Семинар Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН №2124

Место: ИОФ РАН, корп. 1, этаж 3, конференц-зал. 

Повестка дня 

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия 

Перспективные магистральные системы связи (core networks) и новые протоколы с учетом квантовых аспектов. Обзор по теме РНФ 17-12-01564 

¹Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия

²Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Москва, Россия

В работе впервые изучены особенности набухания полимерной мембраны Нафиона в воде с содержанием дейтерия в диапазоне 1 - 10⁶ ppm. Известно, что Нафион исходно обладает гидрофобными свойствами, но по мере набухания в воде приобретает гидрофильные свойства. Интерес к этим исследованиям был обусловлен формированием в объеме воды вблизи поверхности Нафиона так называемой «исключенной зоны» - области с размером несколько сотен микрон, внутри которой, в соответствии с моделью, развитой в работе [1], вода обладает рядом необычных свойств. В работе [1] также было показано, что размер исключенной зоны в обычной природной воде (содержание дейтерия 157 ± 1 ppm) больше, чем в тяжелой воде, но регулярные измерения размера исключенной зоны в зависимости от содержания дейтерия до сих пор сделаны не были. Эффект формирования исключенной зоны был исследован двумя независимыми методиками, основанными на фотолюминесцентной спектроскопии [2] и Фурье ИК-спектрометрии [3]. Было показано, что исключенная зона возникает в результате эффективного «разматывания» полимерных волокон с поверхности мембраны в прилегающий объем воды, причем размер области, содержащей волокна Нафиона, зависит от содержания дейтерия в воде. Именно, этот эффект полностью отсутствует в обедненной по дейтерию воде (содержание дейтерия 1 ppm), а максимальный размер исключенной зоны реализуется для концентраций дейтерия в диапазоне 10² – 10³ ppm. В экспериментах по Фурье ИК-спектрометрии было исследовано набухание мембраны в кювете с толщиной, много меньшей размера исключенной зоны. Оказалось, что при набухании Нафиона в обычной природной воде в кювете формируется область, из которой вода выталкивается за счет мгновенного разматывания гидрофобных волокон, в то время как для воды, обедненной по дейтерию, этот эффект отсутствует. По мере набухания мембраны эти волокна приобретают гидрофильные свойства, и полость со временем схлопывается. Оказалось, что существует критический размер кюветы, для которой схлопывание происходит наиболее медленно, и в этом случае удается обнаружить различия в динамике схлопывания для воды и водных растворов солей при различных концентрациях, в также для воды, подвергнутой эффективному встряхиванию. Таким образом, установлено, что фазовый переход «гидрофобность – гидрофильность» имеет многостадийную природу; на ранних стадиях проявляется эффект разматывания в объем воды исходно гидрофобных полимерных волокон.

Список литературы

1. G. H. Pollack, The Fourth Phase of Water (Ebner and Sons Publishers, Seattle, WA, USA, 2013)

2. N. F. Bunkin, A. V. Shkirin, V. A. Kozlov, B. W. Ninham, E. V. Uspenskaya, and S. V. Gudkov, Near-surface structure of Nafion in deuterated water, J. Chem. Phys. 149, 164901 (2018)

3. N. F. Bunkin, V. A. Kozlov, A. V. Shkirin, B. W. Ninham, A. A Balashov, and S. V. Gudkov, J. Chem. Phys. 148, 124901 (2018)

__________________________________________ 

Контактный тел. +7 (499) 503-87-77 доб.473

Заказ пропуска: понедельник - четверг до 17:00., пятница до 12:00