techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2024-14-4-103-114techusgu-299Research ArticleФИЗИКАPHYSICSМодифицированные наночастицами нитрида бора полиамидные тканиModified with Boron nitride nanoparticles on polyamide fabricshttps://orcid.org/0009-0005-7272-2939ЛоктионоваИ. В.LoktionovaI. V.

Локтионова Инна Владимировна - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий, доцент кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Inna V. Loktionova - Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Senior Researcher of the Regional Center for Nanotechnology, Associate Professor of the Department of Nano-technology, Microelectronics, General and Applied Physics, Southwest State University.

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

ms.chuhaeva@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0009-1055-4019АбакумовП. В.AbakumovP. V.

Абакумов Павел Владимирович - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики, информатики и математики.

ул. К. Маркса, д. 3, Курск 305041

Pavel V. Abakumov - Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor of the Physics, Informatics and Mathematics Department, Kursk State Medical University.

3 K. Marx Str., Kursk 305041

abakumovpavel18@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7089-0692КузьменкоА. П.KuzmenkoA. P.

Кузьменко Александр Павлович - доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Alexander P. Kuzmenko - Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor, Chief Researcher of the Regional Center for Nano-technology, Southwest State University.

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

apk3527@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0004-8571-8544КолпаковА. И.KolpakovA. I.

Колпаков Артем Игоревич – аспирант.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Artem Ig. Kolpakov - Post-Graduate Student, Southwest State University.

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

artem.kolpakov.96@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8824-1540НовиковЕ. А.NovikovE. A.

Новиков Евгений Александрович - кандидат физико-математических наук, преподаватель кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Evgeniy A. Novikov - Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Teacher of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics, Southwest State University.

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

novikov.2403@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0592-3851МамонтовВ. А.MamontovV. A.

Мамонтов Владимир Александрович - преподаватель кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Vladimir A. Mamontov - Lecturer of the Depart-ment of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics, Southwest State University.

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

vladimir-mamontov2013@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0007-8883-5983ПетроваЛ. П.PetrovaL. P.

Петрова Людмила Павловна - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Ludmila P. Petrova - Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor of the Department of Nanotechnology, Micro-electronics, General and Applied Physics, Southwest State University.

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

luci78@mail.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian FederationКурский государственный медицинский университетРоссияKursk State Medical UniversityRussian Federation202413122024144103114Copyright © Локтионова И.В., Абакумов П.В., Кузьменко А.П., Колпаков А.И., Новиков Е.А., Мамонтов В.А., Петрова Л.П., 20242024Локтионова И.В., Абакумов П.В., Кузьменко А.П., Колпаков А.И., Новиков Е.А., Мамонтов В.А., Петрова Л.П.Loktionova I.V., Abakumov P.V., Kuzmenko A.P., Kolpakov A.I., Novikov E.A., Mamontov V.A., Petrova L.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/299Цель исследования

Цель исследования. Исследование характеристик полиамидной ткани, модифицированной наночастицами нитрида бора, и оценка её фильтрационных свойств.

Методы

Методы. Спектры комбинационного рассеяния света измерялись на сканирующем рамановском микроспектрометре OmegaScope AIST-NT в ZXXZ̅ геометрии (λ = 532 нм, W = 25 мВт, спектральное разрешение 3 см-1). Кристаллическая структура изучалась на рентгеновском дифрактометре GBC EMMA (Cu Ka, схема Брегга - Брентано, шаг 0,02°). Изучение фильтрационных свойств полиамидной ткани проводилось на спектрофотометре СФ 2000 в спектральном диапазоне 450-750 нм. Моделирование взаимодействия модифицированной полиамидной ткани с молекулами неорганического раствора было произведено в программном пакете Materials Studio 2020 с модулем Forcite.

Результаты

Результаты. На спектрах комбинационного рассеяния и рентгеновских дифрактограммах ткани, модифицированной наночастицами нитрида бора, были выявлены пики в области 1360 см-1 и 2θ = 27,32. Размер областей когерентного рассеяния составил 0,65 нм, что соответствует удвоенному межплоскостному расстоянию нитрида бора. Изменение оптической плотности фильтрата через ткань составило ΔD = 0,04, что соответствует увеличению прозрачности на 9,6%. Квантово-механическое моделирование показало, что между молекулами гидроксида железа и тканью действуют ван-дер-ваальсовы силы, а между гидроксидом железа и наночастицами нитрида бора - химические связи.

Заключение

Заключение. Модификация полиамидной ткани методом Ленгмюра - Блоджетт приводит к более интенсивному спектральному профилю для упорядоченных покрытий, а метод погружения с ультразвуковым диспергированием подходит для объемных покрытий, позволяя наночастицам проникать внутрь структуры ткани. Эти результаты подтверждаются рентгеновской дифрактометрией. Также показана эффективность нитрида бора в улучшении сорбционных характеристик полиамидной ткани.

Purpose

Purpose. Investigation of the characteristics of polyamide fabric modified with Boron nitride nanoparticles and evaluation of its filtration properties.

Methods

Methods. The Raman scattering spectra were measured using a scanning Raman microspectrometer OmegaScope AIST-NT in ZXXZ̅ geometry (λ = 532 nm, W = 25mW) with a spectral resolution of 3 cm-1. The crystalline structure was studied using X-ray diffraction on a GBC EMMA diffractometer (Bragg-Brentano scheme, A = 0.154 nm, step size 0.02°). The filtration properties of the polyamide fabric were investigated using an SF-2000 spectrophotometer in the spectral range of 450-750 nm. The modeling of the interaction between the modified polyamide fabric and inorganic solution molecules was carried out using the Materials Studio 2020 software package with the Forcite module.

Results

Results. In the spectra of Raman scattering and X-ray diffraction patterns of fabric modified with Boron nitride nano-particles, peaks were identified at 1360-1 cm and 2θ = 27.32. The size of the coherent scattering regions was 0.65 nm, which corresponds to the doubled interlayer spacing of Boron nitride. The change in optical density of the filtrate through the fabric was ΔD = 0.04, corresponding to a 9.6% increase in transparency. Quantum-mechanical modeling showed that van der Waals forces act between the iron hydroxide molecules and the fabric, while chemical bonds exist between the Iron hydroxide and the Boron nitride nanoparticles.

Conclusion

Conclusion. Modification of polyamide fabric using the Langmuir-Blodgett method results in a more intense spectral profile for ordered coatings, while the immersion method with ultrasonic dispersion is suitable for bulk coatings, allowing nanoparticles to penetrate the fabric structure. These results are confirmed by X-ray diffractometry. The effectiveness of Boron nitride in improving the adsorption characteristics of polyamide fabric is also demonstrated.

наночастицынитрид бораполиамидная тканьфильтрыnanoparticlesBoron nitridepolyamide fabricfiltersРабота выполнена в рамках реализации программы развития ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет» проекта «Приоритет 2030».The publication was prepared as part of the implementation of the strategic academic leadership program "Priority 2030" Southwest State University.ReferencesAres P., Novoselov K.S. Recent advances in graphene and other 2DMaterials // Nano Materials Science. 2022. Vol. 4, is. 1. P. 3-9. https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.05.002Ares P., Novoselov K. S. Recent advances in graphene and other 2D Materials. Nano Materials Science. 2022;4(1):3-9. https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.05.002Xie K., Fang J., Li L., Deng J., Chen F. Progress of graphite Carbon nitride with different dimensions in the photocatalytic degradation of dyes: A review // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 901. P. 163589. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163589Xie K., Fang J., Li L., Deng J., Chen F. Progress of graphite carbon nitride with different dimensions in the photocatalytic degradation of dyes: A review. Journal of Alloys and Compounds. 2022; 901:163589. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163589Noh Y., Aluru N.R. Ion transport in two-dimensional flexible nanoporous membranes // Nanoscale. 2023. Vol. 15, is. 26. P. 11090-11098. https://doi.org/10.1039/D3NR00875DNoh Y., Aluru N. R. Ion transport in two-dimensional flexible nanoporous membranes. Nanoscale. 2023;15 (26):11090-11098. https://doi.org/10.1039/D3NR00875DHigh-performance and ultra-robust triboelectric nanogenerator based on hBN nanosheets/PVDF composite membranes for wind energy harvesting / K. Zhao, Z. Gao, J. Zhou [et al.] // Chemical Engineering Journal. 2024. Vol. 500. P. 156709. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156709Zhao K., Gao Z., Zhou J., Ye Y., Zhang J., Zhang C., et al. High-performance and ultra-robust triboelectric nanogenerator based on hBN nanosheets/PVDF composite membranes for wind energy harvesting. Chemical Engineering Journal. 2024;500:156709. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156709Large-area graphene-nanomesh/carbon-nanotube hybrid membranes for ionic and molecular nanofiltration / Y.B. Yang, X.D. Yang, L. Liang, Y.Y. Gao, H.Y. Cheng, X.M. Li, [et al.] // Science. 2019. Vol. 364. P. 1057-1062. https://doi.org/10.1126/science.aau5321Yang Y. B., Yang X. D., Liang L., Gao Y. Y., Cheng H. Y., Li X. M., et al. Large-area graphene-nanomesh/carbon-nanotube hybrid membranes for ionic and molecular nanofiltration. Science. 2019; 364:1057-1062. https://doi.org/10.1126/science.aau5321Experimental realization of few layer two-dimensional MoS2 membranes of near atomic thickness for high efficiency water desalination / H. Li, T.J. Ko, M. Lee, H.S. Chung, S.S. Han, K.H. Oh [et al.] // Nano Letters. 2019. Vol. 19. P. 5194-5204. https://doi.org/10.1021/acs.nano-lett.9b01577Li H., Ko T.J., Lee M., Chung H.S., Han S.S., Oh K.H., et al. Experimental realization of few layer two-dimensional MoS2 membranes of near atomic thickness for high efficiency water desalination. Nano Letters. 2019;19:5194-5204. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01577Highly stable graphene-oxide-based membranes with superior permeability / K.H. Thebo, X.T. Qian, Q. Zhang, L. Chen, H.M. Cheng, W.C. Ren // Nature Communications. 2018. No. 9. P. 1486. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03919-0Thebo K.H., Qian X.T., Zhang Q., Chen L., Cheng H.M., Ren W.C. Highly stable graphene- oxide-based membranes with superior permeability. Nature Communications. 2018;(9):1486. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03919-0Evolution of nanopores in hexagonal Boron nitride / C. Dai, D. Popple, C. Su, J.H. Park, K. Watanabe, T. Taniguchi, [et al.] // Communications chemistry. 2023. Vol. 6, is. 1. P. 108. https://doi.org/10.1038/s42004-023-00899-1Dai C., Popple D., Su C., Park J.H., Watanabe K., Taniguchi T., et al. Evolution of nanopores in hexagonal boron nitride. Communications chemistry. 2023;6(1):108. https://doi.org/10.1038/s42004-023-00899-1Naclerio A.E., Kidambi P.R. A review of scalable hexagonal Boron nitride (hBN) synthesis for present and future applications // Advanced Materials. 2023. Vol. 35, is. 6. P. 2207374. https://doi.org/10.1002/adma.202207374Naclerio A.E., Kidambi P.R. A review of scalable hexagonal boron nitride (h BN) synthesis for present and future applications. Advanced Materials. 2023;35(6):2207374. https://doi.org/10.1002/adma.202207374Single layer hexagonal boron nitride nanopores as high performance ionic gradient power generators / T.R. Liu, M.Y. Fung, L.H. Yeh, C.H. Chiang, J.S. Yang, P.C. Kuo [et al.] // Small. 2024. Vol. 20, is. 16. P. 2306018. https://doi.org/10.1002/smll.202306018.Liu T.R., Fung M.Y.T., Yeh L.H., Chiang C.H., Yang J.S., Kuo P. C., et al. Single layer hexagonal Boron nitride nanopores as high performance ionic gradient power generators. Small. 2024;20(16):2306018. https://doi.org/10.1002/smll.202306018Extending plasmonic enhancement limit with blocked electron tunneling by monolayer hexagonal Boron nitride / S. Chen, P. Li, C. Zhang, W. Wu, G. Zhou, C. Zhang [et al.] // Nano Letters. 2023. Vol. 23, is. 12. P. 5445-5452. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00404Chen S., Li P., Zhang C., Wu W., Zhou G., Zhang C., et al. Extending plasmonic enhancement limit with blocked electron tunneling by monolayer hexagonal Boron nitride. Nano Letters. 2023; 23(12): 5445-5452. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00404Rist M., Greiner A. Bio-based electrospun polyamide membrane-sustainable multipurpose filter membranes for microplastic filtration // RSC Applied Polymers. 2024. Vol. 2. P. 642-655. https://doi.org/0.1039/D3LP00201BRist M., GreinerA. Bio-based electrospun polyamide membrane-sustainable multipurpose filter membranes for microplastic filtration. RSC Applied Polymers. 2024;2:642-655. https://doi.org/10.1039/D3LP00201BControllable-assembled functional monolayers by the Langmuir-Blodgett technique for optoelectronic applications / L. Heng, Y. Zheng, C. Zhong, L. Lin, K. Yang, Y. Liu [et al.] // Journal of Materials Chemistry. 2024. Vol. 12. P. 1177-1210. https://doi.org/10.1039/D3TC03591CLin H., Zheng Y., Zhong C., Lin L., Yang K., Liu Y., et al. Controllable-assembled functional monolayers by the Langmuir-Blodgett technique for optoelectronic applications. Journal of Materials Chemistry. 2024;12:1177-1210. https://doi.org/10.1039/D3TC03591CКинетика коллоидной системы стабилизированного нитрида бора на водной субфазе / И.В. Локтионова, А.П. Кузьменко, А.И. Жакин, В.М. Емельянов, П.В. Абакумов, Ю.А. Неручев [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 211-223. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-3-211-223Loktionova I.V., Kuzmenko A.P., Zhakin A.I., Emeliyanov V.M., Abakumov P.V., Neru- chev Yu.A. Kinetics of a colloidal system of stabilized Boron nitride on an aqueous subphase. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2023;13(3):211-223. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-3-211-223Способ нанесения наночастиц гексагонального нитрида бора на поверхность филаментов синтетических волокон: пат. 2822287 Рос. Федерация, МПК D06M 11/80, B82Y 30/00 / Емельянов С.Г., Кузьменко А.П., Пугачевский М.А. [и др.]. № 2023128754; заявл. 07.11.2023; опубл. 03.07.2024, Бюл. № 19. 17 с.Method for applying hexagonal boron nitride nanoparticles to the surface of synthetic fiber filaments. Russian Federation patent 2822287. 3 June 2024. (In Russ.)Spectroscopic and microscopic evidence of 2D Boron nitride nanoflake interaction with doxorubicin / O. Gnatyuk, Г.И. Довбешко, A. Dementjev, K. Chernyakova, O. Yu. Posudievsky, I. M. Kupchak [et al.] // Optical Materials: X. 2024. Vol. 22. P. 100323 https://doi.org/10.1016/j.omx.2024.100323Gnatyuk O., Dovbeshko G.I., Dementjev А., Chernyakova A.K., Posudievsky O.Yu., Kupchaket I.M., et al. Spectroscopic and microscopic evidence of 2D Boron nitride nanoflake interaction with doxorubicin. Optical Materials: X. 2024;22:100323. https://doi.org/10.1016/j.omx.2024.100323Coated electrospun polyamide-6/chitosan scaffold with hydroxyapatite for bone tissue engineering / Xiaolian Niu, Miao Qin, Mengjie Xu, Liqin Zhao, Yan Wei, Yinchun Hu [et al.] // Biomedical Materials. 2021. Vol. 16. P. 025014. https://doi.org/10.1088/1748-605X/abd68aNiu X., Qin M., Xu M., Zhao L., Wei Y., Y. Hu, et al. Coated electrospun polyamide-6/chitosan scaffold with hydroxyapatite for bone tissue engineering. Biomedical Materials. 2021;16:025014. https://doi.org/10.1088/1748-605X/abd68aLahkar S., Kolan M.R. Spectroscopic and microscopic characterization of hexagonal Boron nitride /ed. by K. Deshmukh, M. Pandey, C.M. Hussain // Hexagonal Boron Nitride: Synthesis, Properties, and Applications. Elsevier, 2024. P. 179-202. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-18843-5.00018-5Lahkar S., Kolan M.R. Spectroscopic and microscopic characterization of hexagonal Boron nitride. In: Deshmukh K., Pandey M., Hussain C. M. (eds.) Hexagonal Boron Nitride: Synthesis, Properties, and Applications. Elsevier; 2024. P. 179-202. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-18843-5.00018-5Liu S., Shikhov I., Arns C. Mechanisms of pore-clogging using a high-resolution CFD-DEM colloid transport model // Transport in Porous Media. 2024. Vol. 151. P. 831-851. https://doi.org/10.1007/s11242-024-02072-1Liu S., Shikhov I., Arns C. Mechanisms of pore-clogging using a high-resolution CFD-DEM colloid transport model. Transport in Porous Media. 2024;151:831-851. https://doi.org/10.1007/s11242-024-02072-1Echeverria J., Alvarez S. The borderless world of chemical bonding across the van der Waals crust and the valence region // Chemical Science. 2023. Vol. 14(42). P. 11647-11688. https://doi.org/10.1039/D3SC02238BEcheverria J., Alvarez S. The borderless world of chemical bonding across the van der Waals crust and the valence region. Chemical Science. 2023;14(42):11647-11688. https://doi.org/10.1039/D3SC02238B

The authors declare that there are no conflicts of interest present.