חמש שיטות ומאפיינים לשינוי פני השטח של ננו-בריום סולפט

ננו-בריום סולפט, כסוג חדש של חומר אנאורגני, נמצא בשימוש נרחב בתחומים רבים בגלל יתרונותיו כגון שטח פנים ספציפי גבוה, פעילות גבוהה ופיזור טוב.
עם זאת, מצד אחד, לננו-בריום סולפט יש תכונות של הידרופיליות ואולאופוביות, ויש הבדל קוטביות גדול בינו לבין מטריצת הפולימר, כך שקל להצטבר בפולימר ובעל יכולת פיזור גרועה, מה שמפחית תכונות מכניות; מצד שני, בשל פעילות פני השטח הגבוהה של ננו-בריום סולפט, סביר מאוד שחלקיקים סמוכים יצטברו או יצטברו, מה שמשפיע על היישום שלו בייצור.
לכן, על מנת לשפר את יכולת הפיזור של בריום סולפט בפולימרים ולשפר את הביצועים המקיפים של ננו-בריום סולפט בחומרים מרוכבים, יש צורך לשנות את פני השטח של ננו-בריום סולפט כדי להרחיב את טווח היישום שלו.

1. שיטת שינוי סוכן צימוד
חומר צימוד הוא סוג של חומר בעל מבנה אמפיפילי, שיכול לחבר בין הקבוצה האנאורגנית-פילית לבין הקבוצה האורגנית-פילית, כלומר, חומר הצימוד ממלא תפקיד של גשר מולקולרי, ובכך משפר את הממשק בין חומרים אנאורגניים לאורגניים . סוכני צימוד טיפוסיים כוללים סילאנים, אלומינטים, טיטנטים וכו'.
סילאנים הם כיום חומרי הצימוד הנפוצים ביותר עם מינון גדול. הם יעילים מאוד עבור ננו-חלקיקים אנאורגניים עם קבוצות הידרוקסיל על פני השטח, אך לסוכני צימוד סילאן כלליים אין קשר חזק עם פני השטח של בריום סולפט. היעיל יותר הוא חומר הצימוד הרב-רכיבי, שיכול לסנן את פני השטח של ננו-בריום סולפט, אך הוא יקר ומסובך לשימוש.
לסוכני צימוד טיטנאט יש השפעה טובה על רוב החלקיקים האנאורגניים מכיוון שטיטנטים יכולים ליצור קשרים כימיים עם פרוטונים חופשיים על פני השטח של ננו-בריום סולפט, ובכך ליצור סרט אורגני על פני השטח שלו, מה שגורם לשינויים בתכונות פני השטח. עם זאת, בשל מחירו הגבוה ונוכחותם של מרכיבים המזיקים לבריאות האדם, היישום שלו הולך ופוחת.
סוכן צימוד אלומינט הוא סוג חדש של סוכן צימוד. קבוצות האלקוקסי המוליזה בקלות במולקולות שלה מגיבות כימית עם הפרוטונים החופשיים על פני השטח של בריום סולפט כדי לייצר סרט מונומולקולרי וליצור קשר Al-O בלתי הפיך, ובכך לשפר את ביצועי המוצר. הביצועים שלו טובים יותר גם מסוכני צימוד אחרים.

2. שיטת שינוי פעילי שטח
לחומר הפעיל יש קבוצת אלקיל ארוכת שרשרת בקצה אחד של המולקולה, הניתנת לפיזור שווה במטריצת הפולימר; הקצה השני הוא קבוצה הידרופלית קוטבית, שיכולה לעבור ספיחה פיזית או תגובה כימית עם פני השטח של בריום סולפט ולעטוף את פני השטח של בריום סולפט כדי להשיג את מטרת השינוי. פעילי שטח נפוצים כוללים חומצות שומן גבוהות יותר והמלחים שלהן, אלכוהולים, אמינים, פוספטים וכו'.
לחומרי שטח יש עלות נמוכה, סוגים רבים ותפוקה גדולה. ניתן להשתמש בסוגים שונים של פעילי שטח כדי לסנתז מוצרים בעלי תכונות שונות. טכנולוגיית השינויים בוגרת יחסית, ולכן משתמשים בה יותר ויותר. חומצות שומן (מלחים) נמצאות בשימוש נפוץ יותר ותכשירי משטח זולים מאוד עבור בריום סולפט. לננו בריום סולפט שונה יש פיזור וזיקה טובים יותר בפולימרים. הננו בריום סולפט המותאם אינו קל לזרז במים בשל מתח פני השטח שלו, כך שניתן להשתמש בדרגת ההפעלה כדי לשקף את ההשפעה של שינוי פני השטח.

3. שיטת שינוי מורכב
המשנה המרוכב הוא נוסחה מרוכבת המורכבת משני חומרים בודדים או יותר, כגון נתרן פלמיטאט/נתרן סטארט, נתרן סטארט/אבץ סולפט, נתרן סטארט/נתרן דודציל סולפונט/אליל אלכוהול פוליאוקסיאתילן אתר ועוד חומרים מרוכבים. בעת שינוי ננו בריום סולפט, המשנה המרוכב יכול לתת משחק מלא ליתרונות של כל משנה, מה שהופך את אפקט השינוי לטוב יותר מאפקט השינוי הבודד, עונה על הצרכים של התמחות ופונקציונליזציה.
ג'אנג בייבי וחב'. השתמשו בסטארט נתרן כדי לשנות את פני השטח של בריום סולפט דק במיוחד. המחקר מצא שהטמפרטורה ושבר המסה הופחתו, צריכת האנרגיה נחסכה ודרגת ההפעלה הגיעה ל-99.90%. לאחר שינוי עם חומר מרוכב נתרן פלמיטאט/נתרן סטארט, עמידות החום של המוצר השתפרה בהשוואה להשפעה של שינוי יחיד, התפלגות גודל החלקיקים הפכה לצרה יותר, וגודל החלקיקים הממוצע הצטמצם מ-0.89μm (ללא שינוי) ל-0.78μm. הסיבה לכך היא שהקבוצות הקוטביות של המשנה מגיבות עם חלקיקי הבריום סולפט, והקבוצות הלא קוטביות מצופות מבחוץ. לאחר השינוי המרוכב, שרשראות הפחמן הארוכות שזורות זו בזו ליצירת מבנה רשת, מה שמגביר את ההידרופוביות שלו. השימוש בשיטת שינוי זו יהיה אחת ממגמות הפיתוח העתידיות.

4. שיטת שינוי תגובת משקעים
שיטת שינוי תגובת המשקעים היא שיטה שבה מוסיפים את המשנה לתגובה באמצעות תגובת משקעים כימית ליצירת סרט ציפוי על פני השטח של בריום סולפט.
לשיטת שינוי זו עלויות ייצור נמוכות, קלה לתפעול ותנאי המשקעים קלים לשליטה. זוהי אחת השיטות הנפוצות לשינוי פני השטח של חלקיקים. חומרי משנה ומשקעים שונים מייצרים גדלים ומורפולוגיות של חלקיקים שונים.

5. שיטת שינוי ציפוי אנאורגני
שינוי ציפוי אנאורגני הוא יצירת סרט ציפוי על פני החלקיקים באמצעות פעולה פיזית או כוח ואן דר ואלס ללא תגובות אחרות עם פני השטח שלו. תחמוצות מתכת כגון טיטניום דו-חמצני (TiO2), דו-תחמוצת סיליקון (SiO2) ותחמוצת אבץ נבחרות בדרך כלל כמשנים.

בשנים האחרונות יש מספר הולך וגדל של מחקרים על ציפוי ושינוי של ננו-חלקיקים, מכיוון שציפוי בריום סולפט יכול למנוע ננו-חלקיקים מחמצון, צמיחת גבישים, קורוזיה ואגירה, לשפר את תכונות פני השטח של ננו-בריום סולפט, להגביר את פעילות פני השטח שלו. נקודות, ולהרחיב את טווח היישומים שלו. שיטה זו משפרת את יכולת הפיזור של חלקיקים אנאורגניים במדיות שונות, אך קשה לשלוט באחידות וחוזק הציפוי, וזו בעיה שיש לפתור בפעולה בפועל.