Проекты

Индикатор срока годности

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Нанотехнологии» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Нанотехнология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2065
Предметы: Физика, Химия
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

В современном мире распространены проблемы отслеживания даты окончания срока годности продукта и примерного подсчёта остатка времени пригодности. Полученные в ходе работы наноматериалы – плёнки из монодисперсных наночастиц оксида-пероксида титана(IV) на различных поверхностях (марлевые салфетки, стекло, слюда и др.) – являются крайне перспективными материалами для создания нового класса индикаторов «света-температуры-времени», т. к. содержат ярко-красные пероксокомплексы титана(IV), которые медленно (и температурно зависимо) обесцвечиваются при хранении на свету. Варьируя условия синтеза и управляя устойчивостью пероксокомплексов Ti(IV), можно добиться того, чтобы их обесцвечивание происходило симбатно разрушению конкретного маркируемого объекта (медицинского препарата, продукта питания, косметического средства). Также перемену цвета индикатора различают люди с любым цветовосприятием.

Цель

Разработка способа направленного синтеза наноматериала для свето-температурно-временного индикатора срока годности, обесцвечивающегося с заданной скоростью.

Задачи

  1. Анализ литературных данных и консультация со специалистами.
  2. Выбор технологического маршрута и составление плана работы.
  3. Синтез образцов.
  4. Изучение образцов.
  5. Практические испытания образцов.
  6. Систематизация и анализ данных.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Реактивы

  • Сольват сульфата титанила
  • Пероксид бария (Aldrich)
  • 37%-й раствор пероксида водорода
  • Вода дистиллированная
  • 36%-я соляная кислота
  • Гидроксид калия (тв.)

Оборудование

  • Спектрофотометр «Экрос»
  • Комплект датчиков ReleonLab
  • Сканирующий зондовый микроскоп ФемтоСкан (ЦМИТ «Нанотехнологии») с кремниевым кантилевером CSG10 (НИИФП им. А.Ф. Лукина)
  • Дзета-сайзер Фотокор (ИПНГ РАН)

Описание

Автор нашла и проанализировала литературные данные по новейшим разработкам индикаторных материалов, сформулировала цель и задачи работы, выбрала оптимальные (из доступных) способы синтеза и характеризации образцов, спланировала работу, выполнила синтез серии образцов, изучила их методами электронной спектроскопии поглощения, динамического светорассеяния и сканирующей зондовой микроскопии, провела первичную апробацию полученных материалов в качестве различных индикаторов и их регенерацию, систематизировала и проанализировала полученные данные.

Метод синтеза – гидротермальный в автотермическом режиме.

Методы исследования – электронная спектроскопия поглощения, оптическая и сканирующая зондовая микроскопия.

Результаты работы/выводы

  1. После анализа литературных данных и консультаций со специалистами были выбраны способы синтеза и характеризации образцов и составлен план работы.
  2. Получены золи нано-TiO2, модифицированного пероксокомплексами Ti(IV), а также продукты пропитки этими золями марлевых салфеток (с отмывкой после высушивания от ионов SO42−).
  3. Методом электронной спектроскопии установлено, что скорость обесцвечивания золей (за счёт деструкции пероксогрупп) возрастает симбатно увеличению рН или концентрации серебра, что позволяет направленно получать индикаторы, адаптированные к определённому режиму эксплуатации (при маркировке лекарств и т. д.).
  4. Методом динамического светорассеяния показаны нанометровые размеры титаноксидных частиц в золях.
  5. Методом сканирующей зондовой микроскопии показано, что перепад высот в полученных плёнках не превышает 80 нм, а также то, что по мере введения катионов серебра однородная исходно плёнка разупорядочивается, и на ней становятся заметны кластеры серебра.
  6. Показана перспективность практического применения образцов, найдены два производителя, заинтересованных в продукте.

Перспективы использования результатов работы

Были найдены производители, заинтересованные в проектном продукте. В планах – доработать и адаптировать продукт к требованиям производителей «Бакздрав» и ФГБНУ «ФНЦИРИП им. М.П. Чумакова РАН.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

ЦМИТ «Нанотехнологии» на базе физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, ИПНГ РАН

Награды/достижения

  1. XXIX Открытая московская инженерная конференция школьников «Потенциал» МЭИ – обладатель диплома III степени.
  2. Московский городской конкурс исследовательских и проектных работ обучающихся – победитель.