Лако-красочные материалы — производство

Специфика оптических свойств объектов коллоидной химии оп­ределяется их основными признаками: гетерогенностью и дис­персностью. Гетерогенность, или наличие межфазной поверх­ности, обусловливает изменение направления световых, элект­ронных, ионных и других лучей на границе раздела фаз (отра­жение, преломление) и неодинаковое поглощение (пропускание) этих лучей сопряженными фазами. Дисперсные системы облада­ют фазовой и соответственно оптической неоднородностью. Лучи, направленные на микрогетерогенные и грубодисперсные систе­мы, падают на поверхность частиц, отражаются и преломляются под разными углами, что обусловливает выход лучей из системы в разных направлениях. Прямому прохождению лучей через дис­персную систему препятствует также их многократные отраже­ния и преломления при переходах от частицы к частице. Оче­видно, что даже при отсутствии поглощения интенсивность лу­чей, выходящих из дисперсной системы, будет меньше перво­начальной. Степень снижения интенсивности выходящих из системы лучей в направлении их падения тем выше, чем боль­ше неоднородность и объем системы, выш^ дисперсность и кон­центрация дисперсной фазы. Увеличение дисперсности приводит к дифракционному рассеянию лучей (опалесценции).

Большинство указанных явлений подробно рассматриваются в курсе физики. В курсе коллоидной химии более детально изла­гаются некоторые специфические явления, такие, как рассеяние лучей, двойное лучепреломление и др. В то же время все пере­численные оптические свойства объектов коллоидной химии ши­роко используются для их исследования оптическими методами.

Оптические методы принадлежат к самым распространен­ным методам исследования состава и структуры веществ и ма­териалов. В коллоидной химии изучают состав и структуру не только (или не столько) отдельных фаз, но и в первую очередь межфазных поверхностных слоев и структуру дисперсных си­стем: определяют дисперсность системы (площадь поверхности), форму и строение элементов структуры (отдельных частиц), по­ристость, профиль поверхности, толщину слоев, их состав и при­
роду сил взаимодействующих компонентов при адсорбции и ад­гезии, структуру слоев и ее дефекты, механические, электриче­ские и другие свойства. Большинство названных параметров и свойств дисперсных систем и поверхностных слоев могут быть определены с помощью оптических методов.

Для исследования состава поверхностных слоев, определения функциональных групп на поверхности, межатомных и межмо­лекулярных связей широко используются традиционные оптиче­ские методы: спектроскопия (инфракрасная, ультрафиолетовая, комбинационного рассеяния), рентгенография, электронография и др. Применение этих методов для исследований дисперсных систем отличается специфическими способами приготовления ис­пытуемых образцов, поскольку информация должна поступать от очень тонких слоев, толщиной порядка нескольких моноатом­ных или мономолекулярных слоев. Указанные методы исследо­вания достаточно подробно излагаются в курсах физики и фи­зической химии.

Следует отметить, что в последние годы особое развитие по­лучили работы в области исследования твердой поверхности. Это связано как с огромным значением явлений, протекающих в поверхностных слоях, для катализа, коррозии, адгезии, трения и других практически важных процессов, так и с развитием электроники (микроэлектронные устройства, микроминиатюри­зация).

Потребности производства вызвали разработку и внедрение новых методов исследования: качественного и количественного анализа поверхностных слоев. Развитие получили методы, осно­ванные на зондирующем воздействии на образец потоков фото­нов, электронов, ионов, нейтральных частиц, электрического и магнитного полей и др. Все эти излучения (кроме магнитного поля) вызывают эмиссию вторичных частиц: электронов, ионов, фотонов или нейтральных атомов, передающих информацию о поверхности соответствующему детектору. Очевидно, что анали­зы проводятся в вакууме, поэтому указанные методы применимы только для анализа твердых поверхностей. Большинство из этих методов имеет разрешение по глубине не более 10 нм.

Методы анализа поверхности классифицируют в соответствии с природой зондирующего воздействия и эмиттируемых частиц. Анализ последних позволяет получать информацию о природе молекул и атомов, находящихся на поверхности, их пространст­венном и энергетическом распределении и количестве, что ис­пользуется для установления состава, прочности связей и вза­имного расположения атомов на поверхности. Существенным недостатком этих методов является их разрушающее действие на образец, который раскаляется в ходе исследования.

Наибольшее распространение получили вторично-ионная масс-спектрометрия (поток ионов вызывает эмиссию ионов),

19 Фролов Ю. Г.

Электронная оже-спектроскопня (поток электронов вызывает эмиссию электронов), полевая ионная микроскопия (ионизация и испарение атомов поверхности под действием электрического поля) и др. Теория и применение этих методов, интерпретация получаемой информации обсуждаются в специальной литера­туре.

Значительно меньше оптических методов, предназначенных для исследования поверхностных слоев на границе с жидкостью, что в первую очередь связано с невозможностью сохранения жидкого состояния в условиях высокого вакуума. Одним из ин- ‘формативных методов исследования адсорбционных слоев и пленок является, например, метод многократного нарушенного полного внутреннего отражения. Спектры внутреннего отраже­ния позволяют определить величину адсорбции, толщину слоя, его анизотропию и установить закономерности их изменения.

В курсе коллоидной химии принято рассматривать только те ‘оптические методы, которые используются в дисперсионном ана­лизе (анализе дисперсности) для определения размера и формы частиц, удельной поверхности, концентрации дисперсной фазы. К этим методам относятся световая и электронная микроскопия, методы, основанные на рассеянии лучей, двойном лучепрелом­лении и др.