Тонкие композиционные пленки полиметилметакрилата с наночастицами диоксида кремния

  • Дмитрий Владимирович Сапсалёв Белорусский государственный педагогический университет им. М. Танка, ул. Советская, 18, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-0375-6482
  • Галина Борисовна Мельникова Белорусский государственный педагогический университет им. М. Танка, ул. Советская, 18, 220030, г. Минск, Беларусь; Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-4891-7523
  • Василина Александровна Лапицкая Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-3245-5945
  • Татьяна Николаевна Толстая Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Татьяна Анатольевна Кузнецова Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-3993-3559
  • Дмитрий Анатольевич Котов Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Антонович Чижик Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Оптимизированы методики формирования тонких полимерных пленок на основе полиметилметакрилата и композиционных покрытий с наночастицами диоксида кремния на стеклянных и кремниевых подложках, исследованы их структурные характеристики методом атомно-силовой микроскопии. Описано влияние введения наночастиц диоксида кремния и их содержания на структуру и смачиваемость сформированных композиционных покрытий. Приведены экспериментальные данные, доказывающие, что встраивание наночастиц SiO2 в структуру полимерной матрицы полиметилметакрилата приводит к изменениям параметров шероховатости покрытий.

Биографии авторов

Дмитрий Владимирович Сапсалёв, Белорусский государственный педагогический университет им. М. Танка, ул. Советская, 18, 220030, г. Минск, Беларусь

аспирант кафедры химии факультета естествознания. Научный руководитель – Г. Б. Мельникова

Галина Борисовна Мельникова, Белорусский государственный педагогический университет им. М. Танка, ул. Советская, 18, 220030, г. Минск, Беларусь; Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук, доцент; доцент кафедры химии, заместитель декана по научной работе факультета естествознания Белорусского государственного педагогического университета им. М. Танка, старший научный сотрудник лаборатории нанопроцессов и технологий отделения теплообмена и механики микро- и наноразмерных систем Института тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси

Василина Александровна Лапицкая, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

научный сотрудник лаборатории нанопроцессов и технологий отделения теплообмена и механики микро- и наноразмерных систем

Татьяна Николаевна Толстая, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

научный сотрудник лаборатории нанопроцессов и технологий отделения теплообмена и механики микро- и наноразмерных систем

Татьяна Анатольевна Кузнецова, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук, доцент; заместитель заведующего лабораторией нанопроцессов и технологий отделения теплообмена и механики микро- и наноразмерных систем

Дмитрий Анатольевич Котов, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук, доцент; директор инженерно-образовательного центра «Изовак-БГУИР», доцент кафедры микро- и наноэлектроники факультета радиотехники и электроники

Сергей Антонович Чижик, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

академик НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор; заведующий лабораторией нанопроцессов и технологий отделения теплообмена и механики микро- и наноразмерных систем

Литература

  1. Akpor OB, Muchie M. Environmental and public health implications of wastewater quality. African Journal of Biotechnology. 2011;10(13):2379–2387.
  2. Ullah N, Mansha M, Khan I, Qurashi A. Nanomaterial-based optical chemical sensors for the detection of heavy metals in water: recent advances and challenges. Trends in Analytical Chemistry. 2018;100:155–166. DOI: 10.1016/j.trac.2018.01.002.
  3. McDonagh C, Burke CS, MacCraith BD. Optical chemical sensors. Chemical Reviews. 2008;108(2):400–422. DOI: 10.1021/cr068102g.
  4. Casanueva-Marenco MJ, Díaz-de-Alba M, Herrera-Armario A, Galindo-Riaño MD, Granado-Castro MD. Design and optimization of a single-use optical sensor based on a polymer inclusion membrane for zinc determination in drinks, food supplement and foot health care products. Materials Science and Engineering: C. 2020;110:110680. DOI: 10.1016/j.msec.2020.110680.
  5. Adhikari B, Majumdar S. Polymers in sensor applications. Progress in Polymer Science. 2004;29(7):699–766. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2004.03.002.
  6. Savvin SB, Kuznetsov VV, Sheremet’ev SV, Mikhailova AV. [Optical chemical sensors (micro- and nanosystems) for the analysis of liquids]. Rossiiskii khimicheskii zhurnal (Zhurnal Rossiiskogo khimicheskogo obshchestva imeni D. I. Mendeleeva). 2008;52(2):7–16. Russian.
  7. Mukhtarov ASh, Smirnov MA, Vakhonina TA, Balakina MYu. [Application of the Zhamen interferometer to determine the thickness of thin polymer films transparent in the visible region]. Pribory i tekhnika eksperimenta. 2017;3:140–144. Russian. DOI: 10.7868/S0032816217020203.
  8. Lobnik A, Turel M, Urek SK. Optical chemical sensors: design and applications. In: Wen Wang, editor. Advances in chemical sensors. Rijeka: InTech; 2012. p. 3–28. DOI: 10.5772/31534.
  9. Serova VN. Polimernye opticheskie materialy [Polymer optical materials]. Saint Petersburg: Nauchnye osnovy i tekhnologii; 2011. 384 p. Russian.
  10. Legkoder VK, Chekmeneva DV. [Optical chemical sensor based on polymethyl methacrylate]. In: Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya v XXI veke. Materialy XIX Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii imeni professora L. P. Kuleva studentov i molodykh uchenykh; 21–24 maya 2018 g.; Tomsk, Rossiya [Chemistry and chemical technology in the 21st century. Materials of the 19th International scientific and practical conference named after professor L. P. Kulev of students and young scientists; 2018 May 21–24; Tomsk, Russia]. Tomsk: Publishing House of the Tomsk Polytechnic University; 2018. p. 527–528. Russian.
  11. Isha A, Yusof NA, Ahmad M, Suhendra D, Yunus WMZW, Zainal Z. A chemical sensor for trace V(V) ion determination based on fatty hydroxamic acid immobilized in polymethylmethacrylate. Sensors and Actuators B: Chemical. 2006;114(1):344–349. DOI: 10.1016/j.snb.2005.06.007.
  12. Ali U, Karim KJBA, Buang NA. A review of the properties and applications of poly(methyl methacrylate) (PMMA). Polymer Reviews. 2015;55(4):678–705. DOI: 10.1080/15583724.2015.1031377.
  13. Rudnitskaya GE, Lukashenko TA, Posmitnaya YS, Tupik AN, Evstrapov AA. Physical and chemical methods for surface modification of polymethyl methacrylate microfluidic chips. Nauchnoe priborostroenie. 2014;24(3):22–31. Russian.
  14. Pomogailo AD, Rozenberg AS, Uflyand IE. Nanochastitsy metallov v polimerakh [Metal nanoparticles in polymers]. Moscow: Khimiya; 2000. 672 p. Russian.
  15. Aslamazova TR, Vysotskii VV, Zolotarevskii VI, Kotenev VA, Lomovskoi VA, Tsivadze AYu. [Modification of latex polymers by filling with highly dispersed iron powder]. Fizikokhimiya poverkhnosti i zashchita materialov. 2019;55(6):620–625. Russian. DOI: 10.1134/S0044185619060020.
  16. Hanemann T, Szabó DV. Polymer-nanoparticle composites: from synthesis to modern applications. Materials. 2010;3(6): 3468–3517. DOI: 10.3390/ma3063468.
  17. Songmin Shang, Liang Li, Xiaoming Yang, Yuyan Wei. Polymethylmethacrylate – carbon nanotubes composites prepared by microemulsion polymerization for gas sensor. Composites Science and Technology. 2009;69(7–8):1156–1159. DOI: 10.1016/j.compscitech.2009.02.013.
  18. Rattanabut C, MuangratW, Phonyiem M, BungjongpruW, WongwiriyapanW, Young Jae Song. Hybrid graphene and poly(methyl methacrylate) for gas sensor application. Materials Today: Proceedings. 2017;4(5/2):6397–6403. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.06.144.
  19. Polotskaya GA, Penkova AV, Pientka Z, Toikka AM. Polymer membranes modified by fullerene C60 for pervaporation of organic mixtures. Desalination and Water Treatment. 2010;14(1–3):83–88. DOI: 10.5004/dwt.2010.1528.
  20. Pandit P, Banerjee M, Gupta A. Growth and morphological analysis of ultra thin PMMA films prepared by Langmuir – Blodgett deposition technique. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2014;454:189–195. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2014.04.028.
  21. Qiang Xie, Lu Wang, Yangyang Zhu, Qiang Sun, Lijuan Wang. Highly sensitive NO2 sensors based on organic field effect transistors with Al2O3/PMMA bilayer dielectrics by sol-spin coating. Organic Electronics. 2019;74:69–76. DOI: 10.1016/j.orgel.2019.06.054.
  22. Polyotov YaA, Bystrov SG, Kodolov VI. Investigation of polymethylmethacrylate films modified with supersmall quantities of copper/carbon nanocomposites by atomic force microscopy. Khimicheskaya fizika i mezoskopiya. 2014;16(1):103–108. Russian.
  23. Kargin VA, Bakeev NF, Ryzhov VB. Structuration processes in solutions of hydrocarbon and of polyacrylate polymers. Vysokomolekulyarnye soedineniya. 1959;1(2):180–184. Russian.
Опубликован
2021-09-22
Ключевые слова: полиметилметакрилат, тонкие нанокомпозиционные пленки, спин-коутинг, атомно-силовая микроскопия, наночастицы диоксида кремния
Поддерживающие организации Работа выполнена в рамках государственной программы научных исследований на 2021–2025 гг. «Энергетические и ядерные процессы и технологии», подпрограммы «Энергетические процессы и технологии» (задание 2.25).
Как цитировать
Сапсалёв, Д. В., Мельникова, Г. Б., Лапицкая, В. А., Толстая, Т. Н., Кузнецова, Т. А., Котов, Д. А., & Чижик, С. А. (2021). Тонкие композиционные пленки полиметилметакрилата с наночастицами диоксида кремния. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 2, 36-49. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2021-2-36-49