. При продолжительном пребывании в темноте вода замещается кислородом и гидрофильность утрачивается.

См. также

Примечания

1. ↑ Aryeh Ben-Na’im Hydrophobic Interaction Plenum Press, New York (ISBN 0-306-40222-X)
2. ↑ Goss, K. U. and R. P. Schwarzenbach (2003): «Rules of Thumb for Assessing Equilibrium Partitioning of Organic Compounds: Successes and Pitfalls.» JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION 80(4): 450—455. Link to abstract
3. ↑ UV-Driven Reversible Switching of a Roselike Vanadium Oxide Film between Superhydrophobicity and Superhydrophilicity Ho Sun Lim, Donghoon Kwak, Dong Yun Lee, Seung Goo Lee, and Kilwon Cho J. Am. Chem. Soc.; 2007; 129(14) pp 4128 — 4129; (Communication) doi:10.1021/ja0692579

Литература

Ссылки

гидрофобный

В химии гидрофобность — это физическое свойство молекулы , которая, по-видимому, отталкивается от массы воды (известная как гидрофобность ). ^[1] Напротив, гидрофилы притягиваются к воде.

Гидрофобные молекулы обычно неполярны и поэтому предпочитают другие нейтральные молекулы и неполярные растворители . Поскольку молекулы воды полярны, гидрофобные вещества плохо растворяются среди них. Гидрофобные молекулы в воде часто собираются вместе, образуя мицеллы . Вода на гидрофобных поверхностях будет иметь большой краевой угол .

Примеры гидрофобных молекул включают алканы , масла , жиры и сальные вещества в целом. Гидрофобные материалы используются для удаления нефти из воды, ликвидации разливов нефти и процессов химического разделения для удаления неполярных веществ из полярных соединений. ^[2]

Гидрофобный часто используется взаимозаменяемо с липофильным , «любящим жир». Однако эти два термина не являются синонимами. В то время как гидрофобные вещества обычно липофильны, есть исключения, такие как силиконы и фторуглероды .

Термин гидрофоб происходит от древнегреческого ὑδρόφόβος (гидрофобос), «боязнь воды», составленного из древнегреческого ὕδωρ (húdōr)  «вода» и древнегреческого φόβος (фобос)  «страх». ^[3]

Гидрофобное взаимодействие в основном представляет собой энтропийный эффект, возникающий из-за разрушения высокодинамичных водородных связей между молекулами жидкой воды неполярным растворенным веществом, образующим клатратоподобную структуру вокруг неполярных молекул. Эта сформированная структура более упорядочена, чем свободные молекулы воды, из-за того, что молекулы воды располагаются так, чтобы взаимодействовать друг с другом как можно больше, и, таким образом, приводит к более высокому энтропийному состоянию, которое заставляет неполярные молекулы слипаться вместе, чтобы уменьшить открытую площадь поверхности . воды и уменьшить энтропию системы. ^{[4] [5]}Таким образом, две несмешивающиеся фазы (гидрофильная и гидрофобная) изменятся так, что их соответствующая межфазная поверхность будет минимальной. Этот эффект можно визуализировать в явлении, называемом фазовым разделением. ^{[ нужна ссылка ]}

Угол контакта с водой 165 градусов на поверхности, модифицированной с использованием системной химии плазменной технологии. Контактный угол равен красному углу плюс 90 градусов. Капли воды на гидрофобной поверхности травы Капля воды на листе лотоса. Капля жидкости находится на твердой поверхности и окружена газом. Контактный угол, θ _C , представляет собой угол, образованный жидкостью на трехфазной границе, где пересекаются жидкость, газ и твердое тело. Капля, покоящаяся на твердой поверхности и окруженная газом, образует характерный краевой угол  θ . Если поверхность твердого тела шероховатая, а жидкость находится в тесном контакте с выступами твердого тела, капля находится в состоянии Венцеля. Если жидкость опирается на вершины неровностей, она находится в состоянии Кэсси-Бакстера. Капли воды скатываются по наклонной гидрофобной поверхности. Капли воды на искусственной гидрофобной поверхности (слева)

Гидрофобный – определение и примеры

Гидрофобный
прил.
/haɪdɹəˈfəʊbɪk/
Отсутствие сродства к воде; нерастворим в воде; отталкивающая воду. Примером может служить гидрофобный лист лотоса, отталкивающий воду.

Гидрофобный Определение

Боязнь смешивания или реакции с водой при заданном наборе параметров реакции часто называют гидрофобным . В общих науках способность вещества отталкивать воду называется гидрофобностью .

Что означает гидрофобность? Слово гидрофобность происходит от двух греческих слов « гидро », что означает « вода », и « фобос », что означает « страх ». В биологии и химии термин « гидрофобный » описывает вещества, которые часто проявляют свойство гидрофобности, известные как гидрофобные вещества.

Что делает молекулу гидрофобной? Эти типы молекул неполярны.Итак, если вас спросят «Являются ли неполярные молекулы гидрофобными или гидрофильными?» Именно, неполярные молекулы не стремятся иметь отдельные заряды, следовательно, не образуются положительные и отрицательные полюса. Более того, можно сделать вывод, что электрические заряды в неполярных молекулах равномерно распределены по всей молекуле. Учеными очень хорошо показано, что «подобное растворяется в подобном». Следовательно, гидрофобные вещества смешиваются с неполярными жидкостями, которые в основном являются органическими растворителями. Является ли вода гидрофобной? Здесь стоит отметить, что вода полярна, поэтому связь между водой и гидрофобными молекулами очень мала. Помимо гидрофобных материалов в литературе упоминается несколько супергидрофобных материалов [1].

Супергидрофобные материалы обычно имеют угол контакта с водой более 150 градусов и, таким образом, они устойчивы к смачиванию (способность жидкости поддерживать контакт с твердой поверхностью). Однако супергидрофобность молекул называют не химическим свойством вещества, а результатом межфазного натяжения.Форма, которую формируют капли воды на гидрофобных материалах, называется эффектом лотоса . Наиболее распространенные примеры эффекта лотоса можно легко увидеть как появление капель воды на поверхности листьев лотоса, и это также используется в текстильной технике для целей самоочищения [2].

Биологическое определение:
Гидрофобный означает отсутствие сродства к воде; нерастворим в воде; отталкивающая воду. Примеры гидрофобных молекул включают алканы, масла, жиры и сальные вещества в целом. Сравните: гидрофильные

Гидрофобные молекулы Примеры

Различные гидрофобные вещества можно найти как в бытовом, так и в промышленном секторе. Алканы, масла, жиры, жирные соединения и большинство органических соединений имеют гидрофобную природу. Применение гидрофобных веществ включает удаление нефти из водных растворов, ликвидацию разливов нефти и процесс химического разделения для отделения неполярных элементов от полярных. Очень распространено наблюдение, что когда масло или жиры смешиваются с водой, образуются два отдельных слоя, которые не смешиваются друг с другом из-за того, что вода полярна, а жиры и гусиные жиры неполярны, особенно гидрофобны.

Рисунок 1: Эффект лотоса (a) Лист лотоса (b) СЭМ-изображения микрососочков на листе лотоса (c) изображение воды на листе лотоса (d) Микро- и наномасштаб сосочков на листе лотоса (воспроизведено из Boung Wei Chieng , 2019, Функционализация оксида графена с помощью гамма-облучения гидрофобных материалов).Источник.

Примеры гидрофобности можно найти как у животных, так и у растений. Многие растения гидрофобны по своей природе, что свидетельствует о наличии гидрофобных покрытий на поверхности листьев. Основная задача покрытия — избежать поглощения воды и дождя листьями, которые в основном прерывают поступление питательных веществ. В растениях поток нитритов основан на потоке воды от корней к листьям. Следовательно, если поверхность листьев не гидрофобна, то процесс осмоса и, следовательно, осмотическое давление будут нарушены, что сильно повлияет на питание растений. Явление гидрофобности над листом лотоса было продемонстрировано на рисунке 1. Кроме того, SEM-изображение микрососочков на листе лотоса также показано на том же рисунке, что и части (b) и (c).

У птиц процесс гидрофобизации не менее важен. Гидрофобная природа тел и перьев птиц предотвращает проникновение воды в их тела, тем самым предотвращая чрезмерное увеличение веса и помогая им в плавном полете.

Гидрофобные и гидрофильные вещества

Что такое гидрофильные? Гидрофильные вещества представляют собой влаголюбивые молекулы, которые по своей природе полярны.Они легко растворяются в воде, и примерами таких веществ являются сахар, соль, крахмал и целлюлоза. Степень, в которой поверхность гидрофильных молекул притягивает молекулы воды, называется гидрофильностью .

С другой стороны, гидрофобные, как объяснялось ранее, обладают водоотталкивающими свойствами и, таким образом, из-за своей неполярной природы не смешиваются с водой. -Ch4, -Ch3-Ch4, -R-C6H5 и C2h3 являются одними из наиболее распространенных химических групп, встречающихся в гидрофобных веществах, в то время как -OH, -COO- и -NH- являются некоторыми химическими соединениями, встречающимися в гидрофильных веществах.

Гидрофобный и липофильный

Часто можно увидеть, что такие термины, как гидрофобный и липофильный, используются вместе, но эти два слова отражают очень разные понятия. Гидрофобные вещества — это водоотталкивающие вещества, а липофильные — жиролюбивые молекулы. В различной литературе можно увидеть, что большинство гидрофобных веществ имеют липофильную природу, за исключением силиконов и фторуглеродов.

Гидрофобные взаимодействия

Отношения между водой и гидрофобами хорошо описаны в рамках гидрофобных взаимодействий.Относительное смешивание воды с жиром — очень удобный пример такого взаимодействия. Термодинамика гидрофобных взаимодействий утверждает, что при попадании гидрофобного вещества в водную среду водородные связи в молекуле воды разрываются, освобождая место для гидрофобного вещества, но это не означает, что молекула воды будет реагировать с гидрофобными материалами. Более того, для разрыва прочной водородной связи системе необходимо передать тепло, и поэтому реакция является эндотермической. Образуются новые водородные связи, которые формируют подобную льду структуру клетки, известную как клатратная клетка вокруг поверхности гидрофоба.Такая ориентация клатратной клетки делает систему более структурированной, а общая энтропия (мера неупорядоченности) системы снижается. Кроме того, сила гидрофобных взаимодействий зависит от температуры, количества атомов углерода, присутствующих в гидрофобной молекуле, а также от формы и размеров гидрофобной молекулы [3].

Биологическое значение гидрофобных взаимодействий

Гидрофобные взаимодействия очень важны для фолдинга белка, что делает его стабильным и биологически активным.Взаимодействия дадут белку возможность уменьшить свою поверхность и избежать нежелательных взаимодействий с молекулой воды. Точно так же фосфолипидные двухслойные мембраны, присутствующие в каждой клетке человеческого тела, также зависят от гидрофобных взаимодействий для их выживания и оптимального функционирования.

Преимущества гидрофобных материалов

Существует множество преимуществ использования гидрофобных материалов для бытового и промышленного применения. Гидрофобы обычно представляют собой низкоэнергетические поверхностные материалы, устойчивые к смачиванию и обладающие повышенной коррозионной стойкостью.Такие вещества используются для улучшения приборов обнаружения влаги и для предотвращения загрязнения влагой обогревательных трубок и аналитических систем переноса проб. Кроме того, гидрофобы также используются в системах медицинской диагностики ВЭЖХ с улучшенным разделением и коррозионной стойкостью. Аналогичным образом гидрофобные поверхности используются в красках против биологического обрастания для обуви, рафинировании металлов, грязеотталкивающих тканях, разделении масла и воды, в текстильной промышленности и производстве огнезащитной и водонепроницаемой одежды [4].

Измерение гидрофобности

Гидрофобность можно измерить с помощью различных аналитических методов, таких как хроматография гидрофобного взаимодействия , измерение краевого угла и измерение бенгальской розы . Здесь стоит отметить, что идентификация групп, присутствующих в частице, очень важна при измерении гидрофобности. Наиболее частым методом, который использовался для расчета гидрофобности поверхности, является расчет краевого угла между каплями воды и самой поверхностью.Краевой угол более 90 градусов обычно поддерживается каплей воды, стекающей по гидрофобной поверхности, и сохраняет сферическую форму. Более того, супергидрофобные материалы обладают относительно большим краевым углом, превышающим 150 градусов.

Рисунок 2: Контактный угол воды на гидрофильных и гидрофобных поверхностях (воспроизведено из Boung Wei Chieng, 2019, Функционализация оксида графена с помощью гамма-облучения гидрофобных материалов). Источник.

При контакте с гидрофильными поверхностями капли воды разлетаются далеко, а контактный угол, как правило, небольшой и составляет менее 90 градусов.Контактный угол воды между каплей воды и различными поверхностями показан на рис. 2. Для супергидрофильных угол составляет менее 5 градусов, для гидрофильных угол составляет менее 90 градусов, а для гидрофобных и супергидрофобных угол составляет 90°. 150 градусов и 150-180 градусов соответственно. Можно сделать вывод, что чем больше краевой угол между каплей воды и гидрофобами, тем сильнее взаимодействие жидкость-жидкость, а не взаимодействие жидкости с поверхностью, что делает поверхность гидрофобной [5].

Заключение

Можно сделать вывод, что гидрофобными считаются вещества, не смешивающиеся с водой. Гидрофобы смешиваются с неполярными жидкостями, которые в основном представляют собой органические растворители. Вода представляет собой полярную молекулу, поэтому связь между водой и гидрофобными веществами очень мала, и поэтому при контакте они образуют два отдельных и отчетливых слоя друг с другом. Алканы, масла, жиры и жирные соединения гидрофобны по своей природе. Процесс гидрофобности можно обнаружить как у растений, так и у птиц.У растений прерывание потока питательных веществ предотвращается наличием гидрофобного слоя на поверхности листьев, препятствующего проникновению через них воды. Следовательно, поток воды остается от корня к верхушке растения, неся необходимые питательные вещества из почвы к месту назначения. Точно так же у птиц гидрофобность предотвращает попадание воды в тела птиц через перья, кожу и водных животных, что в конечном итоге предотвращает их избыточный вес и способствует их плавному полету.Кроме того, измерение гидрофобности можно выполнить путем расчета краевого угла между каплей воды и поверхностью гидрофобного материала. Краевой угол более 90 градусов обычно поддерживается каплей воды, стекающей по гидрофобной поверхности, и сохраняет сферическую форму. Более того, супергидрофобные материалы обладают относительно большим краевым углом, превышающим 150 градусов.

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о термине «гидрофобный».

Следующий

Электрификация на границе раздела вода–гидрофоб | Nature Communications

Дроны Shen Hydrophobe 5″ Cine Quad

Hydrophobe — это 255-миллиметровый водостойкий 5-дюймовый квадрокоптер с 2-миллиметровой алюминиевой средней пластиной, которая также служит радиатором для вашего ESC и видеопередатчика. Он универсальный, подходит как для Analog, так и для DJI. Он имеет нижнюю карбоновую пластину толщиной 3 мм, рычаги толщиной 6 мм и верхнюю пластину толщиной 1,5 мм. Юбка из ТПУ защитит от дождя, снега и грязи, а дополнит ее герметиком, чтобы сделать ее максимально водонепроницаемой.

Версия Carbon and Hardware совместима с любым приемником, таким как DJI или Analog.

Примечание. Только карбоновая рама. Юбка из ТПУ, напечатанные на 3D-принтере детали, камера, батарея и электроника НЕ ​​включены.

ВИДЕО: Водонепроницаемый Quad

Особенности

• Оснащен удлиненным ремнем, которым можно обернуть всю раму при установке аккумулятора.
• Стрелы оснащены точками крепления поплавков.
• Алюминиевая пластина радиатора
• Водонепроницаемый

Советы по сборке :

• Избегайте использования короткого ремешка, обматываемого снаружи ушек, эта часть не предназначена для такой нагрузки.
• Используйте непроводящую термопасту для передачи тепла, но не допускайте прямого контакта голых плат с алюминием.
• Также имеется Т-образный держатель Immortal, который можно привинтить к верхней пластине.
• Здесь вы можете распечатать свои детали.

Технические характеристики

• Материал рамы: углеродное волокно
• Размер: рама 5 дюймов

Включает

• 1 алюминиевая радиаторная пластина
• 1x Удлиненный ремешок для батареи
• 1 комплект крепежных деталей
• 1 нижняя пластина
• 4x 6 мм рычаги
• 1x Верхняя пластина

Примечание. Юбка из ТПУ, напечатанные на 3D-принтере детали, камера, аккумулятор и электроника НЕ ​​входят в комплект.

Гидрофобная гидратация

Гидратация хлороформом

Гидрофобная гидратация – это гидратация гидрофобных молекул и поверхностей.

Гидрофобный эффект
Гидрофобные и гидрофильные границы раздела
Обширные гидрофобные поверхности раздела
Эффекты растворимости
Эффекты растворимости
Гидротропы
Высаливание и высаливание
Уравнение Юнга
Спиртовые растворы

Гидрофобный эффект

Термин «гидрофобный» происходит от hydro- (вода) и phobos (страх).Однако не столько гидрофобные молекулы «боятся» (то есть «не наслаждаются обществом») воды, сколько вода «боится» гидрофобных молекул. Гидрофобные молекулы в воде обычно имеют тенденцию к агрегации, сводя к минимуму их поверхностный контакт и связанную с водой поверхностную энергию; следовательно, «масла и вода не смешиваются». Однако гидрофобные материалы меньшего размера растворяются в воде в небольшой степени, поскольку молекулы воды могут располагаться вокруг них, не разрывая водородных связей и не теряя много энергии, а гидрофобные молекулы могут взаимодействовать с этими молекулами воды с помощью множественных ван-дер-ваальсовых взаимодействий из-за небольшого размер молекул воды и гибкость их пространственного расположения.При гидрофобной гидратации обнаружены следующие термодинамические эффекты [1376]:

• Увеличение химического потенциала растворенного вещества, указывающее на его низкую растворимость.

91–105 Сильная температурная зависимость энтальпии системы от экзотермической при низких температурах (где гидрофобное растворенное вещество может вписаться в существовавшую ранее сеть воды с низкой плотностью и получить множественные ван-дер-ваальсовые взаимодействия, которые могут коррелировать и проявлять синергизм [1376 ]) до эндотермических при высоких температурах (где образование полости, необходимое для гидрофобного растворенного вещества, поглощает энергию).

• Значительная отрицательная энтропия смешения по сравнению с образованием гипотетического идеального раствора.
• Уменьшение парциального молярного объема (в разбавленном водном растворе он на 5–20 см ³ ˣ моль ⁻¹ меньше, чем в неполярном органическом растворителе) по мере того, как молекула вписывается в полости водной сети.
• Увеличение теплоемкости (см. ниже)

91–105 Сорастворители, такие как спирты и неионогенные космотропы, модулируют гидрофобные эффекты и стабилизируют разрушенные гидрофобные структуры [3207].

«Гидрофобный эффект» гидрофобных растворов
в воде (например, в неполярных газах)
в первую очередь является следствием изменения кластеризации в
окружающей водой и вытекающей из этого разницей в энергии между этими молекулами воды и объемной водой, а не взаимодействием воды и растворенных веществ [1674].
Его количественно определяли с использованием методологии зондирования с сорастворителем 1-пропанола [22–11]. Гидрофобная гидратация (обзоры см. в [241, 2363])
вызывает уменьшение плотности и увеличение тепла
емкость [821].Расширенная сеть вызывает уменьшение плотности, тогда как
упорядоченные связи должны изгибаться при повышении температуры,
что влияет на теплоемкость. Таким образом, гидрофобная гидратация
ведет себя противоположно полярной гидратации, поскольку полярная гидратация увеличивается
плотность и снижает теплоемкость из-за связанных с ними
неорганизованные водородные связи уже согнуты или разорваны.
Гидрофобная гидратация сопровождается

(а) отрицательная энтальпия
изменение, отчасти из-за множественных ван-дер-ваальсовых взаимодействий между водой и гидрофобным материалом,

(б) отрицательное изменение энтропии из-за увеличения порядка в
окружающей воды и потеря поступательной энтропии, вызванная внедрением полости в сеть водородных связей,

(c) положительное изменение теплоемкости (C _P )
из-за отрицательного изменения энтальпии (т. д., тем сильнее
водородные связи на поверхности) и

(d) общее сокращение
в объеме за счет более эффективной плотности упаковки растворенного вещества, только
частично компенсируется локальным снижением плотности растворителя
[903].

Например, добавление групп CH ₂ к алифатическим спиртам увеличивает тепловыделение при растворении (ΔH/CH ₂ = -5,4 кДж ˣ моль ⁻¹ ), но вызывает более значительное уменьшение энтропии (-TΔS/ СН ₂ = +7.1 кДж ˣ моль ⁻¹ ) [1217]. Увеличенное ван-дер-ваальсово притяжение над границей раздела жидкость-газ вызывает γ _LS < γ _LG . Эти термодинамические факторы в некоторой степени компенсируют, но энтропийный член является наиболее значительным, поэтому свободная энергия обычно положительна, что объясняет низкую растворимость гидрофобных молекул в воде. Для первой гидратной оболочки алканов было предложено множество клатратоподобных каркасов [43–73]. Они адаптируются к форме и конформации алкана и максимизируют количество водородных связей и ван-дер-ваальсовых взаимодействий алкан-вода при минимальном объеме клетки.

На гидрофобных поверхностях существует слой воды толщиной до 35 нм. Этот слой характеризуется более упорядоченной сетью водородных связей, чем жидкая вода [17–14], причем более сильные водородные связи проявляются при более низких температурах, но теряются при более высоких температурах [1944]. ^h Существует не менее шести (эквивалентных) способов
описывающих, что происходит со структурой воды при гидрофобных
поверхности (см. также вицинальную воду)

1. Вода на гидрофобной поверхности теряет водородную связь и имеет повышенную энтальпию.Молекулы воды компенсируют
   для этого совершая работу давление-объем; это
   сеть расширяется, образуя воду низкой плотности с более низкой энтропией
   (см. , например, [318]). Замещение этой воды и связывание с этой гидрофобной поверхностью других лигандов в первую очередь зависит от различий свободной энергии этой воды и воды в объеме. Такие свободные энергии сильно зависят от топографии поверхности.
2. Вода покрывает поверхность клатратоподобными пятиугольниками
   в неполных додекаэдрах, избегая потери большей части
   водородные связи [2512, 2850].Такие пятиугольники были найдены с помощью молекулярной динамики с использованием поляризуемого силового поля [2140] и клатратоподобных структур, обнаруженных экспериментально с помощью инфракрасной спектроскопии [2950]. Это требует расширения с низкой плотностью
   местная структура; «модель айсберга» [32–35], в которой локализованные молекулы воды более прочно связаны между собой, чем с объемными молекулами воды. Обратите внимание, что образование клатратных структур
   максимизирует ван-дер-ваальсовые контакты между гидрофобными
   растворенного вещества и воды, но без уменьшения водородной связи. Вращательное ограничение водородных связей в
   гидрофобная поверхность может быть частично ответственна за их
   повышенная прочность. Таких клатратных структур не существует.
   как жесткие «кристаллоподобные» кластеры, но с минимальной энтальпией
   структуры и легко и постоянно разрушаются кинетическими
   эффекты (например, повышенная температура). Было обнаружено, что в любой момент времени, ^и , некоторые из этих молекул воды гораздо более неподвижны (иммобилизованы) при вращении, чем другие, причем пропорция «фиксированной» зависит от охватываемой структуры [1330]. ^a Кроме того, некоторые из этих молекул воды остаются в течение длительного времени внутри гидратной оболочки [1894].
3. Химический потенциал воды повышается из-за подвешенного
   облигации. Вода уменьшает этот потенциал, расширяя водную
   сеть. Это расширение было проверено на гидрофобном
   граница раздела воздух-вода около 6% с использованием расширенного поглощения рентгеновских лучей
   тонкая структура (EXAFS) [415],
   около 6-12% на 2-5 нм по коэффициенту отражения нейтронов [487]
   и около 7-10% больше 1-1. 5 нм по коэффициенту отражения рентгеновских лучей [486].
4. Высокая межфазная энергия компенсируется формированием
   вода низкой плотности.

91–105 Эластичность сети водородных связей воды окружает или выдавливает гидрофобные молекулы в зависимости от их размера и того, насколько хорошо они могут быть размещены внутри этой сети [507].

91–105 Вода, окружающая гидрофобные молекулы, удерживается прочнее, поскольку в ней меньше конкурирующих и переориентирующих водородных связей [38–74].

Там, где вода низкой плотности (LDW) покрывает гидрофобные поверхности,
появится тенденция к минимизации поверхности поверхностями
взаимодействуя и исключая воду, вызывая
зоны соединения образуются во многих гидроколлоидах.
Именно несовместимость между LDW и гидрофобной поверхностью приводит к формированию структуры.
Образование воды низкой плотности на гидрофобных поверхностях.
и сопутствующее формирование зоны соединения поощряются, если
эта вода с низкой плотностью также связана с высокой плотностью
вода создается рядом с дополнительными полярными группами растворенных веществ (например, в полисахаридах).Вполне вероятно, что местные
слабая водородная связь вода-вода (и, следовательно, большая доступность молекул воды) будет препятствовать образованию такой зоны соединения из-за ее большей способности к гидратации. Альтернативно,
локальная сильная водородная связь может создать низкую плотность
воды без посторонней помощи.

Гидрофобный эффект снижается при повышении давления (или
плотности), так как она зависит от наличия тетраэдрически расположенных
молекул воды (как и в LDW), количество которых уменьшается при
искажающее влияние давления [626].Хотя было обнаружено, что фактическая плотность кристаллоподобных (часто называемых «ледоподобными», но не тесно связанных с гексагональным льдом) структур на гидрофобных поверхностях незначительна при атмосферном давлении, она значительно возрастает с увеличением давления. Это противоречит объемному шестиугольному льду, который дестабилизируется повышенным давлением. При 100 МПа межфазная вода имеет значительно кристаллоподобный порядок [3471].

В холодной воде гидрофобный эффект увеличивается с повышением температуры (то есть гидрофобные молекулы становятся более липкими) из-за снижения легкости образования клатрата, увеличения энергетических затрат поверхности гидрофобной воды и уменьшения гидратации гидрофобной поверхности.[Вернуться к началу]

Контактные углы воды на гидрофильном

и гидрофобные поверхности

Гидрофобные и гидрофильные интерфейсы

Вода на поверхностях может образовывать капли. Форма поверхностных капель зависит от взаимодействия между водой и поверхностью. Лучший способ охарактеризовать это взаимодействие — использовать краевой угол (θ, см. справа), где θ < 90° указывает на гидрофильные поверхности, а θ > 90° указывает на гидрофобные поверхности [26–24]. ⁱ Если капля удаляется из поверхностной воды на гидрофильных поверхностях, она оставляет небольшую остаточную каплю, тогда как если капля удаляется из поверхностной воды на гидрофобных поверхностях, она не оставляет остаточной капли (см. справа). Это объясняется тем, что вода сильнее взаимодействует сама с собой, чем с гидрофобными поверхностями, и сильнее взаимодействует с гидрофильными поверхностями, чем с самой собой. Это не означает, что вода вообще не взаимодействует с гидрофобными поверхностями, а относительные взаимодействия определяются краевым углом.Это, конечно, не означает, что гидрофобные поверхности «отталкивают» воду; заблуждение, часто распространяемое в литературе. В качестве примеров гидрофобных и гидрофильных поверхностей

Политетрафторэтилен

(ПТФЭ, ) и полиуретан () имеют краевые углы 117,7° и 70,5° соответственно.

Капли воды на гидрофобной поверхности

из [3548]

Граница между водой и текстурированными гидрофобными поверхностями может существовать либо в состоянии взвешенного в воде (Касси-Бакстер), либо в состоянии поглощения поверхности (Венцель) (см. справа) [3548].Они были охарактеризованы с наноразмерным разрешением с использованием атомно-силовой микроскопии in situ . Короткая межстолбовая периодичность в сочетании с высокоупорядоченными наноэлементами может привести к взвешенным в воде состояниям с более надежными границами раздела воздух-вода.

Капли воды на листе лотоса

Контактные углы более 150° указывают на супергидрофобную поверхность с практически нулевым взаимодействием между поверхностью и водой. Супергидрофобные поверхности также могут быть получены путем наноструктурирования (текстурирования) гидрофобной поверхности, например, на листьях лотоса (см. справа), крыльях бабочки и утиных перьях [26–25].

Супергидрофобная поверхность

Супергидрофильные поверхности с нулевым краевым углом (полное растекание за счет затекания в шероховатости или поры поверхности) также могут быть обнаружены благодаря нанопаттернированию (текстурированию) гидрофильных поверхностей [26–26]. Супергидрофильные покрытия (например, TiO ₂ ) полезны, например, для придания стеклу свойств, препятствующих запотеванию. Надежные композитные покрытия на основе графена являются супергидрофобными, прочными и самоочищающимися [2909].Было показано, что сжатый воздух под такими поверхностями, пронзенный каплями воды, имеет решающее значение для его супергидрофобного эффекта [4146] и важен для авиационной промышленности. Некоторые микроструктурированные и наноструктурированные поверхности, такие как лепестки красной розы, обладают высокой адгезией к воде и супергидрофобностью. Капли воды на их поверхности имеют сферическую форму, но не скатываются; («эффект лепестка») в отличие от «эффекта лотоса» (см. вверху справа), когда капли быстро движутся по поверхности [32–17], замедляясь в основном за счет аэродинамического сопротивления [35–86].Супергидрофобные поверхности вызывают разбивание капель дождя (с высокой скоростью), что сокращает время контакта и риск гипотермии для птиц [3988].

Гидрофильность и
гидрофобность материалов была количественно определена с использованием методологии зондирования с сорастворителем 1-пропанола [22–11].
[Вернуться к началу]

Широкие гидрофобные поверхности

Водородная связь регулирует границы раздела небольших гидрофобных растворенных веществ. Однако межфазная структура вокруг больших гидрофобных растворенных веществ и обширных гидрофобных поверхностей также зависит от электростатических и дисперсионных взаимодействий дальнего действия [29–31].Гидрофобные поверхности, такие как углеродные, могут включать множество гидрофильных групп, таких как кетоны и карбоксилаты, которые могут связываться водородом с водой и контролировать их гидратацию [31–14]. Даже кажущиеся гидрофобными поверхности, такие как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) и политетрафторэтилен (ПТФЭ), могут покрываться тонкой пленкой жидкой воды [3342], о чем свидетельствует прочное прилипание влажного сэндвича из полиэтиленовых пленок. На поведение жидкой воды на гидрофобных твердых поверхностях и границах раздела паров влияет
необходимым наличием оборванных не связанных водородом
поверхностные группы O-H, когда клатратные структуры больше не могут
форма (то есть частицы ≫ 0.6- диаметр 0,7 нм ^e при температуре окружающей среды),
которые обязательно компенсируются более сильными водородными связями
к объему [213].
Жидкая вода, лежащая на протяженных гидрофобных поверхностях.
(с эффективным диаметром более 1 — 2 нм при
0 °C, уменьшение до менее 0,5 нм при 100 °C [911])
имеет низкую плотность [1290], ^a , что способствует накоплению неполярного газа, ^f , особенно если поверхность неровная.Капли воды размером 200 нм в смесях гидрофобных масел и поверхностно-активных веществ имеют более прочные водородные связи, придающие им структуру поверхности, аналогичную границе раздела воздух/вода, температура которой на ≈ 50 К ниже [2955].

Стремление максимизировать водородные связи путем формирования пустых куполообразных полуклатратных структур компенсируется стремлением заполнить пустое пространство и увеличить энтропию. Шероховатость поверхности субнаноразмеров увеличивает гидратацию [32-71]. В целом ожидается, что это вызовет динамические субнанометровые волны на поверхности.Растворенные газы N ₂ и O ₂ снижают
гидрофобная поверхностная плотность больше растворенного газа CO ₂ и значительно больше Ar [890]; что указывает на то, что Ar очень хорошо растворим на этих границах раздела, образуя клатратную структуру, но другие газы образуют тонкую газообразную фазу.
Характер этой поверхности с пониженной плотностью в присутствии
скопившегося газа, не ясно с некоторыми свидетельствами того, что он имеет колеблющуюся плотность
(между паром и жидкостью), без резкой плотности
переход, который можно было ожидать от дискретных нанопузырьков (нанополостей)
[890] и другие доказательства наличия нанопузырьков [506, 519]. При пониженном или отрицательном давлении такой поверхностный газ может расширяться в виде видимых пузырьков (полостей).
[891]. Молекулярно-плоские гидрофобные поверхности демонстрируют слой низкой плотности, но без крупных нанопузырьков (нанополостей) [1175]. Кажется вероятным, что ионы гидроксида могут предпочитать водную среду рядом с гидрофобными поверхностями [1347] почти так же, как это происходит на границах раздела газ-вода и облегчает образование нанопузырьков. Кроме того, присутствие двуокиси углерода образует ионы карбоната и бикарбоната, которые имеют сродство к водным/гидрофобным поверхностям, придавая дополнительные отрицательные заряды [3209, 3304].Таким образом, поверхностный заряд и дзета-потенциал на обширных границах раздела гидрофобная вода-вода отрицательны. Как ни странно, поверхности, покрытые монослоем воды, могут действовать как гидрофобные поверхности, если слой воды сильно расположен, что сводит к минимуму контакт водородных связей [24–21]. На межфазную структуру воды сильно влияет любой поверхностный заряд, сильно влияющий на любой поверхностный поток. Катионы притягиваются к отрицательно заряженному графену, что увеличивает межфазное трение и замедляет любой межфазный поток.Напротив, если поверхность заряжена положительно, высокая плотность поверхностного заряда запускает связывание галогенид-ионов и увеличивает любой электроосмотический поток за пределы поверхностного слоя [33-98]. Изменение заряда вызывает резкое изменение межфазной структуры воды и дзета-потенциала.

Между гидрофобными поверхностями, а также между гидрофильными и заряженными поверхностями возникают эффекты притяжения на большие расстояния. Это может быть связано с перекрытием наноскопических газовых полостей [629, 711] или осмотическим эффектом из-за локального истощения нанопузырьков [1433].Также они могут
быть вызвано организацией ^d в пределах водопроводной сети. Обзор см. в [235], для
опыты, показывающие роль растворенного воздуха, см. [459],
и о потенциальной роли газовых нанопузырьков (строго говоря,
это нанополости), содержащие до 100 000 или около того газа
молекулы [519]
и размерами от десятков до сотен нанометров, см.
[506, 1172] и страницу раздела газ-вода).Этот
могут быть измерены на расстояниях до 1000 Å, с 50%
расстояние затухания составляет около 7 Å ​​или выше в деаэрированной воде и 12-13 нм, когда присутствует растворенный газ [235]. Воды
между такими близкими гидрофобными поверхностями обладает физическим
изменения, связанные с повышенной организацией водородных связей,
такие как повышенная теплопроводность, пониженная температура замерзания,
пониженное давление пара [406],
и уменьшенная диэлектрическая проницаемость [700].Хотя эти дальнодействующие эффекты могут быть утрачены при удалении
растворенный газ, ^б короче
эффект дальности (< 25 нм [722]) и более сильный эффект очень ближнего действия (< 1 нм [722c]) остаются между гидрофобными поверхностями в деаэрированной воде. Сила притяжения ближнего действия между гидрофобными поверхностями в отсутствие соединяющих пузырьков, но в присутствии растворенного газа сильнее, чем одно ван-дер-ваальсово притяжение [40–47]. Это намного больше, чем ожидалось только от ван-дер-ваальсовых взаимодействий, и не возникает из-за электростатических эффектов, поскольку на него не влияет ионная сила раствора.Это может быть связано с организацией воды на границе раздела, такой как образование цилиндрических скоплений воды, перекрывающих поверхности [13–16]; такие кластеры, вероятно, состоят из связанных кластеров ES (например, см. рисунок в другом месте). Кроме того, тенденция к уменьшению поверхности раздела жидкость-твердое тело через переходы высыхания (см. ниже) также вызовет сильное притяжение. Такие переходы сушки удерживают «маслянистые» частицы вместе и, как считается, ответственны за плохую дисперсию таких частиц, но за их хорошую дисперсию в дегазированных растворах [711]. ^й

Демонстрация перехода к сушке

Гидрофобность поверхности повышается за счет увеличения шероховатости в наномасштабе.
с краевыми углами, стремящимися к 180° (>150° представляет собой «супергидрофобность» [1038]), и поверхностные нанопузырьки могут стать
ловушки с относительно большими радиусами кривизны (то есть> 100 нм). Относительно большие изменения объема и поверхности нанопузырьков
покрытие с температурой [842]
также может исказить результаты эксперимента.

Влияние растворенных газов часто игнорируется [4347]. Тем не мение,
растворенные газы обычно присутствуют даже в дистиллированных и деионизированных
воды и может иметь значительные эффекты, которые зависят от концентрации. Некоторые газы
по сути являются структурирующими (например, О ₂ ,
N ₂ , Ar), помещающийся в додекаэдрические клатратные полости
[831], тогда как
другие деструктурируют воду (например, CO ₂ , который придает воде свою структуру).Структурирование
газы, даже при их малой растворимости, могут накапливаться
на гидрофобных поверхностях (включая образование мельчайших газовых
пузырьки [459], расширяющиеся до тонкой,
≈ нм, газовый зазор [825])
где они более растворимы (вода здесь обладает эффективно
очень низкая относительная диэлектрическая проницаемость (диэлектрическая проницаемость) [700])
и таким образом усиливают их структурирующие эффекты. Такой растворенный
газ оказывает значительное влияние на стабилизацию эмульсии и флокуляцию
(дегазация, стабилизация эмульсий) и путаница всяких Хофмайстеров
эффектов [671, 4347].Они также могут быть ответственны за другие очевидные артефакты, такие как
как производство свободных радикалов в электромагнитных
поля.

Несовместимость воды с низкой плотностью (близкой к гидрофобной
поверхностей) и наиболее распространенных солей является ключом к функционированию системы обратноосмотической очистки (опреснения) воды целлюлозы
мембраны из сложного эфира.
[Вернуться к началу]

Эффекты растворимости

Подобно тому, что вызывает минимум растворимости для неполярных
газы, гидрофобные сахариды могут становиться менее растворимыми по мере
температура повышается [187].Однако растворимость таких соединений в воде
осложняется энтропийными факторами из-за их размера или
заряд плюс специфические структурные эффекты. ^c Радиус полости вокруг гидрофобных полициклических ароматических соединений
остается постоянным в диапазоне от 23 °C до 90 °C, что указывает на
образование клатрата с последующим укреплением окружающих
водородные связи [510]
(см. также [794b] и [2504]).
Действительно, при формировании оптимальной клатратной структуры водородных связей между молекулами воды в первой и второй оболочках будет в три раза меньше, чем внутри оболочек, как показано на карте связности.Водородная связь может быть слабее вне этой первой оболочки [794].
возможно, из-за работы давление-объем и обязательно уменьшенной энтропии. Это означает, что молекулы воды в гидратационном
скорлупа обладает более прочной (внутри скорлупы) и более разбитой
(вне оболочки) водородные связи. По удельной теплоемкости (C _P )
пропорциональна <(δH) ² > _TPN (т. е. квадрат флуктуаций энтальпии), это по-прежнему
приводит к повышенному изменению теплоемкости ( i. е., +ΔC _P ). Там, где гидрофобная молекула находится в высоких концентрациях и доступно меньшее количество молекул воды, динамика внутри первой (клатратной) сферы гидратации становится сильно подавленной, и разрешены только вращательные движения, приписываемые гидрофобной группе (группам) [14–24]. Растворимость более крупных летучих органических (т. е. гидрофобных) соединений увеличивается по мере приближения раствора к 0 °C, но затем претерпевает изменения при переохлаждении раствора. Затем их растворимость уменьшается с понижением температуры [15–90].это скорее всего
из-за того, что они были изгнаны из образовавшихся более многочисленных меньших клатратных клеток ES .

Диффузия гидрофобных растворенных веществ в переохлажденной воде использует прыжки от клетки к клетке, при этом раствор гремит в одной клатратоподобной клетке, прежде чем быстро переместиться в другую. Происходит перегруппировка локальных молекул воды, так что конечная клетка растворителя становится структурно и энергетически сравнимой с исходной клеткой, в которой было захвачено растворенное вещество [2985].

[В начало ]

Спектр действия анионов, из [2903]

Гидротропы

Гидротропы — это молекулы, которые могут повышать растворимость гидрофобных растворенных веществ на несколько порядков. Их можно рассматривать как продолжение космотропного/хаотропного ряда [2903].

Тройная фазовая диаграмма смеси вода-гидротроп-раствор,

из [3173]

Справа показана тройная фазовая диаграмма смеси вода–гидротроп–растворенное вещество.
[3173].Цветные линии дают композицию. Область, рассматриваемая как «предузо», связана с образованием мезомасштабных агрегатов и капель, что сопровождает повышенную интенсивность рассеяния. Красная точка указывает на минимальную концентрацию гидротропа; пороговая концентрация гидротропа (обычно 0,5–1 молярная), при которой резко возрастает растворимость труднорастворимых гидрофобных растворенных веществ.

Гидротропы действуют сигмоидально по отношению к гидрофобному растворенному веществу.При низких концентрациях (≈ < 0,5 М) они малоэффективны. При более высоких концентрациях происходит быстрое увеличение растворенного гидрофобного вещества. Более высокие концентрации показывают эффект насыщения. Примером может служить действие гидротропа бензоата натрия на гидрофобное растворенное вещество бензилбензоат [28–16]. Такое сигмоидальное поведение объясняется усилением агрегации гидротропов с образованием небольших доменов, богатых каждым компонентом, в которых растворенное вещество может растворяться [28–27]. Интересным гидротропом является АТФ, который проявляет этот эффект при миллимолярных концентрациях, действуя как источник энергии при микромолярных концентрациях [2902].

[В начало ]

Посолка и посола

Рассмотрены процессы всаливания и высаливания [926]. Солевые растворы использовались как для стабилизации, так и для дестабилизации гидрофобных поверхностей, в результате чего молекулы с достаточно неполярным характером становились более (всаление) или менее (высаливание) растворимыми (см. также ряд Хофмейстера). Недавнее моделирование молекулярной динамики подтвердило важность поверхностной плотности заряда ионов для процесса [1243a].Они сообщают, что высаливание происходит под влиянием энтропии.
ионами с высокой плотностью заряда (эффект увеличивается с плотностью заряда [1243b]) и меньшей поляризуемостью, что образует прочные гидратные комплексы вдали от гидрофобных поверхностей, тогда как всаление вызывается ионами с меньшей плотностью заряда и большей поляризуемостью , тот
проявляют предпочтительное связывание на гидрофобных поверхностях и стабилизируются энтропийными или энтальпийными эффектами. При более низких концентрациях ионы с более низкой плотностью заряда могут также усиливать гидрофобную агрегацию гидрофобных частиц, стабилизируя «мицеллоподобные» структуры, но с увеличением концентрации соли мицеллярные частицы диспергируются, а не агрегируются [1243b], из-за большего ионного заряда. лучше распределяются по их более обширной площади поверхности.

‘Высаливание’
механизм (фазовое разделение амфифильных молекул из водного раствора)
было дополнительно изучено с использованием NaCl и t -бутанола [550a].
При низких концентрациях t -бутанол гидратируется клатратоподобной клеткой примерно из 20 молекул воды [1239]. В относительно концентрированном растворе т молекул -бутанола
склонны к образованию рыхлых димеров за счет гидрофобных взаимодействий
их метильных групп без заметного взаимодействия между
их спиртовые группы (подтверждено спектроскопически [952]).Введение NaCl вызывает дальнейшее взаимодействие
остатки бутанола косвенно через их спиртовые группы
за счет их взаимодействия с анионами (Cl ^— ),
усиливая тенденцию к дальнейшему скоплению амфифилов
и склонность к фазовому расслоению. Выводы этого
работе [550а], указывающей на важность
аниона, а не катиона в таких явлениях высаливания,
были (безрезультатно) оспорены [550c].Пары метана, неопентана, адамантана, фуллерена, этана, пропана, бутана, гексана, октана и декана были смоделированы методом молекулярной динамики в растворах солей. Было обнаружено, что они более прочно связываются в более концентрированных солевых растворах [417–49].

Всаление и высаливание

Белковая засолка
out’ является результатом межфазных эффектов сильно
гидратированные анионы вблизи поверхности белка, удаляя
молекулы воды от сольватации и обезвоживания белков
поверхность.Наибольший эффект достигается за счет
сильно гидратированные анионы. Белок «всаливается» (растворимость
увеличение при добавлении низких уровней соли) результаты
от связывания белка с противоионом и последующего
более высокий суммарный белковый заряд и сольватация [667]. Всаживание происходит там, где белок имеет небольшой суммарный заряд вблизи его изоэлектрической точки [15–54]. В этом случае наибольший эффект достигается за счет
слабогидратированные анионы.

Высаливание происходит по ряду Хофмейстера выше изоэлектрической точки для некоторых белков, включая лизоцим, но ниже изоэлектрической точки происходит в обратном порядке [15–35].Активность лизоцима также соответствует ряду Хофмейстера [29–26].

Многие «нерастворимые» белки могут быть растворены в чистой воде, если рН не соответствует изоэлектрической точке [15–54]. Здесь заряженные белковые молекулы отталкиваются друг от друга, а гидрофобные области покрыты организованной сетью воды с низкой плотностью, что позволяет избежать белок-белковых взаимодействий. В этих случаях добавление ионов снижает отталкивание и организацию воды, что приводит к осаждению белка [15–54].

[В начало ]

Сноски

^a В отличие от интерфейсов, включающих
умеренно (но не чрезвычайно) гидрофобные жидкости (например, CCl ₄ ) имеют остаточные (например, ван-дер-ваальсовы взаимодействия) и флюидные взаимодействия между межфазными
молекулы, таким образом уменьшая водородные связи вода-вода внутри
межфазная вода [214].
Этот эффект также можно обнаружить в липидных бислоях, где есть достаточное проникновение воды, чтобы обеспечить ее прохождение [14–25].[Назад]

^b Дегазация обычно достигается
циклами замораживания-оттаивания при пониженном давлении. Эффективным методом дегазации является промывка гелием [1825]. [Назад]

^c До сих пор ведутся споры о ситуации с метаном [1276]. Имеются данные о том, что гидрофобная молекула метана может располагаться внутри
нормальная структура воды без значительной локальной упорядоченности
вокруг молекул метана [853].Следует отметить, что метан представляет собой очень маленькую молекулу, по размеру близкую к молекуле воды, и лишь плохо помещается в более емкие пустые клетки из водного клатрата, придавая ей малую устойчивость к разрушающемуся сморщиванию. Нейтронная дифракция показывает, что вода может образовывать клатратную оболочку примерно из 19 молекул воды вокруг метана [13–56]. Кроме того, частичные клатратные клетки обнаруживаются с помощью молекулярной динамики и увеличиваются в размерах при понижении температуры [14–60]. [Назад]

^d Очень дальнодействующее взаимодействие может быть связано либо с очень сильными силами, участвующими в кавитации (т. е. сушкой) промежуточной воды, введенной во время измерения [1073], либо с более слабыми осмотическими эффектами [1433].[Назад]

^e Сообщение о том, что такие маленькие гидрофобные молекулы, как неопентан, C(CH ₃ ) ₄ с диаметром 0,54 нм ведут себя как обширная гидрофобная поверхность [1232a,c], оспаривается [1232b] и кажется ошибочным.
[Назад]

^f Некоторые исследования показывают влияние растворенных газов, а другие нет. Различия могут быть связаны со структурой и историей поверхности, а также с концентрацией растворенного газа.[Назад]

^g Эти молекулы воды с замедленным вращением можно рассматривать как внутреннюю «сморщенную» воду в клатратной модели (см. похожие, но более сильные ионные эффекты), где их близкое приближение к гидрофобной молекуле предотвращает любое раздвоение воды, способствующее вращению.
[Назад]

^h Этот экспериментальный результат комбинационного рассеяния света противоречит ранее громко провозглашенным, но тонко, в действительности, неубедительным теоретическим и нейтронографическим данным.[Назад]

Объяснение уравнения Юнга

ⁱ Уравнение Юнга . Уравнение Юнга (условие термодинамического равновесия) сводится к силам, действующим вдоль линии контакта между водой, газом и твердым телом, поскольку все эти поверхностные энергии действуют вдоль одной и той же длины линии контакта (см. справа). Свободные энергии на границе раздела твердого тела и газа, твердого тела и жидкости, жидкости и газа равны γ _SG , γ _SL и γ _LG соответственно.γ _SG и γ _SL обычно трудно определить.

[Назад]

^j  Предполагается, что содержание углекислоты в замороженных образцах (полученных путем замораживания-оттаивания) может увеличиваться за счет любого растворенного CO ₂ [3450], что впоследствии приводит к избытку бикарбоната. Этот бикарбонат может также вызывать эмульгирование нефти в водных растворах после дегазации при замораживании/оттаивании. [Назад]

определение гидрофобии в The Free Dictionary

Тем не менее, в данном случае метод недостаточно чувствителен из-за очень низкого содержания гидрофобов.Ассоциативные загустители HASE структурно отличаются от HEUR тем, что они являются полиэлектролитами и имеют гораздо более высокую молекулярную массу и более низкую плотность гидрофобов. вес», Wonjun Wu и Greg D. Polyquaternium 67 (гидрофобно-модифицированный поликватерниум 10) еще больше улучшили как влажное расчесывание, так и отложение силикона. Неионогенный CF-10 основан на гидрофилах п-этиленоксида, присоединенных к разветвленному ароматическому гидрофобному следует ожидать особенно коррозионного характера.Хотя все эти ингредиенты выполняют функции, влияющие на характеристики покрытия, двумя критически важными компонентами являются полимер и гидрофобизатор. Полимер переносит эти ингредиенты на подложку, образует защитный барьер и является основным компонентом, определяющим долгосрочные характеристики, обеспечивая устойчивость к воде, солнечному свету, химическим веществам и другим факторам окружающей среды. адсорбции, чем два концевых положения, на основе общей гидрофобной силы и энтропийных соображений.Новые полимеры также заменяют полимеры со степенью замещения от более чем 0,11 до 0,25 моль гидрофобного и от 0,05 до 0,5 моль катионного замещения соответственно на ангидроглюкозное кольцо, которые обеспечивают хорошее пенообразование, но плохую субстантивность и вязкость, которая настолько высока, что делает продукт неустойчивым. непрактично. Они состоят из ряда разветвленных 20- или 12-углеродных гидрофобов и различной степени этоксилирования. По мере увеличения концентрации поверхностно-активного вещества мицеллы поверхностно-активного вещества начинают полностью окружать каждый отдельный гидрофобный полимер, и сеть начинает разъединяться (схематично показано на Рисунок 1).Необычных отклонений с поверхностно-активными веществами NP(EO)[x] не наблюдалось, за исключением случая, когда крупное гидрофобное неионогенное поверхностно-активное вещество [например, [C18][H37](EO)[x]. 100]]. Наиболее важным является гидрофобный компонент с длинной цепью, однако использование ионного сшивающего агента сводит на нет любые заряды на крахмале, что снижает трение.

Роль размера гидрофобного ариламфифила в концентрации
и стабильность дисперсий графеновых нанопластинок

Реферат

Графеновые нанопластинки
(ВНП) стабильны и относительно недороги.
по сравнению с однослойными листами графена и углеродными нанотрубками и
используются в различных электронных, оптоэлектронных и механических приложениях.Обработка активного материала в растворенном состоянии желательна в большинстве случаев.
приложений, упомянутых выше, и, таким образом, существует большой интерес
в повышении концентрации и стабильности суспензии ЗНЧ. Здесь,
выяснить роль конструктивных параметров стабилизатора на
концентрации и стабильности дисперсий ЗНЧ, синтезированных нами и
использовали ряд ариламфифилов (ArAs) с различной арилгидрофобностью
размеры и геометрия. Было обнаружено, что ArAs вызывают дисперсию ВНП.
с концентрацией от 0.от 05 до 0,13 мг мл ^–1 в зависимости от размера арильного гидрофобного соединения. Гидрофобность ArAs
размер играл ключевую роль в определении концентрации взвеси ЗНЧ,
в то время как критическая концентрация агрегации и растворимость ArAs
лимиты не влияли на концентрацию суспензии ВНП. Большинство
изученные ArAs действуют аналогично метилцеллюлозе, о чем сообщалось ранее.
стабилизатор с лучшими характеристиками. Более того, АрАс стабилизировал ВНП.
суспензии лучше, чем метилцеллюлоза, и способны образовывать стабильные
дисперсии до 6 часов.Рамановские исследования показывают, что качество
ВНП не деградировали в процессе дисперсии. Эти выводы
поможет в разработке правил проектирования стабилизаторов следующего поколения.

Введение

Графитовые материалы
широко используются для широкого спектра приложений
таких как батареи, ¹⁻⁶ сенсибилизированные красителем солнечные элементы, ^2,7−11 конденсаторы и суперконденсаторы, ^2,12,13 и различные электрохимические датчики и биосенсоры
приложений ^2,14−17 благодаря их отличной электронной,
механические и оптические свойства, а также их высокая поверхностная
Площадь и химическая стабильность. ^1,2,18−22 Графен имеет высокий модуль Юнга (∼1000 ГПа), ²³ высокую внутреннюю подвижность (200 000 см ² в ^–1 с ^–1 ),

2 04 высокую теплопроводность (5000 Вт м ^–1 К ^–1 ), ²⁵ большие удельные
площадь поверхности (2630 м 91 199 2 91 200 г 91 199 –1 91 200 ), 91 199 26 91 200 и отличное электрическое сопротивление (150 мОм).
см поперек сложенных листов). ² Из них
графитовые материалы, графеновые нанопластинки (GNPs) являются особенно
интерес, потому что их легче производить, они имеют лучшую стабильность
чем однослойный графен, ¹⁹ и обычно
дешевле одностенных углеродных нанотрубок (УНТ), ^27,28 и поверхность нанопластинок имеет чистый графен (sp ² гибридизированный углерод) и обладает такой же высокой электропроводностью
как графен. ²⁸ Таким образом, ВНП являются жизнеспособными заменителями
для однослойного графена и УНТ в таких приложениях, как топливные элементы. ^27,28 ВНП представляют собой чешуйки графита, состоящие из нескольких слоев графена
в форме пластинок, которые обычно имеют диаметр 5–50 мкм.
Однако для полного использования ВНП для любых приложений они
должны иметь возможность эффективно диспергироваться в растворе. ^27,28 Благодаря силам Ван-дер-Ваальса и большой удельной поверхности,
ЗНЧ трудно диспергировать и они склонны к агрегации в воде. ^21,28−30 Для борьбы с этим ВНП и другие графитовые материалы
обычно суспендируют в растворе с использованием поверхностно-активных веществ, ³¹⁻³⁵ полимеров, ³¹⁻³³ или других диспергаторов, ^19,36,37 в сочетании с физическим процессом, таким как обработка ультразвуком. ²⁸ Предыдущие исследования показали, что использование поли(натрий
4-стиролсульфонат) [PSS] в качестве диспергатора для восстановленного оксида графена
нанотромбоциты приводили к стабильным дисперсиям 1 мг/мл ^–1 . ²⁷ Вычислительные расчеты привели к
вывод о том, что взаимодействие «край к лицу» между арилом
кольца полимера и сопряженная поверхность нанопластинок
отвечает за прочное связывание полимера. ²⁷ PSS также использовался для диспергирования неокисленных ЗНЧ, в результате чего
в более стабильных дисперсиях по сравнению с эталонными полимерами, которые
не имеют арильных групп (поли(диаллилдиметиламмоний хлорид)
и полиакриловая кислота). ²⁸ Ван и др. ³⁶ показали, что метилцеллюлоза образует
наивысшая концентрация взвеси ЗНЧ (0,1 мг мл ^–1 ). Для повышения концентрации и стабильности дисперсии ЗНЧ,
необходимо понимать структурные параметры и физические
свойства стабилизаторов, которые играют ключевую роль.До сих пор там
представляют собой несколько исследований по созданию дисперсии ВНП с использованием небольших
молекулярные амфифилы, а также полимерные стабилизаторы, но есть
никаких систематических исследований. ^19,29,32,36 Систематические исследования помогут выяснить
роль структурных параметров и свойств стабилизатора в
их способность генерировать концентрированную и стабильную суспензию ЗНЧ.

Было показано, что амфифилы и стабилизаторы, содержащие арил
группы более эффективны в создании стабильных и концентрированных графитовых
материалы. ^27,34,35 Эти ариламфифилы (ArAs) демонстрируют множественную геометрию взаимодействия
с π-гранью, в том числе лицом к лицу и лицом к лицу по сравнению
к алкиламфифилам. ³⁸ Что еще более важно,
ArAs проявляют более высокие энергии взаимодействия, чем алкиламфифилы.
с заданной π-гранью, например, взаимодействие CH−π
энергия с π-поверхностью у ArA выше, чем у
алкиламфифил. ³⁹ Для рассредоточения ВНП
Взаимодействие амфифил-ВНЧ должно превзойти самоассоциацию
ВНП. ²⁷ Следовательно, в общем случае ArAs
более эффективны, чем алкиламфифилы, в образовании стабильных концентрированных
дисперсии графитовых материалов, таких как ВНП, ^28,40 УНТ, ^41,42 и малослойный графен. ^34,35 АрА содержат три общих структурных мотива: (i) ионную головную группу,
(ii) арильный хвост и (iii) углеводородный спейсер между головной группой
и арильный хвост (схема 1). Было показано, что каждый из этих структурных мотивов полезен.
для создания стабильной дисперсии графитовых материалов.Ионная головная группа
придает растворимость в воде ArAs. Кроме того, ионные головные группы
помогают уменьшить агрегацию графитовых материалов. ³⁵ Арильный хвост взаимодействует с π-гранью ЗНЧ
через π–π-взаимодействия. Арильные гидрофобы взаимодействуют
сильно с π-гранью графитового материала, чем
алкильных поверхностно-активных веществ и, следовательно, ArAs, как известно, стабилизируют экспонированные
π-грань графитовых материалов против агрегации. ⁴³ Углеводородный спейсер, разделяющий арильный хвост
от ионной головной группы, что позволяет арильному хвосту ровно лежать на
Поверхность ВНП.Эта параллельная конфигурация лицом к лицу сложна
для достижения, если ионная группа присоединена непосредственно к арильной группе
из-за отталкивающих взаимодействий между ионной группой и
графеновая поверхность. ^35,44 Так, включение углеводорода
spacer позволяет ArAs отображать различные возможные геометрии взаимодействия
с ЗНЧ и найти наиболее устойчивую геометрию взаимодействия. Из-за
структурное сходство ЗНЧ и других графитовых материалов, мы
считают, что ArAs также будет эффективен для создания концентрированных
и устойчивые дисперсии ВНП.

Структуры ArAs, использованные в данной работе
с различными арильными гидрофобами
(Синий)

Недавно мы показали, что
АрА эффективны в стабилизации
π-грани и замедление роста π-сопряженных микрокристаллов
вдоль направления π-укладки по сравнению с алкиламфифилами. ^38,45,46 При этом относительный прирост
скорость грани π-стекинга по сравнению с другими гранями варьируется
за счет изменения размера гидрофобной части ArA. С момента создания стабильной
а концентрированная дисперсия ЗНЧ также зависит от взаимодействия π-граней
прочности стабилизатора-ВНП, мы предлагаем, чтобы размер
Гидрофобный ArA действует как ручка для настройки силы взаимодействия с
ВНП и обеспечивает контроль концентрации дисперсии.Таким образом,
путем систематического использования серии ArAs с возрастающей гидрофобностью
размер, роль размера гидрофоба в концентрации и стабильности
дисперсии ВНП можно изучить.

С этой целью в данной работе
серия ArAs (схема 1) была разработана и синтезирована для исследования
какие структурные параметры и физические свойства амфифилов
влияет на дисперсию ВНП. Мы исследовали, является ли критическая агрегация
пределы концентрации (CAC) или растворимости коррелировали с
размер арильного гидрофобного соединения.Оба этих физических свойства ArAs
(предел растворимости и CAC) не влияют на дисперсию и стабильность ВЧЧ.
Способность ArA генерировать дисперсию ЗНЧ зависит от размера гидрофобов.
Все ArAs, за исключением ArA-1, действуют подобно метилцеллюлозе.
стабилизатор с лучшими показателями, о котором ранее сообщалось, и в результате
суспензия концентрации ок. 0,1 мг мл ^–1 . Кроме того,
ArAs стабилизируют суспензию ЗНЧ лучше, чем метилцеллюлоза.

Результаты
и обсуждение

Физическая характеристика

Шесть
АрА были разработаны
не только иметь три ключевых структурных мотива, обсуждавшихся выше, но
также для представления диапазона размеров арилов, геометрий и изомерных
структуры (схема 1).Размеры варьируются от одного ароматического бензольного кольца (6 атомов углерода) до
на нафталин (10 атомов углерода), бифенил (12 атомов углерода) и антрацен
(14 атомов углерода). Геометрия варьируется от плоского нафтила и антрила.
к скрученным бифенильным структурам. Два структурных изомера обоих
синтезированы замещенный нафтил и замещенный бифенил. То
ArAs синтезировали, как показано на схеме 2.

Спектры поглощения и излучения ArAs в УФ-видимой области
воды были зарегистрированы и показаны в . Молярный коэффициент экстинкции ArAs
также определяется (рис. S1–S6, таблица S1), для расчета растворимости
пределы АрАс.Хотя есть несколько отчетов об использовании
ArAs для широкого спектра применений, систематические исследования
Физические свойства ArA, такие как их растворимость или склонность
агрегировать мало. Знание растворимости и CAC
ArAs позволяет исследовать любые корреляции между этими
свойства и эффективность ArAs для различных применений
включая создание стабильной дисперсии ВНП. CAC АрАс в
воду изучали с помощью экспериментов по концентрационно-зависимой флуоресценции.Интенсивность излучения ArAs уменьшалась с увеличением
концентрации, как показано на рисунках S7–S12, что указывает на гашение эмиссии, вызванной агрегацией, в растворе.
CAC ArAs определяли путем построения графика зависимости концентрации от
интенсивность излучения и нахождение пересечения высокой интенсивности
и линии тренда низкой интенсивности ( и Таблица 1). CAC амфифила обратно коррелирует с
размер и, следовательно, гидрофобность его гидрофобной группы. ⁴⁷ Эта тенденция наблюдается в фенил-, нафтил-,
и ArAs на основе антрила (ArA-1, 2a, 2b и 4 соответственно).АрА-2а
и 2b, региоизомеры на основе нафтила, имеют одинаковую CAC. в отличие от
изомеры нафтила, изомеры бифенила (ArA-3a и 3b) имеют разные
ЦАС (1,4 и 0,4 мМ соответственно). Межфенильный диэдрический угол
в ArA-3a выше, чем в ArA-3b за счет замены в
вторая позиция. Более высокий поворот между фенилами в ArA-3a
препятствует агрегации ArA, что приводит к более высокому CAC, чем у ArA-3b.
С другой стороны, ArA-3b имеет большее пространственное разделение, чем
ионная головная группа от фенильного заместителя, что позволяет ему агрегировать
в более низкой концентрации, чем ArA-3a (структурный изомер) и ArA-4
(имеет большее количество атомов углерода, чем бифенильная единица).Это указывает
что помимо размера важна как геометрия, так и положение
арильный гидрофоб по отношению к углеводородному спейсеру также имеет
влияние на ЦАС.

Поглощение УФ-видимого излучения (красная цветовая линия) и флуоресценция
эмиссия
спектры (линия синего цвета) (A) ArA-1, (B) ArA-2a, (C) ArA-2b, (D)
ArA-3a, (E) ArA-3b и (F) ArA-4.

Концентрация
графики зависимости интенсивности флуоресценции, зарегистрированные в воде
для (A) ArA-1 (λ _ex = 271 нм), (B) ArA-2a (λ _ex = 293 нм), (C) ArA-2b (λ _ex = 271 нм), ( Д)
ArA-3a (λ _ex = 287 нм), (E) ArA-3b (λ _ex = 255 нм) и (F) ArA-4 (λ _ex = 376 нм).

Таблица 1

Предел растворимости и CAC ArAs в
Вода

девяносто одна тысяча семьсот тридцать одна

девяносто одна тысяча семьсот тридцать одна Ara-1

девяносто одна тысяча семьсот тридцать одна Ara-2а

девяносто одна тысяча семьсот тридцать одна Ara-2b

девяносто одна тысяча семьсот тридцать одна Ara-3а

девяносто одна тысяча семьсот тридцать одна Ara-3b

девяносто одна тысяча семьсот тридцать одна Ara-4

+

+

девяносто одна тысяча семьсот девяносто восемь девяносто одна тысяча семьсот девяносто девять Максимальный
растворимость АрА в воде (табл. 1) определяли растворением каждого АрА в
водой при повышенной температуре, а затем медленно охлаждая раствор.
Полученный раствор фильтровали шприцем и разбавляли, а концентрацию
определяли с помощью УФ-видимой спектроскопии и метода Бера-Ламберта.
закон.Интересно, что тренд предела растворимости не коррелирует
хорошо с размером гидрофоба. ArA-3b имеет самую низкую растворимость
предел (7,5 ± 0,4 мМ), а АрА-4 имеет самый высокий предел растворимости
(112 ± 26 мМ). Самый низкий предел растворимости ArA-3b обусловлен
расширенная арильная архитектура, которая удерживает ионный хвост далеко
от фенильного заместителя и позволяет агрегировать арил
гидрофобнее, чем другие ArAs. Интересно, что АрА-1 с
наименьший гидрофоб имеет второй самый низкий предел растворимости и ArA-4
с наибольшей гидрофобной группой имеет самый высокий предел растворимости.Перемена
в арильной гидрофобной структуре варьирует критическое значение АрА.
параметр упаковки и, следовательно, агрегатная структура, а также
энергия кристаллизации амфифилов. Оба эти фактора влияют
концентрация, при которой амфифилы переходят из агрегатов
в растворе до гидратированных кристаллов. Подробные исследования, посвященные
поведение агрегации ArAs в зависимости от температуры и концентрации
включая совокупную структуру и число, прольют свет на
структурные параметры, определяющие пределы растворимости ArAs.Эти исследования выходят за рамки данной работы.

Подвеска
ЗНЧ 91 699 90 002 ЗНЧ (шириной 15 мкм, 6–8
нм), используемые в этом исследовании, были приобретены у Strem Chemicals.
Физические свойства ЗНЧ, использованных в этом исследовании, суммированы.
в табл. 2. Взвеси ВНП
готовили добавлением 5 мл 10 мМ водного раствора АрА (с
исключение ArA-3b, где использовали концентрацию 7,5 мМ из-за
меньшая растворимость) до 20 мг ЗНЧ. Растворы были обработаны ультразвуком
в звуковой ванне 60 мин.Затем смеси центрифугировали при
3000 об/мин в течение 60 мин. Собирали супернатант и концентрировали
ЗНЧ в растворе определяли методом УФ-видимой спектроскопии.
(Рисунки S13–S15). Оптическая плотность
при 660 нм и молярном коэффициенте экстинкции 1506 мл мг

^–1 м ^–1
Закон Бера–Ламберта ^34,37,48 Обобщены результаты дисперсионных экспериментов.
в . Размер
арильного гидрофоба, по-видимому, был основным фактором, повлиявшим на
дисперсия ВНП, при этом наименьший амфифил (АрА-1) производит
концентрация ВНП равна 0.05 ± 0,004 мг мл ^–1 и самый крупный амфифил (АрА-4) – 0,13 ± 0,001 мг
мл ^–1 . Четыре амфифила в середине
размерные ряды (ArA-2a/b и 3a/b) произвели очень похожее количество
ВНП (0,10–0,11 мг мл ^–1 ). Из трех
структурные факторы (размер, геометрия и изомерная структура), которые были
при скрининге арильный размер амфифилов, по-видимому, был единственным фактором
это как-то повлияло на эффективность дисперсии ВНП. Любая разница
между изомерными формами, либо ArA-2a/b, либо ArA-3a/b, было незначительным
и в пределах погрешности.Скрученная форма бифенила
амфифилы (ArA-3a и 3b), по-видимому, не имели никакого эффекта по сравнению с
плоские нафтильные амфифилы.

АрА-зависимая концентрация суспензии ЗНЧ.
Столбики ошибок представляют
стандартное отклонение, рассчитанное по трем измерениям.

Таблица 2

Физические свойства ЗНЧ

молекулярная масса (г моль — Макс. растворимость (мМ)	38 ± 13	70 ± 3	48 ± 4	71 ± 0.5	7,5 ± 0,4	112 ± 26
САС (мМ)		4,3 1,0	1,0	1,4	0,4	0,8

9 9
использование каждого из этих ArAs привело к дисперсии ВНП
с концентрацией около 0,1 мг мл ^–1 , что
представляет собой гораздо большую концентрацию диспергированных ЗНЧ по сравнению с алифатическими
контрольная молекула [додецилсульфат натрия (SDS), 0,03 ± 0,003
мг мл ^–1 ] и контрольный раствор чистой воды
(0,02 ± 0,007 мг мл ^–1 ).Было очень
несколько примеров в литературе, характеризующих концентрацию
диспергированных ЗНЧ в водных растворах, но все приведенные примеры
смогли рассеять ВНП только до максимальной концентрации 0,1
мг мл ^–1 , что было достигнуто с использованием метилцеллюлозы
в качестве диспергатора в концентрации 0,7 мг мл ^–1 . ^29,36 Приятно сообщить, что все
изученные ArAs действуют так же хорошо, как метилцеллюлоза, за исключением
АрА-1.

Для определения оптимальной концентрации амфифилов
для дисперсии ВНП,
был протестирован ряд концентраций амфифилов с использованием ArA-2a в качестве
модель амфифил.Та же самая процедура диспергирования, описанная выше, была
за исключением того, что концентрация ArA-2a варьировалась от 2 до 60
мМ. Эффективность диспергирования ЗНЧ была выше, когда концентрация амфифилов
была между 5 и 20 мМ и была ниже и выше этой концентрации
режим ( и S16).

Концентрация ВНП, рассредоточенная по различным
Концентрации АрА.

Из немногих исследований,
были выполнены на дисперсии ВНП в
водные растворы, ^19,29,32,36 никто не исследовал физические свойства
которые влияют на дисперсионную эффективность амфифилов.Было высказано предположение
что растворимость амфифила в воде влияет на его дисперсию
эффективность, ³⁴ но исследований нет
сделано, чтобы проверить это. Здесь мы показываем, что по крайней мере для ряда
Испытан ArAs, нет корреляции между CAC, пределами растворимости
ArAs и дисперсии ВНП. Каждая из изомерных пар (ArA-2a/b
и ArA-3a/b) обладают схожими способностями к диспергированию ВНЧ,
несмотря на различия в пределах их растворимости. Для серии
из изученных здесь амфифилов размер арильного гидрофобного
единственный ключевой фактор, определяющий концентрацию дисперсии ВНП.Арильный гидрофоб, содержащий 10 или более атомов углерода, давал суспензии ЗНЧ.
почти такой же концентрации, что указывает на то, что не так много
увеличение концентрации суспензии ЗНЧ сверх этой величины. ¹⁹

Стабильность и качество суспензий ВНП

При диспергировании
высокая концентрация ЗНЧ в растворе является важным шагом, т.к.
генерируемые дисперсии должны быть устойчивы к агрегации для их
использовать в разных приложениях. Для этого исследования снова использовали ArA-2a.
используется в качестве модельного амфифила.Стабильность суспензий ЗНЧ была
определяется путем измерения коэффициента пропускания растворов при различных
временные интервалы более 24 часов, где более низкий коэффициент пропускания указывает на
более стабильная дисперсия (A,B). Суспензия ЗНЧ, диспергированная с помощью ArA-2a
показал лишь незначительное увеличение пропускания, что свидетельствует о том, что
дисперсии относительно стабильны. Начальные коэффициенты пропускания
дисперсии ВНЧ в АрА-2 и метилцеллюлозе ³⁶ составляют 18% и 35%, которые снизились до 35% и 62% через 24
ч соответственно.Низкое значение коэффициента пропускания в начале
так как только небольшое повышение даже через 24 часа указывает на то, что АрА-2 лучше
стабилизатор для суспензии ЗНЧ, чем метилцеллюлоза. Напротив,
стабильность контрольной суспензии ЗНЧ без ПАВ или
amphiphile быстро снижается в течение всего 24-часового периода (рис. S17). АрАс лучше зависят от времени.
устойчивость к агрегации дисперсии ВНП по сравнению с обоими
ранее заявленные стабилизаторы и контрольный образец без каких-либо
стабилизаторы.

(A) Зависимое от времени изменение % пропускания ВНП приостановлено
в
ArA-2a, (B) % пропускания при 660 нм ЗНЧ, суспендированных в H ₂ O и растворе ArA-2a в разные промежутки времени, и (C) Рамановская
спектры ЗНЧ после взвешивания в ArA-2a и первичных ЗНЧ.

Поддержание качества ВНП, т. е.
целостность
химическая структура в процессе диспергирования имеет решающее значение для
электронные и оптоэлектронные приложения. Учитывая длительное ультразвуковое воздействие
В то же время не было бы ничего необычного в некотором ухудшении ВНП.Действительно, в ранее опубликованных примерах дисперсии ВНП качество
ВНП обычно уменьшается после приостановки, с образованием дефектов
вводятся дополнительные кислородсодержащие группы. ^29,32 Рамановская спектроскопия обычно используется для характеристики качества
и/или деградация графитовых материалов, включая ВНП. ^29,30 Три основных графитовых пика комбинационного рассеяния: G-пик на 1580 см ^–1 , D-пик на 1350 см ^–1 и
2D-пик на высоте 2690 см ^–1 , связанный с D-пик
к сп ³ вибрации и к наличию дефектов в
решетка. ^29,30 ВНП, приостановленные в АрА-2а
были нанесены центрифугированием на кремниевую пластину, и их спектр комбинационного рассеяния был
записано для сравнения с нетронутым рамановским спектром GNP (C). Отсутствие пика
уширение и отсутствие изменения интенсивности D-пика между
исходный ЗНЧ и спектры рассеянного ЗНЧ подтверждают, что ЗНЧ не
деградировать после обработки ультразвуком с ArAs. Было показано, что в
В редких случаях рассеивание ВНП приводило к разрушению
регулярная структура ВНП, ^21,29 ограничивающая потенциал
использование ВНП в оптоэлектронных приложениях.АрА, используемые в этом
исследование, к счастью, привело к первоначальным ВНП после рассеивания. Таким образом,
АрА являются более жизнеспособным вариантом распределения ВНП для таких
Приложения.

Экспериментальный участок

Приобретены реактивы для синтеза
от Альфа Аесар, Фишер,
Frontier Scientific, Acros и Sigma-Aldrich и использовались в том виде, в каком они были получены.
ВНП были приобретены у Strem Chemicals. Приобретена вода класса ВЭЖХ.
от Фишера.

ArA-1, 2b, 3b и 4 были синтезированы согласно
к ранее
сообщили о протоколах нашей группы, ^38,45,46 , в то время как ArA-2a и 3a были недавно синтезированы из
соответствующий спирт за счет нуклеофильного присоединения 1,4-бутана
сультон (схема 2 и
см. вспомогательную информацию для полного
синтетические детали).Полученные ArAs очищали методом обращенной фазы.
хроматографией, за исключением ArA-3b, который очищали с помощью
перекристаллизация из воды и диметилсульфоксида.

УФ-видимое
спектры поглощения ArAs регистрировали на
Спектрофотометр Agilent Technologies Cary Series 5000 UV-vis-NIR.
Спектры испускания флуоресценции записывали на приборе Horiba Scientific.
Спектрофлуориметр FluoroMax-4. Данные Рамана были собраны с использованием
конфокальный рамановский микроскоп Horiba Instruments LabRAM HR evolution.Суспендированные растворы ЗНЧ наносили центрифугированием на кремниевую пластину.
и данные были получены через объектив с увеличением 100, используя
лазер 532 нм. Сигналы комбинационного рассеяния были собраны с использованием
решетка 1800 штр/мм при мощности лазера 100%.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
  Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
  браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
  Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie
потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.

No related posts.

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Comment*

Name *

Email *

продукт	частица диаметр (мкм)	толщина (нм)	плотность (г/см3)	чистота (%)	теплопроводность (Вт/м·К)	электропроводность (См/м)	модуль упругости при растяжении (ГПа)	Прочность на растяжение (ГПа)
Стрем 06-0215 ​​	15	6–8	0.03–0,1	>99,5	3000	10 7	1000	5