ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-10-74-81

УДК: 549.514.51; 52-335.7; 534.522

Стабилизация наночастиц кварца графеноподобным углеродом для модификации оптических сред

Шарпарь Н.Д., Рожкова Н.Н.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Шарпарь Н.Д., Рожкова Н.Н. Стабилизация наночастиц кварца графеноподобным углеродом для модификации оптических сред // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 10. С. 74–81. http://doi.org/10.17586/1023­5086­2025­92­10­74­81

Sharpar N.D., Rozhkova N.N. Stabilization of quartz nanoparticles with graphene carbon for structuring optical media [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 10. P. 74–81. http://doi.org/10.17586/1023­5086­2025­92­10­74­81

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Наночастицы кварца шунгитовых парод месторождения Максово после термообработки. Цель работы. Выяснить роль графеноподобного углерода в структурных и физико­химических свойствах наночастиц кварца, важных для оптических материалов. Метод. Наночастицы кварца были термообработаны на воздухе при 400, 600 и 900 °C для удаления графеноподобного углерода. Обработанные частицы анализировались методами рентгеноструктурного анализа, комбинационного рассеяния света и сканирующей электронной микроскопии. Основные результаты. Проведённый анализ исходных наночастиц кварца шунгитовых пород с термообработанными образцами методом комбинационного рассеяния света показал, что обработка наночастиц при более низких температурах (400–600 °C) приводит к уменьшению содержания углерода, а при температуре 900 °C углерод может быть удалён с поверхности нанокристаллов кварца. По данным рентгеноструктурного анализа термообработанные наночастицы кварца сохраняют структурные параметры исходного a­кварца, но имеют меньший размер кристаллитов. Однако термообработанные частицы теряют устойчивость в воде и осаждаются при повторном переводе в водную дисперсию в виде прочных агрегатов. Практическая значимость. Удаление углерода с поверхности наночастиц кварца шунгитовых пород с сохранением исходной структуры — основной этап получения высокочистого кварца, который может быть использован в биомедицине и оптике.

Ключевые слова:

наночастицы кварца шунгитовых пород, рентгеноструктурный анализ, спектроскопия комбинационного рассеяния, сканирующая электронная микроскопия

Благодарность:
работа выполнена в рамках реализации Программы поддержки НИОКР студентов, аспирантов и лиц, имеющих учёную степень, финансируемой Правительством Республики Карелия и в рамках Госзадания Карельского научного центра РАН — FWME­0222­2019­0065

Коды OCIS: 040.7480, 160.4236, 160.6030, 170.5660, 170.5810, 310.3840, 350.4990

Список источников:

1. Кузьмин Л.В. Высокочистые кварцевые концентраты. Применение в высокотехнологичной промышленности, современные требования к параметрам качества // Известия УГГУ. 2023. Вып. 3 (71). С. 94–99. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2023-3-94-99
Kuzmin L.V. High-purity quartz concentrates. Application in high-tech industry, modern requirements for quality parameters [in Russian] // Izvestiya UGGU. 2023. V. 3 (71). P. 94–99. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2023-3-94-99

  1. Santos M.F.M.D., Fujiwara E., Schenkel E.A. et al. Quartz resources in the Serra De Santa Helena formation, Brazil: A geochemical and technological study // J. S. Am. Earth Sci. 2014. V. 56. P. 328–338. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2014.09.017
  2. Рожкова Н.Н., Ригаева Ю.Л., Рожков С.С. и др. Наноразмерный кварц и способ его получения // Патент РФ № 2778691. 2022. Rozhkova N.N., Rigaeva Y.L., Rozhkov S.S. et al. Nanosized quartz and method for its production // Patent RF № 2778691. 2022.
  3. Abdulagatov I.M., Emirov S.N., Tsomaeva T.A. et al. Thermal сonductivity of fused quartz and quartz ceramic at high temperatures and high pressures // J. Phys. Chem. Solids. 2000. V. 61. P. 779–787. https://doi.org/10.1016/S0022-3697(99)00268-1
  4. Wang Y.X., Hou Q.L., Tian L. et al. Effect of in situ synthesis of Si2N2O on microstructure and the mechanical properties of fused quartz ceramics // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 8725–8729. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.12.111
  5. Zhang M., Yang Y., Guo W. Electrochemical sensor for sensitive nitrite and sulfite detection in milk based on acid-treated Fe3O4@SiO2 nanoparticles // Food Chemistry. 2024. V. 430. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.137004
  6. Pan X., Li S., Li Y. et al. Resource, characteristic, purification and application of quartz: a review // Minerals Engineering. 2022. V. 183. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107600
  7. Cannon P., McGlynn E., O'Neill D. et al. Deposition of high-quality, nanoscale SiO2 films and 3D structures // Applied Materials Today. 2024. V. 38. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2024.102175
  8. Götze J., Möckel R. Quartz: Deposits, mineralogy and analytics. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2012. 360 p.
  9. Li J., Wang Y., He X. et al. Facile and universal method to purify silica from natural sand // Green Process. Synth. 2022. V. 11. P. 907–914. https://doi.org/10.1515/gps-2022-0079
  10. Prasetyo A.B., Handayani M., Sulistiyono E. et al. Fabrication of high purity silica precipitates from quartz sand toward photovoltaic application // J. Ceram. Process. Res. 2023. V. 24. P. 103–110. https://doi.org/10.36410/jcpr.2023.24.1.103
  11. Rahimzadeh C.Y., Barzinjy A.A., Mohammed A.S. et al. Green synthesis of SiO2 nanoparticles from Rhus Coriaria L. extract: Comparison with chemically synthesized SiO2 nanoparticles // PLOS ONE. 2022. V. 17. № 8. e0268184. https://doi.org/10.1371/journal.pone.026818
  12. Saeed A., Abdulwahed J.A.M. Development and characterization of PVA-based nanocomposites with graphene and natural quartz nanoparticles for energy storage applications // Journal of Energy Storage. 2024. V. 98. Part B. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.113138.
  13. Каманина Н.В., Лихоманова С.В., Рожкова Н.Н. Поляризационные плёнки для видимого диапазона спектра с наноструктурированной поверхностью на основе наночастиц кварца // Патент РФ № 2697413C1. 2019.
    Kamanina N.V., Likhomanova S.V., Rozhkova N.N. Polarization films for visible spectrum with nanostructured surface based on quartz nanoparticles // Patent RF №. 2697413C1. 2019.
  1. Кривандин А.В., Соловьева А.Б., Шаталова О.В. и др. Характеристика минеральной фазы шунгитовых пород методом МУРР // Труды международного симпозиума «Углеродсодержащие формации в геологической истории» (2–7 июня 1998 г., Петрозаводск). 2000. С. 115–116.
    Krivandin, A.V., Solovyova, A.B., Shatalova, O.V. et al. Characterization of the mineral phase of shungite rocks by the MURR method // Proceedings of the international symposium “Carbonaceous formations in geological History”. 2000. P. 115–116.
  1. Садовничий Р.В., Михайлина А.А., Рожкова Н.Н. и др. Морфологические и структурные особенности кварца шунгитовых пород Максовской залежи // Труды КарНЦ РАН. Геология докембрия. 2016. Т. 73. № 2. С. 73–88. https://doi.org/10.17076/geo126
    Sadovnichy R.V., Mikhailina A.A., Rozhkova N.N. et al. Morphological and structural features of quartz from the shungite rocks of the Maksovskaya deposit // Proceedings of the KarRC RAS. Precambrian geology. 2016. V. 73. № 2. P. 73–88. https://doi.org/10.17076/geo126

 

  1. Шарпарь Н.Д., Ковальчук А.А., Горюнов А.С. и др. Исследование наноразмерного кварца шунгитовых пород // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 9. С. 102–113. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-09-102-113
    Sharpar N.D., Kovalchuk A.A., Goryunov A.S. et al. Study of nanosized quartz of shungite rocks [in Russian] // Journal of Optical Technology. 2023. V. 90. №. 9. P. 553–559. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000553
  2. Rigaeva Y.L., Rozhkova N.N., Ekimova T.A. Studies of water treatment influence on the structure of vein quartz from shungite rocks // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (21st-25th September 2020, Tomsk). 2021. P. 1093.
  3.  Каманина Н.В., Федорова Л.О., Лихоманова С.В. Тонкопленочные поляризаторы видимого спектрального диапазона с введенными наночастицами кварца: о возможном нарушении тенденции увеличения микротвердости при наноструктурировании полимерной матрицы // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2024. Т. 24. № 2. С. 75–82. https://doi.org/10.18083/LCAppl.2024.2.75
    Kamanina N.V., Fedorova L.O., Likhomanova S.V. Thin-film polarizers of the visible spectral range with introduced quartz nanoparticles: on a possible violation of the trend of increasing microhardness during nanostructuring of a polymer matrix // Liquid crystal and their practical use. 2024. V. 24. № 2. P. 75–82. https://doi.org/10.18083/LCAppl.2024.2.75
  4. Рожкова Н.Н. Наноуглерод шунгитов / Н.Н. Рожкова. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. 100 с.
    Rozhkova N.N. Nanocarbon of shungite / N.N. Rozhkova. Petrozavodsk: Karelian Research Center of RAS, 2011. 100 p.
  5. Zaidenberg A.Z., Rozhkova N.N., Kovalevski V.V. et al. Shungite carbon and fullerenes // Fullerene Science and Technology. 1998. V. 6. № 3. P. 511−517.
  6. Golubev Y.A., Rozhkova N.N., Kabachkov E.N. et al. sp² amorphous carbons in view of multianalytical consideration: Normal, expected and new // Journal of Non-Crystalline Solids. 2019. V. 524. P. 119608. https://doi.org/10.48550/arXiv.1902.03265
  7. Klug H.P., Alexander H.P. X-ray diffraction procedures, for poly crystalline and amorphous materials. N.Y.: John Wiley & Sons, 1954. 746 p.