Российские ученые с помощью запатентованной ими же технологии смогли создать серебряные пленки, свойства которых со временем не только не ухудшаются, но даже становятся лучше. Исследование опубликовано в журнале Coatings.
Серебро и золото — два материала, которые наиболее востребованы в оптике и плазмонике. Их используют для создания интегральных плазмонных устройств, элементов вычислительных систем и разных функциональных покрытий.
Серебро стало востребовано в этих областях благодаря своим физическим свойствам — оно имеет самые низкие оптические потери в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. Но у него есть и недостаток. Свойства серебра значительно ухудшаются с течением времени. Но если от этой проблемы избавиться, то серебро станет еще более эффективным материалом, поэтому ученые активно работают над вопросом.
Российские исследователи из НОЦ «Функциональные микро/наносистемы» МГТУ имени Н.Э. Баумана и Института теоретической и прикладной электродинамики РАН исследовали монокристаллические пленки серебра толщиной от 25 до 70 нм, которые были нанесены на кремниевые подложки. Они использовали методы спектроскопической эллипсометрии, сканирующей электронной микроскопии сверхвысокого разрешения и стилусной профилометрии. С их помощью ученые исследовали строение поверхности металла, его кристаллическую структуру и оптические характеристики.
СЕРЕБРО ИЗ РЕНТГЕНОВСКИХ СНИМКОВ 400гр!
Через 7–19 месяцев пленки начали портиться и на них стали возникать дефекты. При этом ученые не обнаружили в образцах химических связей между серебром и активными элементами, такими как AgCl, Ag2S, Ag2O, Ag2CO3. Это свидетельствовало о том, что причины деградации пленок заключаются не в этом.
Главную роль в процессе играет уровень шероховатости металлов, количество дефектов на их поверхности и наличие внутренних остаточных напряжений, которые появились во время роста структуры. Наиболее успешными и стабильными с точки зрения сохранения свойств оказались пленки монокристаллического серебра толщиной 35–50 нм, осажденные по запатентованной в НОЦ ФМН SCULL-технологии. Ученые также доказали, что эти пленки со временем не просто не портятся, но даже становятся лучше и улучшают свою структуру вместе с изменением морфологии поверхности.
«SCULL-технология позволяет нам создавать практически структурно идеальные тонкие пленки металлов с шероховатостью поверхности на уровне диаметра атома самого материала — 90–200 пикометров. Такая структура обеспечивает не только уникальные свойства металла, но и его стабильность с течением времени. Нам удалось справиться с одним из недостатков серебра — быстрым «старением», а значит, повернуть время вспять и создать сверхкачественный материал для применения в области нанофотоники, оптики, квантовых вычислений и коммуникаций», — отметил один из исследователей, директор НОЦ ФМН Илья Родионов.
Результаты исследования позволяют ученым предложить способ изменения характеристик металлических тонких пленок, который связан с распределением внутренних напряжений и склонностью серебряных слоев к несмачиванию поверхности и образованию капель.
Серебро из рентгеновских снимков
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще._
Источник: indicator.ru
Кино-фото материалы
В 1837 г. Дагер впервые применил серебро как основу светочувствительного слоя для получения фотоизображения. Главным преимуществом этого открытия в сравнении с асфальтовой пластиной Ньепса были короткие выдержки — минуты, а не часы. День обнародования открытия Дагера на учёном собрании Парижской Академии является днём рождения классической серебряной фотографии, какой мы её теперь знаем.
Появление фотографии и кинематографа дали серебру еще одну работу. Особое качество элемента №47 – это светочувствительность его солей.
Все фотографические материалы состоят из светочувствительных эмульсионных вспомогательных слоев и подложки. В качестве подложки применяются высокополимерные пленки, стекло и бумага. Фотографические эмульсионные слои содержат галогениды серебра в виде дисперсных кристаллов, равномерно распределенных в желатине. Фото эмульсионный слой в обычных высушенных светочувствительных материалах содержат 40-60 % галогенидов серебра (обычно АgВr), 30-50 % желатина и 6-10 % воды. Содержание галогенидов серебра в фотографических слоях изменяется в очень широких пределах в зависимости от характера, назначения и типа фотоматериалов.
После того как вся информация, записанная на фотоматериалах, утратит ценность, носители этой информации отправляются в отходы, как источник ценного сырья. Обработка пленки может проводиться одним из двух основных методов. Наиболее простой метод — сжигание пленки в печи с последующим металлургическим извлечением серебра из золы.
Другой метод заключается в мокрой химической обработке (для отделения серебросодержащей эмульсии от подложки) с последующим выделением серебра из растворов. На черно-белой фотографии и пленке все то, что черного цвета — это галогениды серебра. А белые участки на фото или прозрачные на пленке означают, что из них галогенид серебра ушел в химикаты — в закрепитель (фиксаж).
Фиксаж или закрепитель в фотографии — это водный раствор веществ, способных переводить галогениды серебра, находящиеся в фотоматериале, в растворимые соединения.
В советские времена контроль за драгоценным металлом был жестким. Все фабрики фото услуг и фотоателье были обязаны сдавать отработанный закрепитель, остатки бракованной бумаги, ненужные негативы в специальный пункт добычи серебра. Был даже план на сдачу отходов, которые впоследствии превращались в драгоценный металл.
Фотоматериалы используются не только в области кино и фотографии, но и в медицине (рентгеновские снимки) и в промышленности (специальные аппараты, так называемые дефектоскопы, с помощью фотопленок обнаруживают дефекты в механизмах). Очень важны фотоматериалы и для аэрофотосъемки (полученные данные применяются в картографии, археологии, разведке, изучении окружающей среды и т. д.)
Вторая жизнь фотобумаги и фотопленки: переработка и утилизация
По статистике каждый человек производит в год от 50 до 500 кг отходов. Вынеся столько мусорных пакетов, невозможно не задуматься, не могло ли что-то из этого еще пригодиться. На самом деле всего от 3 % до 15 % отходов перерабатывается, тогда как многие из них, такие как фотоматериалы, содержат ценные вещества, поэтому их переработка окупит связанные с ней затраты.
Откуда берется использованная фото- и кинопленка
Фотоматериалы нужны не только в области собственно кино и фотографии, но и в медицине (рентгеновские снимки) и в промышленности (специальные аппараты, так называемые дефектоскопы, с помощью фотопленок обнаруживают дефекты в механизмах). Очень важны фотоматериалы и для аэрофотосъемки (полученные данные будут применены в картографии, археологии, разведке, изучении окружающей среды и т. д.)
После того как вся информация, записанная на фотоматериалах, утратит ценность, носители этой информации отправляются в отходы. Как источник ценного сырья, она должна быть собрана, отсортирована и переработана. Чтобы уменьшить расходы по первым двум пунктам, перерабатывающим заводам экономически выгодно собрать все отходы в одном месте и перерабатывать уже большую их массу.
Необходимость утилизации или переработки фотобумаги и фотопленки
Чтобы понять, для чего необходимо перерабатывать фотопленку и нужно ли это вообще, для начала стоит разобраться в том, что она собой представляет.
Фотопленка состоит из нескольких основных слоев. Ее основа – гибкий прозрачный лист, изготовленный из целлюлозы или пластика. На этот слой нанесена фотоэмульсия, содержащая примеси многих ценных веществ, хлорида и бромида, ионы серебра и органические красители. Это главный слой, от которого зависит контрастность и светочувствительность пленки. Чтобы защитить его от повреждений, фотопленку сверху покрывают тонким желатиновым слоем.
Отходы фотопленки образуются двумя способами:
- Во-первых, при производстве примерно 25 % исходного сырья остается в отходах.
- Во-вторых, когда информация на фотопленке утрачивает актуальность, пленку тоже отправляют в отходы.
При изготовлении фотопленки и фотобумаги используется большее количество ценных материалов, содержащих драгоценные металлы, поэтому отходы фотопродукции стараются переработать, а если не получается, тогда встает вопрос об утилизации.
Уничтожение нерегенерируемых фотоматериалов
Если отходы фотопленок и светочувствительной фотобумаги смешаны с другими отходами, чаще всего они оказываются непригодными для переработки. Раньше фотобумагу восстанавливали с помощью раствора тиосульфата меди, который удалял из бумаги серебро, но со временем технология производства претерпела изменения, и это стало невозможным.
Чаще всего непригодные для переработки отходы фотобумаги и фотопленки сжигают. Для этого используется специальная печь, оснащенная электрофильтром, через который пропускают образующийся при сгорании газ.
Фильтр улавливает около 90 % пыли, и газ выходит в атмосферу прозрачным, но все же с примесью различных веществ, а пыль вместе с золой отправляют на завод, где извлекают из нее серебро.
Большая часть использованных фото- и кинопленок будет сожжена, чтобы извлечь серебро, но некоторая часть все же будет переработана химическими способами, что позволит восстановить основу пленок и использовать еще раз.
Извлечение серебра
Основной целью переработки отходов фотоматериалов является извлечение серебра. Сжигание фотопленок не было идеальным вариантом, поэтому ученые пытались найти другой, не загрязняющий атмосферу и сохраняющий основу пленок для дальнейшего использования. За последние годы было изобретено несколько таких методов.
Биохимический. Измельченные отходы фотоматериалов помещают в специальную емкость с водой, туда же добавляют ферменты и серную кислоту. Бактерии ферментов и кислота быстро разрушают желатин эмульсионного слоя. В сосуде образуется осадок, содержащий серебро, после высушивания его отправляют на завод для дальнейшей переработки.
Неферментный. Этот метод обеспечивает высокий процент извлечения серебра и позволяет сохранить основу фотопленки. Для этого готовят водный раствор из отбеливателя и гидроксида щелочного металла, куда на короткое время при высокой температуре помещают фотопленку. Основу извлекают очищенной и неповрежденной, а осадок кипятят, нейтрализуют минеральной кислотой, высушивают и отправляют на завод. Плюс этого метода в том, что фотоматериалы не нужно измельчать, то есть они остаются целыми.
Для засвеченных и бракованных пленок используется особенный метод, который состоит из нескольких этапов. На первом этапе происходит отбеливание с помощью медного купороса и хлорида натрия, во втором – промывание в непроточной воде. Третий этап представляет собой удаление галоидных солей серебра при помощи раствора тиосульфата натрия. Четвертый и последний этап – снова промывание. Благодаря этому способу можно из 1 000 кг фотобумаги получить 1 кг серебра, а основу фотопленки утилизировать.
Серебро также удаляется с фотопленки после обработки ее полуторапроцентным раствором хлорной извести. После трех часов нахождения фотоматериалов в растворе бумажная основа отработана, ее можно удалить.
Еще один способ – загрузить фотопленку в бак с горячей водой (80–90 градусов) на 10–15 минут, после чего удалить отмытую основу и загрузить новую порцию фотоматериалов. После повторения процедуры несколько раз в баке образуется желеобразная масса, содержащая серебро, к ней нужно добавить карбонат натрия и некоторое время интенсивно перемешивать. Образуется осадок, который можно высушить и отправить на обработку.
Но, следует напомнить, что переработкой могут заниматься компании, имеющие на это разрешение. Ведь неизвестно с каким материалом придется работать.
Так, например, утилизация рентгеновской фотопленки требует соблюдения безопасности. Помимо пленки такие компании покупают и отходы фотолабораторий ( фиксажные растворы,проявители и т.д.).
Не во всех городах имеются подобные перерабатывающие предприятия. так, например,в Москве есть всего одна или две фирмы, куда можно сдать рентгеновскую пленку и ведется прием фотоотходов.
Источник: greenologia.ru