ФОРМИРОВАНИЕ ПОРИСТЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК С ТИТАНОМ

POROUS POLYMER FILMS WITH TITANIUM FORMATION

Olga Melnik

Student, Department of Psychoanalysis and Psychoanalytic Business Consulting, HSE University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Целью работы является установление закономерностей формирования пористых биополимерных пленок с титаном. Для   изображений поверхности пленок, полученных с помощью цифрового микроскопа DIGIMicro 800X, определена степень упорядоченности пор, путем расчета величины энтропии Шеннона. Предложенные пористые пленки могут быть использованы в качестве матриц для создания функциональных материалов.

ABSTRACT

The goal of the effort is patterns determination of the porous biopolymer films with titanium formation. For the films surface images, obtained by DIGIMicro 800X digital microscope, pores regularity degree has been determined by the Shannon entropy value calculation. Proposed porous films can be used as matrices for the functional materials creation.

Ключевые слова: титан; биополимер; энтропия.

Keywords: titanium; biopolymer; entropy.

Разработка новых материалов на основе экологически чистых, биополимерных пористых матриц вызывает большой интерес исследователей в настоящее время [1, с. 464; 2, с. 0120031]. В ряде работ рассмотрена возможность создания покрытий на основе полианинной целлюлозы [2, с. 0120031], карбоксиметилцеллюлозы [3, с. 1856], каркасов и пленок для тканевой биоинженерии [4, с. 35; 5, с. 84]. Поэтому установление общих закономерностей формирования пористых биополимерных матриц для создания материалов с функциональными свойствами представляет актуальную задачу.

В настоящей работе для формирования пористых матриц использована карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) марки 75/400 и порошок титана марки ПТМ-1. Пленки получали из водных растворов КМЦ с порошком титана и модификатором – порошком бемита на стеклянных подложках при температуре 40 °С. К базовой композиции: 100,0 г водного раствора КМЦ и 2,0 г титана добавляли 0,1 г бемита (состав 1) и 0,3 г бемита (состав 2). Бемит получен в соответствии с методикой, изложенной в работе [6, с. 37] и инициирует генерацию пор [7, с. 02008; 8, с. 19]. На рисунке 1 приведено изображение полученной пленки и дифференциальная кривая распределения пор по диаметрам для изображенной пленки.

(а)                                                          (б) 

Рисунок 1. Изображения пористых пленок: (а) – состав 1, (б)-состав 2

Рисунок 2. Дифференциальная кривая распределения пор по размерам для пленок с порошком титана

Кривая 1 имеет два пика – 135 мкм и 170 мкм, поры распределены сравнительно однородно. На кривой 2 имеется пик вблизи 170 мкм и меньший пик вблизи 250 мкм, соответствующий крупным порам. Однако характер распределения пор свидетельствует о более хаотичном порядке формировании пор. Степень беспорядка в системе можно оценить с помощью выборочной энтропии Шеннона (Н) [9, с. 60], анализируя полученные цифровые изображения:

.

Для исследуемых составов расчетные значения выборочной энтропии Шеннона составляют 2,5 бит и 2,8 бит. Энтропия Шеннона ведет себя противоположно энтропии в термодинамическом смысле. Ее возрастание свидетельствует о возрастании беспорядка в системе и нестабильности процесса образования пор. Таким образом, более упорядоченные ячейки в пленке формируются при количестве добавляемого бемита, соответствующего композиции 1. Для более детальных выводов необходимы дополнительные исследования, касающиеся выявления особенностей самоорганизации в рассматриваемых системах.

Предложенные в работе материалы представляют интерес в качестве матриц с порами, заполняемыми функциональными добавками. В зависимости от свойств дополнительного компонента (или сочетания компонентов), вносимого в поры, можно задавать свойства формируемых функциональных материалов.

Список литературы:

1. Антонова, Н. М. Формирование пористых пленок из простых эфиров целлюлозы для создания функциональных материалов / Н. М. Антонова // Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка : материалы 14-й Международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию порошковой металлургии Беларуси, Минск, 09–11 сентября 2020 года. – Минск: Республиканское унитарное предприятие "Издательский дом "Белорусская наука". – 2020. – С. 464-467.
2. Antonova, N. M. Adhesion and mechanical properties of polyanionic cellulose-Al-Zr protective coatings / N. M. Antonova // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering : Problems and Prospects for Development, Barnaul, 27–28 июня 2019 года. – Barnaul. – 2019. – P. 012003. – DOI 10.1088/1757-899X/665/1/012003.
3. Antonova, N. Formation the structure of porous carboxymethylcellulose films for developing materials with antifriction properties / N. Antonova, A. Kameneva // Materials Today: Proceedings : International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2019, Sevastopol, 09–13 сентября 2019 года. – Sevastopol: Elsevier Ltd. – 2019. – P. 1856-1860. – DOI 10.1016/j.matpr.2019.07.027.
4. Oprea, M. Recent advances in composites based on cellulose derivatives for biomedical applications / M. Oprea, Si Voicu // Carbohydrate Polymers. – 2020. – № 247.  – Р. 116683. – DOI: 10.1016/carbpol.2020.116683.
5. Kono, H. Characterization and properties of carboxymethyl cellulose hydrogels crosslinked by polyethylene glycol // Carbohydrate Polymers. – 2014. № 106(1). –  С 84-93. – DOI: 10.1016/j.carbpol.2014.02.020.
6. Антонова, Н. М. Морфология и структура высокодисперсного композита на основе бемита, полученного из водных растворов Na-КМЦ c порошком алюминия / Н. М. Антонова, Ф. М. Болдырев, И. Ю. Забияка // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2018. – № 10. – С. 37-44. – DOI 10.1134/S0207352818100050.
7. Antonova, N. Developing of porous composites on the basis of bi-polymers with aluminum particles and AlOOH nanoparticles for getting antifriction coatings / N. Antonova, I. Lisnichenko, I. Sibirka // MATEC Web of Conferences, Sevastopol, 11–15 сентября 2017 года. – Sevastopol: EDP Sciences, 2017. – P. 02008. – DOI 10.1051/matecconf/201712902008.
8. Антонова, Н. М. Формирование материалов с управляемой пористостью при модификации биополимераNa-КМЦ высокодисперсными частицами AlOOH для получения функциональных покрытий / Н. М. Антонова, Е. В. Андреев, И. А. Лисниченко // Инженерный вестник Дона. – 2017. – № 4(47). – С. 19.
9. Чумак О.В. Энтропии и фракталы в анализе данных. –М. –Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2011. –164 с.