priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2024-67-3-286-293pribor-97Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ АНАЛИЗА И КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR MONITORING AND DIAGNOSTICS OF MATERIALS, PRODUCTS, SUBSTANCES AND THE NATURAL ENVIRONMENTПроницаемость нанопористых стеколPermeability of Nanoporous GlassesВолковД. П.VolkovD. P.

Дмитрий Павлович Волков — канд. техн. наук, доцент,

Санкт-Петербург.

Dmitry P. Volkov — PhD, Associate Professor,

St. Petersburg.

dp-lv@yandex.ruЗаричнякЮ. П.ZarichnyakYu. P.

Юрий Петрович Заричняк — д-р физ.-мат. наук, профессор,

Санкт-Петербург.

Yuriy P. Zarichnyak — Dr. Sci., Professor,

St. Petersburg.

zarich4@gmail.comМешковскийИ. К.MeshkovskyI. K.

Игорь Касьянович Мешковский — д-р техн. наук, профессор, директор Центра,

Санкт-Петербург.

Igor K. Meshkovsky — Dr. Sci., Professor, Director, Chief Researcher,

St. Petersburg.

igorkm@itmo.ruСимоноваМ. А.SimonovaM. A.

Марина Александровна Симонова — канд. техн. наук, доцент,

Санкт-Петербург.

Marina А. Simonova — PhD, Associate Professor,

St. Petersburg.

masima62@inbox.ruСанкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России им. Е. Н. Зиничева, кафедра физико-технических основ обеспечения пожарной безопасностиE. N. Zinichev St. Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia, Department of Physical and Technical Fundamentals of Fire SafetyУниверситет ИТМО, образовательный центр „Энергоэффективные инженерные системы“ITMO University, Educational center "Energy efficient engineering systems"Университет ИТМО, научно-исследовательский центр световодной фотоникиITMO University, Research Center for Light Guide PhotonicsСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Высшая школа техносферной безопасности Инженерно-строительного институтаPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Higher School of Technosphere Safety of the Institute of Civil Engineering202426112024673286293Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/97

Исследуется проницаемость нанопористых стекол с радиусом пор 5—200 нм. Такие пористые стекла используются в качестве тонких фильтров, оптических материалов с регулируемым коэффициентом преломления, твердых адсорбентов, селективных мембран, основы для композиционных материалов в лазерной технике и оптическом приборостроении. Предложены модели структуры таких материалов и методика расчета их молекулярной проницаемости. Результаты расчета по предложенным моделям согласуются с экспериментальными данными. 

The permeability of nanoporous glasses with the pore radius of 5–200 nm is studied. Such porous glasses are used as thin filters, optical materials with adjustable refractive index, solid adsorbents, selective membranes, and as the basis for composite materials in laser technology and optical instrument making. Models of the structure and methods for calculating the molecular permeability of such materials are proposed. Results of calculation using the proposed models are compared with experimental data.

пористое стекломодель структурымолекулярная проницаемостьпараллельные капиллярывзаимопроникающие компонентыporous glassstructure modelmolecular permeabilityparallel capillariesinterpenetrating componentsReferencesМешковский И. К. Композиционные оптические материалы на основе пористых матриц: Монография. СПб: СПбГУ ИТМО, 1998. 332 с.Meshkovskiy I.K. Kompozitsionnyye opticheskiye materialy na osnove poristykh matrits (Composite Optical Materials Based on Porous Matrices), St. Petersburg, 1998, 332 р. (in Russ.)Ермакова Л. Е., Волкова А. В., Антропова Т. В., Сидорова М. Получение ультра- и нанопористых стекол и исследование их структурных и электрокинетических характеристик в растворах 1:1-зарядных электролитов // Коллоидный журнал. 2007. Т. 69, № 5. С. 603—611.Ermakova L.E., Volkova A.V., Antropova T.V., Sidorova M. Colloid Journal, 2007, no. 5(69), pp. 603–611. (in Russ.)Шахгильдян Г. Ю. Структурные особенности нанопористых стекол после высокотемпературного спекания // Науч. журн. „GLOBUS“: Технические науки. 2021. № 5 (41). С. 36—40.Shakhgildyan G.Yu. Scientific journal "GLOBUS". Technical Sciences, 2021, no. 5(41), pp. 36–40. (in Russ.)Собина Е. П. Метрология пористости и проницаемости твердых веществ и материалов: Монография. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2021. 428 с.Sobina E.P. Metrologiya poristosti i pronitsayemosti tverdykh veshchestv i materialov (Metrology of Porosity and Permeability of Solids and Materials), Yekaterinburg, 2021, 428 р. (in Russ.)Шейдеггер А. Э. Физика течения жидкостей через пористые материалы. М.: Гостехтеориздат, 1960. 247 с.Scheidegger A.E. The Physics of Flow through Porous Media, Univ. of Toronto press, 1957.Лейбензон Л. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. М.—Л.: Гостехиздат, 1947. 244 с.Leybenzon L.S. Dvizheniye prirodnykh zhidkostey i gazov v poristoy srede (Movement of Natural Liquids and Gases in Porous Media), Moscow, Leningrad, 1947, 244 р. (in Russ.)Мешковский И. К., Белоцерковский Г. М., Плаченов Т. Г., Молчанова О. С. Исследование изменений, происходящих в структуре пористого стекла // Журн. прикладной химии. 1968. Т. 41, № 7. С. 1452—1457.Meshkovsky I.K., Belotserkovsky G.M., Plachenov T.G., Molchanova O.S. Journal of Applied Chemistry of the USSR, 1968, no. 7(41), pp. 1452−1457. (in Russ.)Мешковский И. К., Белоцерковский Г. М., Плаченов Т. Г. Исследование изменений пористой структуры и газопроницаемости тел из пористого стекла в зависимости от условий термообработки // Журн. прикладной химии. 1970. Т. 43, № 1. С.87—92.Meshkovsky I.K., Belotserkovsky G.M., Plachenov T.G. Journal of Applied Chemistry of the USSR, 1970, no. 1(43), pp. 87–92. (in Russ.)Гавронская Ю. Ю., Пак В. Н. Наноструктурированные материалы на основе пористого стекла // Фундаментальные исследования. 2015. № 2 (ч. 2). С. 261—266.Gavronskaya Yu.Yu., Pak V.N. Fundamental'nyye issledovaniya, 2015, no. 2, pp. 261–266. (in Russ.)Герасимов Д. С. Основные определения и понятия фильтрации жидкостей и газов. Среды и границы применяемости закона Дарси: Учеб. пособие. Тюмень: Тюмен. Гос. нефтегазовый ун-т, 2013. 41 с.Gerasimov D.S. Osnovnyye opredeleniya i ponyatiya fil'tratsii zhidkostey i gazov. Sredy i granitsy primenyayemosti zakona Darsi (Basic Definitions and Concepts of Liquid Filtration and Gases. Environments and Limits of Applicability of Darcy's law), Tyumen, 2013, 41 р. (in Russ.)Дульнев Г. Н., Заричняк Ю. П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов: Монография. Л.: Энергия, 1974. 264 с.Dulnev G.N., Zarichnyak Yu.P. Teploprovodnost' smesey i kompozitsionnykh materialov (Thermal Conductivity of Mixtures and Composite Materials), Leningrad, 1974, 264 р. (in Russ.)Кришер О. Научные основы техники сушки. М.: Изд-во иностр. лит., 1962. 539 с.Krischer O. Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik, Berlin u. a., Springer Verl., 1956.Лыков А. В. Явления переноса в капиллярно-пористых телах. М.: Гостехтеориздат, 1954. 296 с.Lykov A.V. Yavleniya perenosa v kapillyarno-poristykh telakh (Transport Phenomena in Capillary-Porous Bodies), Moscow, 1954, 296 р. (in Russ.)Пятков Е. С. Мезопористые керамические мембраны для фракционирования низкомолекулярных углеводородов: Автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 2017.Pyatkov E.S. Mezoporistyye keramicheskiye membrany dlya fraktsionirovaniya nizkomolekulyarnykh uglevodorodov (Mesoporous Ceramic Membranes for Fractionation Low Molecular Weight Hydrocarbons), Candidate’s thesis, Moscow, 2017, 111 р. (in Russ.)Тимофеев Д. П. Кинетика адсорбции. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 252 с.Timofeev D.P. Kinetika adsorbtsii (Adsorption Kinetics), Moscow, 1962, 252 р. (in Russ.)Прасолов Р. С. Исследование теплообмена при переходном вакууме: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. Л., 1967.Prasolov R.S. Issledovaniye teploobmena pri perekhodnom vakuume (Study of Heat Transfer in Transient Vacuum), Doctor’s thesis, Leningrad, 1967, 376 р. (in Russ.)Бэррер Р. Диффузия в твердых телах. М.: Изд-во иностр. лит., 1948. 504 с.Barrer R.M. Diffusion in and through solids, Cambridge, 1941.Волков Д. П. Проницаемость пористых материалов // Инженерно-физический журн. 1981. Т. 41, № 3. С. 421—427.Volkov D.P. Journal of Engineering Physics, 1981, no. 3(41), pp. 946–951.

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