Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Проведено исследование влияния размера пор и длины модификатора поверхности на релаксацию метастабильных состояний несмачивающей жидкости – дистиллированной воды диспергированной нанопористых материалах – гидрофобизированных силикагелях Fluka 100 C8 (60759), Fluka 90 C8 (60757), Fluka 60 C8 (40915) и КБ 40 С1. Проведён анализ полученных экспериментальных данных, который показал, что для выбранных нанопористых материалов отсутствует корреляция между размером пор и долей невытекшей жидкости в случае нанопористых материалов с одинаковой модификацией поверхности. Полученные результаты свидетельствуют о существенном влиянии совокупности свойств исследуемых систем на процесс вытекания несмачивающей жидкости, и, как следствие, необходимости анализа наблюдаемых эффектов в рамках предположения о существовании определенных пространственных конфигураций пор с характерным временем релаксации. Исследовано влияние характеристик несмачивающей жидкости на релаксацию метастабильных состояний несмачивающей жидкости диспергированной в нанопористом материале Fluka 100 C8 (60759) для чистых несмачивающих жидкостей – этиленгликоль и глицерин. Исследование проведено в диапазоне температур от 20 до 70 градусов Цельсия. Было обнаружено, что этиленгликоль и глицерин не вытекают из нанопористого материала во всём диапазоне температур и времён между циклами. Показано, что поверхностное натяжение жидкости является не основным влияющим фактором на релаксацию метастабильных состояний, поскольку уменьшение поверхностного натяжения у воды при увеличении температуры приводит к уменьшению доли невытекшей жидкости, но при близких значениях для поверхностного натяжения глицерина (20 С) этого не наблюдается. Исследовано влияние условий эксперимента на экспериментальные Р-V диаграммы изменения внутреннего объёма системы при изменении давления. Показано, что масса образца не влияет на результаты при соответствующей обработке и нормировке на массу. Показано существенное влияние скорости изменения внутреннего объёма системы на результаты в случае вязких жидкостей (этиленгликоль, глицерин). Также показано, что скорость изменения объёма системы не влияет на сжимаемость системы измерительная ячейка – несмачивающая жидкость (без нанопористого материала). Получены изотермы сорбции азота для исследованных нанопористых материалов Fluka 100 C8 (60759), Fluka 90 C8 (60757), Fluka 60 C8 (40915) и КБ 40 С1 и восстановлены их функции распределения пор по размерам по методике BJH. На основе экспериментальных данных по заполнению - вытеканию для системы Fluka 100 C8 (60759) - вода, этиленгликоль, глицерин при разных температурах была разработана методика восстановления функции распределения пор по размерам нанопористого материала в приближении квазицилиндрических пор. Для всех исследованных систем были восстановлены функции распределения пор по размерам. При сравнении функций распределения пор по размерам было обнаружено, что функции распределения, в пределах погрешности, совпадают для всех экспериментов в случае использования в качестве несмачивающей жидкости дистиллированной воды. Однако при использовании в качестве несмачивающей жидкости этиленгликоля или глицерина наблюдается зависимость от скорости изменения внутреннего объёма и температуры. Сравнение функций распределения пор по размерам, полученных на основе экспериментальных данных по разработанной методике, с функциями распределения пор по размерам, полученным по методике BJH на основе изотерм сорбции азота показало качественное совпадение. Данный эффект можно объяснить невозможностью проникновения жидкости в те участки, куда может проникнуть газ, например, под модифицирующий слой. Создан численный код, позволяющий моделировать трехмерную структуру пор из шарообразных полостей. Центры полостей располагаются на квазипериодической кубической решетке. Параметрами модели являются шаг решетки и её степень периодичности, доля объема полостей к объему всего материала, функция распределения полостей по размерам. Дополнительно проводится расчет количества ближайших соседей для каждой из полостей. Код позволяет визуализировать структуру пор, как в трёхмерном режиме, так и в двумерном, в случае сечения плоскостями. Проведено экспериментальное исследование релаксации «быстрых» и «медленных» состояний кластеров жидкости в порах в условиях частичного заполнения для системы гидрофобизированный нанопористый силикагель Fluka 100 C8 (60759-50G) - деионизованная дистиллированная вода. Обнаружено, что во всех проведенных экспериментах вытекание жидкости проходило в два этапа: на первом этапе быстрой релаксации характерное время вытекания составляет несколько секунд, на втором этапе медленной релаксации характерное время порядка 10^2-10^4 секунд. Установлено, что «быстрые» состояния наблюдаются при любом начальном заполнении, и доля этих состояний увеличивается как при увеличении температуры, так и при увеличении начальной степени заполнения нанопористого материала несмачивающей жидкостью. Разработана методика определения скорости заполнения нанопористого материала несмачивающей жидкостью. Методика позволит анализировать кинетику заполнения нанопористых материалов и определить дополнительные факторы, влияющие на процесс заполнения – вытекания, в том числе и возможные пространственные конфигурации пор.