Как подключить узо в однофазную сеть: Страница не найдена — Онлайн-журнал «Толковый электрик»

Схема Подключения Узо В Однофазной Сети

Существует несколько стандартных решений.

Выводы и полезное видео по теме Обобщенный взгляд на защитные модули Несмотря на построение схем разводки электрических линий, выполненное по утвержденным правилам, риск удара электрическим током остается всегда.

В старых домах советской постройки применяются УЗО в схемах, где отсутствует защитный проводник РЕ заземление.
Автоматические выключатели — полюсность и схемы подключения

В России используются автоматические выключатели с 1 полюсом, что обуславливает необходимость наличия дополнительных нулевых шин. При некачественном исполнении оно может отгореть и вызвать пожар.

Их устанавливают для кухни, где больше всего электрических приборов, а также для ванной комнаты и других помещений с повышенной влажностью. Однофазная сеть может быть двухпроводного и трёхпроводного исполнения.

А можно производить монтаж устройств для каждой отдельной линии, тем самым защищая только определённый участок электрической сети. Главное, не попутать местами подключения фазного и нулевого проводов.

Сначала разберем ошибки неправильного выбора параметров защиты. Тоже своего рода классический схемный вариант с дополнением УЗО двумя линейными автоматами.

Главной задачей и УЗО и автоматов является мгновенное отсечение повреждённого участка электрической сети при аварийных ситуациях. Схема с одним общим УЗО Данная схема выглядит следующим образом: электрический счётчик — УЗО общее для всех групп — автоматические выключатели на каждую группу потребителей.

УЗО- работает без заземления!

Задачи УЗО

В этом случае его рабочий ток должен быть больше, чем номинал каждого из установленных после устройства защиты автоматов. По такой схеме провода с выхода счётчика подключаются на верхние контакты условный вход общего УЗО. Применения четырехполюсного УЗО в однофазной цепи, в большинстве случаев нерентабельно. Несомненный плюс такой схемы в том, что в момент повреждения будет отключаться только аварийная линия, а во всей остальной квартире подача напряжения не прекратится.

При нормальной работе электрических приборов эта величина одинакова и встречные потоки в обмотках УЗО компенсируют друг друга. Их использование делает процесс монтажных работ намного проще.

Номинальное напряжение в таких сетях — В.

Этот элемент оснащен отверстиями с перфорацией, которые предназначены для соединения с тыльными защелками автомата.

При наличии на нем заземления отключение цепи может произойти до прикосновения человека к корпусу, как только произойдет пробой изоляции. Такая схема имеет и положительные стороны.

Монтируют входной автомат на верхнюю DIN-рейку.

Внутрь одного устройства можно одновременно разместить шины, которые при этом будут изолированы друг от друга. Наоборот, как мы уже отмечали, в ванной комнате складываются худшие условия для удара электричеством, так что для приборов в ванной разумно предусмотреть отдельное УЗО с током отсечки 10мА.
Схема подключения реле напряжения

Как самостоятельно подключить УЗО?

Смертельный для человека ток — 0,1А. Последним этапом является проверка непосредственно УЗО, которая осуществляется путем нажатия кнопки тестирования.

Поломка данного прибора возникает при превышении величины однофазного электротока рабочих параметров. Номинальное рабочее напряжение у них будет одинаковое — В или В.

В домашней электропроводке практикуется применение прибора с током отсечки мА. Он обеспечит защиту от перегрузок напряжения и коротких замыканий, в то время как УЗО будет следить за отсутствием утечек тока, таким образом, получается комбинированная защита.

Это может уберечь от поражения электрическим током и спасти здоровье или жизнь. Определитесь со схемой, будет ли у вас устройство защитного отключения на отдельной линии или после счётчика.

Непростительные ошибки в фильмах, которых вы, вероятно, никогда не замечали Наверное, найдется очень мало людей, которые бы не любили смотреть фильмы. Смертельный для человека ток — 0,1А. Желательно, не реже раза в месяц проводить проверку с помощью кнопки. Видеоролик демонстрирует, как это делается на практике.

Что такое устройство защитного подключения

Недостаток схемы в сложности поиска места повреждения. Устройство защитного отключения изнутри Принцип работы УЗО состоит в том, что при наличии утечки тока в электропроводке, его величина по проводникам фазы и нуля будет разной.

Второй величиной будет дифференциальный ток, при достижении которого, будет срабатывать защита. Негативным моментом в функционале данного устройства считается реакция непосредственно на проявление тока утечки, независимо от источника возникновения. Это также приведет к сбоям в работе. Чтобы большие токи в момент аварии не оказывали негативного воздействия на устройство защитного отключения, его необходимо подключать в схему совместно с автоматом. Как выглядеть моложе: лучшие стрижки для тех, кому за 30, 40, 50, 60 Девушки в 20 лет не волнуются о форме и длине прически.

Такая схема не является опасной, но УЗО при ней не будет функционировать, поскольку нарушится его принцип действия. После счетчика, подключают УЗО. Обязательно должна быть установлена шинка заземления.
Трехфазное УЗО принцип работы. Как устроено трехфазное УЗО

Виды УЗО и технические характеристики

Основная доля схемных решений бытового сектора — это именно однофазная разводка, где в принципе существуют только две линии: фаза и ноль. Схема, необходимая для правильного подключения такой системы, на практике выглядит следующим образом: Работа всегда начинается с установки автоматического выключателя, для примера взята модель на 40А, максимальный уровень нагрузки, который он способен выдерживать, равняется 8,8 кВт.

Знание и понимание правильности подключения УЗО — залог нормальной работы всей электрической цепи в целом. Во избежании проблем нужно подключить автомат с номиналом, не превышающим рабочий ток узо. Соответственно, снизу прибора подключаются контакты, которые пойдут последующим автоматическим выключателям, и другим приборам.

Классический вариант включения В зависимости от технической нагрузки количества бытовых приборов и числа помещений, в квартире или доме может эксплуатироваться единая полная сеть или сеть, состоящая из нескольких подсетей. Оставляйте свои комментарии и задавайте вопросы в блоке под статьей. Исключение составляет аппаратура ванных комнат многоквартирных домов, но она должна располагаться так, чтобы исключить попадание брызг воды.

Для того, чтобы осуществить этот процесс в двухфазной цепи, необходимо придерживаться следующего алгоритма действий: Перед началом работ отсоединить провод питания от фазы автоматического выключателя и нулевого проводника щитка. После УЗО актуально подключать автоматические выключатели для различной нагрузки с соответствующим током отключения. Защита вновь сработает при попытке включения автоматического выключателя на неисправной линии. Следует запомнить, что ни в коем случае не стоит нули разных групп от разных устройств защитного отключения соединять между собой.

Еще по теме: Объем и нормы испытаний электрооборудования последнее издание

Назначение и область применения УЗО

Это является грубой ошибкой и заблуждением по следующим причинам: Принцип работы устройства защитного отключения изначально опровергает такую версию, поскольку заземление не играет в нем какой-либо значимой роли. Маломощные аппараты применяются при токе не более 10 А, а мощные — выше 40 А. В качестве финального действия необходимо вывести проводник к другим трем автоматам, также отвечающим за розеточные группы. Доходчивые разъяснения автора о работе УЗО в таких условиях и практические демонстрации: Под завершение обзорного материала возможных схемных конфигураций с УЗО необходимо отметить актуальность использования этих приборов.

К входной клемме устройства с маркировкой N необходимо подключить нулевой кабель, отсоединенный от корпуса щитка. Перед началом работ по подключению, рекомендуют нарисовать принципиальную схему подключения. Распространённая и часто применяемая на практике схема разводки питающей сети в частном доме. Дело в том, что в этих случаях, величины тока недостаточно, чтобы отключился автоматический выключатель, рассчитанный на работу со сверхтоками перегруза и короткого замыкания.

В любом случае УЗО нужно подключать для повышения электробезопасности, но делать это надо по правилам. Схема подключения УЗО в однофазной сети без заземления в частном доме Домашняя сеть может быть такой же, как в квартире, но здесь у хозяина больше возможностей. При возможности подключить узо на каждой конкретной линии сети индивидуально, при возникновении нештатной ситуации подача энергии произойдет на отдельно взятом поврежденном участке. Остальная часть электропроводки останется под напряжением. Ванная и розетки подключены на 3 фазы с применением дифференциальных автоматов.

Нужна ли установка реле напряжения вместе с устройством? Принцип построения схемы подключения УЗО Для корректной работы данного защитного устройства в каждом индивидуальном случае схему подключения к электрической сети следует разрабатывать отдельно. Когда разница между ними превышает заданный предел, производится разрыв электрической цепи.
УЗО схема без заземления

Схема подключения УЗО в однофазной сети с заземлением в частном доме

На чтение 6 мин Просмотров 529 Опубликовано 11.08.2019 Обновлено 30.07.2019

При эксплуатации действующих электросетей важно побеспокоиться о безопасности обслуживающего персонала и пользующихся их услугами потребителей. Согласно требованиям ПУЭ это касается как однофазных, так и трехфазных цепей, нередко обустраиваемых в частных домах. Чтобы уберечь пользователей от удара током, на потребительской стороне устанавливаются приборы, называемые устройствами защитного отключения (УЗО). При этом важно знать, как подключить УЗО с заземлением в частном доме, не нарушая положений действующих стандартов.

Обобщенный взгляд на защиту

Безопасность оперативного персонала и пользователей электросетей достигается за счет проведения следующих мероприятий:

• заземление или зануление (соединение с нейтралью) всех металлических частей оборудования;
• организация повторного заземления путем обустройства отдельного контура;
• установка в нагрузочных цепях особо опасных комнат (ванных например) устройств отключения типа УЗО.

Последний вариант допускается использовать как в заземленных, так и в незаземленных электрических цепях.

При общем подходе к оценке средств защиты отмечается, что заземлять конструкции необходимо для снижения угрожающего человеку потенциала до безопасного уровня. В отличие от них УЗО обеспечивает защищенность за счет мгновенного отключения сети при достижении токами утечки предельных значений. В технических характеристиках этих устройств данный параметр относится к основным показателям эффективности функционирования.

Что собой представляет УЗО

Характеристики УЗО

В расшифровке аббревиатуры УЗО основной акцент делается на отключении, что указывает на кардинальный характер защитных мер. Чтобы понять, как срабатывает этот прибор в опасной ситуации, следует ознакомиться с его конструкцией. Прибор УЗО состоит из следующих основных частей:

• дифференциальное устройство, в котором сравниваются втекающий и вытекающий токи;
• электронная схема, способная реагировать на их дисбаланс;
• исполнительный модуль, оформленный в виде контактора, отключающего электросеть от потребителя.

Принцип защитного действия УЗО основан на особенностях его конструкции, позволяющих оценивать величину утечек на землю и мгновенно реагировать на них. За счет высокой скорости обрыва соединения с действующей сетью величина тока в нагрузке не успевает достичь критических значений.

Традиционные схемы подключения УЗО

В электрических сетях бытового назначения с установленными в них розетками и осветительными приборами применяются УЗО без заземления, что характерно для системы защиты TN-C. В соответствии с особенностями ее функционирования от станционного оборудования до потребителя проводится линия, в которой предусмотрен только совмещенный проводник PEN. Как правило, разделение его на защитную шину PE (к ней подсоединяется заземляющий контур) и рабочую N в многоквартирных домах не производится.

Классическая схема УЗО без заземления

Схема подключения УЗО без заземления

Обычно устройства УЗО включаются в незаземленные сети бытовых потребителей, электропитание в которых организовано посредством двухпроводной линии. Все что они гарантируют – это ее отключение в случае превышения током утечки допустимого значения (30 мА, например). Такие защитные коммутации, как отключение сетевого питания при перегрузке или коротком замыкании, эти приборы обеспечить не в состоянии. Поэтому схемы подключения УЗО в однофазных сетях предполагают обязательное наличие в них автомата защиты от КЗ и перегруза.

Диапазон токов, на которые рассчитывается автоматический выключатель, подбираются индивидуально для каждой конкретной нагрузочной линии. Совместная работа этих двух приборов гарантирует надежную защиту человека от высоких напряжений в бане, например. Одновременно с этим их применение позволяет уберечь эксплуатируемую в современной квартире бытовую технику от выхода из строя. Довольно часто автоматический выключатель вместе с УЗО заменяют дифавтоматом, который содержит в общем корпусе сразу оба устройства.

Групповая и многоступенчатая защита

При так называемом «групповом» включении УЗО на выделенную линию ставится отдельное устройство с автоматическим выключателем или дифавтомат. В этом случае каждая из подключенных к сети групп нагрузок обслуживается независимо от других, что повышает избирательность защитных функций. В итоге безопасность пользования бытовыми приборами в каждой из комнат заметно возрастает.

Подключение УЗО в разветвленной однофазной двухпроводной системе

Большую защищенность дает ступенчатая схема, при которой группа нагрузок подключается к сети через еще одно аналогичное устройство (оно образует вторую ступень). Использование этих систем позволяет повысить надежность защиты в сравнении с классической. Но из-за сложности исполнения и технической избыточности в быту они применяются крайне редко.

Подключения УЗО в сети с заземлением

Подключение УЗО с заземлением

Типовая схема подключения УЗО в однофазной сети с заземлением строится по тем же правилам, согласно которым оно монтируется сразу за счетчиком энергии. Отличие состоит в наличии в ней отдельной шины, прокладываемой в обход комплекта защитных устройств. При этом надежность срабатывания каждого из устройств заметно повышается за счет значительных по величине утечек по цепи «фаза – корпус оборудования – земля».

Специальных операций для обустройства защиты в этом случае не требуется. При наличии защитного контура в частном доме, например, заземлить действующую электросеть с УЗО не составит труда. Для этого следует сделать расщепление на главной заземляющей шине (ГЗШ), а затем оформить отвод от PE проводника.

Какая схема лучше

Подключение УЗО и вводного автомата

При оценке рассмотренных схем исходят из того, какой уровень безопасности обеспечивает каждая из них. Для решения этого вопроса потребуется сравнить их не только по эффективности защиты, но и по затратам на реализацию. После внимательного изучения можно сделать следующие выводы:

• При ограниченном числе линейных потребителей применяется простейший комплект приборов, состоящий из одного УЗО и стоящего за ним линейного автомата.
• В случае разветвленной сети из одно- или трехфазных нагрузок предпочтительнее групповое включение.
• При высоких требованиях к безопасности допускается применять ступенчатое подключение защитных устройств.

Последний способ оптимален для частного дома.

Перед тем как подключать УЗО без заземления в частных домах, схему его коммутаций следует тщательно изучить. В этом случае самый надежный вариант – использование многоступенчатых систем из нескольких устройств с разными значениями токовых утечек.

Современные дачные постройки отличаются развитой системой электроснабжения с хорошей защищенностью от поражения током благодаря наличию повторного заземления. Поэтому в них применяются упрощенные схемы, предполагающие использование универсальных УЗО на токи утечки до 30 мА (для отдельной защиты водонагревателя, например). Но чаще всего предпочтение отдается типовым дифференциальным устройствам, рассчитанным на соответствующую отсечку по перегрузкам.

К характерным ошибкам относят нарушения в выборе уровня установки УЗО, когда его включают в цепи с неправильно подобранными токами утечки. Чтобы избежать нарушений правил подсоединения подводящих и отводящих проводников, при их коммутации руководствуются схемой на корпусе прибора.

Подключение четырехполюсного узо в однофазную сеть

Всех приветствую на своем сайте «Заметки электрика».

Продолжим серию статей о схемах подключения УЗО. И на сегодня у нас схема подключения четырехполюсного УЗО в однофазную сеть.

Можно сказать, что это еще один частный случай, т.к. такое применение УЗО является не целесообразным и не рациональным. Но иногда в жизни бывают такие моменты, что это решение остается единственным правильным. А случается это тогда, когда в будущем планируется расширение электропроводки — либо перевод на трехфазную сеть, либо добавлением еще нескольких однофазных сетей.

Другой причиной использования данной схемы подключения УЗО является временная аварийная замена вышедшего из строя двухполюсного УЗО.

Нет ничего сложного. Реализуется это следующим образом.

На трехфазное УЗО (четырехполюсное) подключаем фазу и ноль на соответствующие клеммы.

При такой схеме обязательно подключать фазный проводник на клемму УЗО, к которой подключена кнопка «Тест» — для самостоятельной ежемесячной проверки Вашего УЗО. Чаще всего эта клемма расположена рядом с клеммой «N».

На этом я заканчиваю свою серию статей по подключению УЗО в разных цепях.

P.S. А на десерт Вам в подарок видео о нереальных возможностях человека…

15 комментариев к записи “Схема подключения четырехполюсного УЗО в однофазной сети”

А что за такое УЗО? Хотелось бы разъяснения. Спасибо.

Я ваш сайт про электрику поставил себе в закладки. Полезный сайт

Очень все просто и доходчиво объяснено. Спасибо.

Это точно рабочая схема подключения? Кто-нибудь тестировал? А то один электрик говорит — бред, другой говорит — правильно, третий вообще нарисовал совершенно другое.
У меня как раз этот случай — есть четырёхконтактное узо и пропадает. Платить 700 руб за двухконтактное жалко.

Добрый сайт много полезного и хорошего, спасибо Вам.

Доброго времени! Как специалист вынужден подвергнуть данный метод, частично, конструктивному диссонансу. Дело в том что, как правило, однофазные УЗО используют в групповых линиях (это те что после вводного щита, то есть всё что в квартире), а 4-х полюсные УЗО как правило имеют «уставку» на токи утечки в 100мА , а всё то что в квартире должно защищаться УЗО, должно защищаться УЗО с током утечки 10мА-ванная и 30мА остальное. Способ подключения предложенный автором, верен лишь в том случае, если данное УЗО используется в качестве основного для всех групп.Автора не критикую,всё чётко и «по полочкам»! Захожу не часто, но сайт хороший, очень мне статья про КСИ немецкие понравилась, много про них слышал, но купить не решался, а после вашего обзора куплю. Советую вам рассказать посетителям сайта о диффавтоматах, думаю все обрадуются))) Желаю вам успехов и удачи!

Евгению:
27.02.2015 в 19:26

Откуда взята норма на отключающий дифференциальный ток 10 мА для ванной?

ПУЭ
7.1.48. …
В ванных комнатах квартир и номеров гостиниц допускается установка штепсельных розеток в зоне 3 по ГОСТ Р 50571.11-96, присоединяемых к сети через разделительные трансформаторы или защищенных устройством защитного отключения, реагирующим на дифференциальный ток, не превышающий 30 мА.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОНТАЖ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ЖИЛЫХ
И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
СП 31-110-2003
14.40 В ванных комнатах квартир, в умывальных, душевых, ванных комнатах и преддушевых общежитии и гостиниц допускается установка штепсельных розеток в зоне 3 по ГОСТ Р 50571.11, присоединенных к сети через разделяющий трансформатор или защищенных УЗО на ток до 30 мА.

а почему только такая одна схема.Можно ж еще и последовательно соединить полюса,увеличится чувствительность.

Каким образом она увеличится? Растолкуйте. Холодильник- не пол-литра, на троих не делится!

там внутри бублик,через который проходят все фазы и ноль.Если строго подключить неиспользуемые зажимы последовательно с используемыми,только строго «начало-конец(1)-начало конец(2)»-для фазы и аналогично очень строго последовательно для нуля.То через бублик будет проходить один и тот же ток дважды,т.е.его величина скажем будет 30ма,но в ампервитках это уже будет не 30ма-витков,а 60ма-витков.И если общее количество ампер-витков,на которые расчитан этот бублик разделить не на 30,а на 60,то и ток срабатывания станет в 2 раза меньше.

Можно и так, если сильно надо, но покупать дорогой 4-х полюсный ради такого не дорого? Или на шару достался?

Фазный провод не имеет принципиально большой разницы в какую из 3 клемм пихать ?

2 Евгений. На любой из трех, но на двух остальных не будет кнопка тест работать. Можно еще и спарить выводы для увеличения пропускной мощности нагрузки в два раза. Два на N и два на фазу (через один чтоб работала кнопка тест)

Распределение электроэнергии потребителям может производиться через однофазные или трехфазные сети. Каждая из них отличается своими особенностями и требует специальных схем подключения. Это касается и защитных устройств, которые устанавливаются в любой сети. В первую очередь, это автоматические выключатели, защищающие от коротких замыканий и скачков напряжения, а также другие устройства, в том числе и трехфазное УЗО, устанавливаемое в трехфазных сетях и обеспечивающее защиту людей от токов утечки.

Назначение трехфазного УЗО

Трехфазные устройства защитного отключения, в соответствии со своим названием, применяются в аналогичных электрических сетях. Они обеспечивают защиту электроники и электротехники от возможных внутрисетевых замыканий, предотвращают пожары, которые могут возникнуть при утечке тока.

Принцип работы одинаковый для всей устройств этого типа. Он заключается в определении и реакции УЗО на разницу токовых величин, проходящих через него. Стандартная схема подключения УЗО в трехфазной сети может осуществляться в разных вариантах – с нейтралью и без нее. В первом случае задействуются все четыре провода, а во втором – только три.

Специалисты рекомендуют использовать трехфазные УЗО в электрических сетях с электродвигателем, подключенным по схеме «треугольник». В этом случае обмотка уже не замкнется на корпус. Если же электродвигатель подключается по варианту «звезда», задействуется все четыре полюса, при этом нейтральный провод соединяется с самым центром данной схемы.

Кроме того, схема подключения трехфазного УЗО при определенных условиях может применяться для однофазных сетей. Это особенно актуально при подключении сварочных агрегатов, представляющих собой источники повышенной опасности. В этих случаях возможные токовые утечки имеют большое значение и могут привести к серьезным негативным последствиям.

Параметры защитных устройств существенно отличаются в зависимости от области применения и условий эксплуатации. Они работают с различным номинальным током и напряжением, рассчитаны на разные токи утечки. Например, если срабатывание происходит при токе в 300 мА, такие УЗО используются в электрических сетях со сложной каскадной конструкцией. В жилых помещениях трехфазные УЗО применяются реже, а током срабатывания будет значение в 30 мА.

Как правильно подключить трехфазное УЗО

Трехфазные устройства защитного отключения очень редко используются в квартирах. Они предназначены для частных домов, гаражей и других объектов, где используются трехфазные электрические сети. Установка защитной аппаратуры производится в распределительный щиток. На DIN-рейке УЗО с четырьмя полюсами занимает 4 стандартных модуля. Основной функцией является защита кабелей и проводов от воспламенений и замыканий. Трехфазные устройства рассчитаны на токи срабатывания с очень высоким порогом.

Подключение таких УЗО имеет свои особенности. Перед установкой следует разобраться с цветовыми обозначениями проводов. В соответствии со стандартной маркировкой, нулевой рабочий провод N обозначается голубым цветом, нулевой рабочий и защитный провод PEN – тоже голубым цветом с желто-зелеными полосами на концах. Для нулевого защитного провода РЕ применяется желто-зеленый цвет. Фазные провода А, В и С обозначаются соответственно желтым, зеленым и красным цветами. После того, как определено назначение каждого проводника, можно приступать к решению задачи, как подключить трехфазное УЗО.

Непосредственное подключение выполняется по установленной схеме, в которой могут быть задействованы 3 или 4 полюса. Очень редко используется схема с двумя полюсами. В дальнейшем, исходя из конкретного варианта подключения, в защищенную сеть может устанавливаться не только трехфазное, но и однофазное оборудование.

Чаще всего УЗО трехполюсное используется при эксплуатации электродвигателей. Данный вариант позволяет полностью контролировать возможные утечки тока на корпус. В схеме «треугольник» задействованы только фазные проводники, а нулевой провод не используется. В целом трехфазное УЗО работает точно так же, как и однофазные защитные устройства.

УЗО четырехполюсное

Вариант подключения трехфазного УЗО с тремя полюсами применяется на объектах, где используется напряжение 380В. От трехфазной схемы данный вид подключения отличается количеством задействованных проводов на входе и выходе устройства. Предварительно также следует разобраться в цветовой маркировке и назначении каждого проводника. Отдельно выделяется нулевой или нейтральный провод, подключаемый к отдельной клемме.

Выходящие провода соединяются с распределительной системой. Далее каждая отдельная фаза и нулевой провод могут обеспечить работы одной группы однофазных потребителей. При этом на всех таких линиях устанавливается собственное дополнительное УЗО. Подключение устройств с четырьмя полюсами возможно лишь при наличии системы TN-S с нулевым защитным и рабочим проводником. Во всех других случаях подключение четырехполюсного УЗО категорически запрещается.

УЗО – устройство защитного отключения. Защитная функция УЗО – это отключение напряжения при появлении токов утечки. Токи утечки в свою очередь появляются при плохой изоляции проводов или при случайном прикосновении человека к фазному проводу. Следует отметить, что УЗО не защищает линию от токов короткого замыкания и перегрузок, поэтому вместе с УЗО в цепи необходимо использовать автоматические выключатели.

Виды УЗО и технические характеристики

Устройства защитного отключения бывают однофазными и трёхфазными. Однофазные УЗО имеют два полюса (фаза и ноль) , а у трёхфазных УЗО четыре полюса (три фазы и ноль). Чаще всего используются однофазные УЗО, особенно в быту.

УЗО обладает некоторыми техническими характеристиками. Основные характеристики – это номинальный ток, номинальное напряжение, номинальный ток утечки. Номинальный ток – максимальная величина проходящего тока через устройство, при котором УЗО будет сохранять свою работоспособность. Номинальное напряжение – величина напряжения, при котором УЗО работает. Например, 220В для однофазного и 380В для трёхфазного. Номинальный ток утечки – ток, при появлении которого УЗО должно срабатывать.

Для того чтобы правильно подключить устройство защитного отключения, необходимо знать некоторые типовые схемы. Существует несколько стандартных решений.

Схема с одним общим УЗО

Данная схема выглядит следующим образом: электрический счётчик – УЗО (общее для всех групп) – автоматические выключатели на каждую группу потребителей. Такая схема с однофазным УЗО обычно используется, если сеть потребителей не очень разветвлённая, да и самих потребителей небольшое количество. В противном случае будут происходить частые ложные срабатывания, т.к. в любой электрической цепи всегда присутствует определённая токовая утечка.

По такой схеме провода с выхода счётчика подключаются на верхние контакты (условный вход) общего УЗО. Фаза подключается на левый контакт, ноль – на правый контакт. Далее выходящий из УЗО фазный провод расходится и подключается на автоматические выключатели всех групп, а нулевой провод подключается к общей нулевой шине, от которой расходятся нули на все электрические потребители.

Главное преимущество такой схемы – простота и небольшие затраты, т.к. используется всего одно УЗО. Кроме того, при выборе силового щитка подойдёт вариант небольшого размера. Основные недостатки – это определённая вероятность ложных срабатываний при большом количестве потребителей, а также тот факт, что при появлении тока утечки только в одной группе, питание отключается полностью на все потребители.

Схема с несколькими УЗО на отдельные группы потребителей

Схема с несколькими УЗО отличается от предыдущей тем, что для каждой категории (группы) используется отдельное УЗО. Т.е. подключение выполняется следующим образом. Выходящие со счётчика фаза и ноль расходятся и подключаются на верхние контакты каждого устройства защитного отключения. Далее фазный провод, выходящий из каждого УЗО, подключается к каждому автоматическому выключателю, но только той группы, которую будет это УЗО запитывать. Нули со всех УЗО подключаются на отдельные нулевые шины, относящиеся каждая к своему УЗО. Следует запомнить, что ни в коем случае не стоит нули разных групп от разных устройств защитного отключения соединять между собой.

В схеме с несколькими УЗО значительно снижается вероятность ложных срабатываний. Но при появлении тока утечки обесточиваются не все потребители, а только отдельная группа или часть групп, запитанных от одного УЗО. Чтобы реализовать такую схему, необходимо использовать несколько защитных устройств, а это несёт в себе дополнительные материальные затраты.

Схема с общим противопожарным УЗО

Данная схема отличается от предыдущей тем, что в цепи между счётчиком и УЗО для каждой группы подключается «противопожарное» УЗО. Такое УЗО отличается от обычного большим током утечки. Схема выглядит так: счётчик электроэнергии – общее (вводное) противопожарное УЗО – УЗО первой группы (или нескольких групп), УЗО второй группы, УЗО третьей группы и т.д. – автоматические выключатели от УЗО №1, автоматические выключатели от УЗО №2, автоматические выключатели от УЗО №3 и т.д.

Для того, чтобы при появлении токов утечки не срабатывали одновременно групповое защитное устройство и противопожарное, последнее выбирается селективного типа, т.е. с временем отключения несколько большим, чем время отключения группового УЗО.

В зависимости от разветвлённости электрической сети, нередко используются комбинированные варианты схем подключения устройств защитного подключения.

Трёхфазное УЗО в однофазной сети

Использование трёхфазного УЗО в однофазной сети – не совсем рациональный вариант для сети 220В. Однако он обычно используется на перспективу. При первоначальном подключении фазный провод необходимо подключить на тот фазный полюс УЗО, при котором сработает кнопка тест.

Ошибки подключения

Следует отметить, что правильное подключение устройства защитного отключения подразумевает и знание типичных ошибок при подключении:

• при двух и более использующихся в схеме УЗО нельзя менять местами их нули на выходе;
• нельзя подключать к УЗО нагрузку, нулевой проводник которой соединён с защитным проводником PE, возможны ложные срабатывания;
• нельзя параллельно подключать нули от разных УЗО;
• нельзя подключать ноль нагрузки к нулевому проводнику до УЗО;
• нельзя подключать фазу нагрузки от одного УЗО, а ноль нагрузки от другого;
• нельзя подключать фазный провод на верхнем контакте УЗО, а нулевой провод на нижнем контакте УЗО.

Знание и понимание правильности подключения УЗО – залог нормальной работы всей электрической цепи в целом.

Схема подключения УЗО в однофазную сеть без заземления

В этой статье рассмотрен вопрос подключения УЗО к двухпроводной сети, без заземления. 2 основные схемы установки, 5 основных ошибок при эксплуатации изделия.

ТЕСТ:

5 вопросов по электротехнике:

1. Можно ли установить УЗО в двухпроводной сети?

а) Да

б) Нет

2. Обязательно ли заземление для устройства защиты?

а) Да

б) Нет

3. Устанавливается ли 2 и более изделий в двухфазной сети?

а) Да

б) Нет

4. Возможно ли каскадное подключение реле защиты?

а) Да

б) Нет

5. Соединяются ли провода заземления и «нуля» в розетке?

а) Да

б) Нет

Ответы:

1-А, 2-Б, 3-А, 4-А. 5-Б.

УЗО – аббревиатура обозначающая устройство защитного отключения электричества. Его применение в электросети обеспечивает безопасность использования энергосистемы для пользователя.

Устанавливается защита в однофазную сеть без заземления? Ответ: да! Для безопасной эксплуатации этого устройства не обязательно заземление. Это определяется по схеме подключения изделия расположенной на его корпусе. Рассмотрим принцип действия и включение устройства в энергосистему.

Включение устройства в сеть нужно производить в соответствии со схемой, в противном случае не гарантируется корректная работа изделия и безопасность его использования.

2 шага подключения в однофазной сети

Устанавливаем изделие и смотрим 2 фото с примером. На корпусе имеются клеммы входа и выхода – «ноль» и «фаза». Внизу размещены клеммы выхода, для фиксации соответствующих проводов пользователя. Размещение элементов подключения стандартно для электроприборов, гнезда контактов входа сверху, разъёмы выхода снизу. Назначение клемм обозначено на корпусе литерами L и N. Клемма N(ноль) одна, от 2 до 6 клемм – это L(фаза). На лицевой панели есть кнопка ТЕСТ и контрольный световой индикатор.

Устройство УЗО

Ниже, на фото показано изделие со снятой крышкой. На крышке схематично изображена схема включения прибора в сеть. Сверху и снизу расположены группы клемм для присоединения проводов. Фиксация проводов в гнёздах разъёмов производится винтами.

УЗО со снятой крышкой

2 важных момента  — как подключить автоматы в щитке и устройство защиты без провода заземления

Изделие можно установить прямо в щитке, если на шине имеется свободное место для его крепления. Подключение производится по схеме на корпусе прибора.

Подключение УЗО в щитке

На фото выше видно 2 интересных момента:

1.      Провод в синей изоляции «ноль» уходит на клеммную колодку, и дальше на контакты потребителей.
2.      Красный провод – «фаза» подключается к группе автоматических выключателей, и к потребителю электроэнергии.

Обратите внимание на 2 важных элемента на схеме. Заземление проведено через шину и выведено напрямую на токоведущий кабель. Провода «ноль» распределяются через клеммную колодку.

Схема подключения УЗО и автоматов

2 ответа о защите без заземления

Часто возникает вопрос о возможности установки УЗО в двухпроводной сети без заземления? Подключение заземление в этом случае проводится помимо устройства защиты.

Подробнее стоит остановиться на определении схемы установки изделия. Одно или несколько устройств защиты? Но в этом случае нужно ориентироваться именно на возможности и параметры самой электросети. В ряде случае наиболее оптимальным будет схема с одним устройством. Но при большом количестве потребителей или для повышенной пожаробезопасности потребуется ступенчатая схема, либо подключение нескольких защитных устройств.

3 фактора, определяющие, работает изделие без заземления или нет

Правильный выбор схемы включения в сеть – это основной фактор, влияющий на работоспособность изделия. Оголённые концы провода в клеммах надёжно зафиксированы. Важно подключать провода в предназначенные для них разъёмы, обозначенные литерами на корпусе устройства. Важно учитывать следующие факторы:

1. Понимание принципа работы. Это нужно для выбора схемы включения в энергосеть.
2. Выбор устройства по его техническим характеристикам, в соответствии с параметрами энергосети.
3. Включение устройства в двухпроводную сеть без заземления, требует обязательной установки автоматических выключателей.

Работы по установке изделия проводятся при обесточенной сети, после подключения необходимо проверить, верна ли установка. Для этого в устройстве есть функции тестирования и индикации. Кнопка ТЕСТ поможет проверить правильность подключения устройства.

Устанавливая электроприборы, соблюдайте технику безопасности!

2 момента работы в двухпроводной сети без заземления

В двухпроводной сети через устройство проходят всего два провода: «ноль» и «фаза». УЗО отслеживает и сравнивает параметры тока на обеих. При появлении неисправности в электросети параметры тока изменяются. После изменений значения тока, контакты размыкаются, отключая повреждённый участок.

УЗО в двухпроводной сети без заземления

Защита не сработает при пробое и попадании фазы на корпус и  при утечке тока напряжением ниже порогового значения. Срабатывание защиты происходит только после замыкания сети.

Например, в работающей стиральной машине повреждена изоляция одного из токоведущих проводов, и этот участок соприкасается с корпусом. Металл корпуса стиральной машины проводит электроток, поэтому приближение к ней становится потенциально опасным, не говоря уже о её касании. При соприкосновении с её корпусом вам грозит удар током. Именно в этот момент, защита размыкает контакт, отключая повреждённый участок и ограждая пользователя от травм. По этой причине установка защиты в однофазной электросети обязательна, именно это изделие при необходимости оградит вас от получения травм.

2 способа подключения стиральной машины без заземления с помощью У З О

В первом случае используется дифференциальный автомат, использование в этом случае самого автоматического выключателя не обязательно. Дифференциальный автомат совмещает его функции и защиту. Но в тоже время стоимость такого оборудования чуть больше чем УЗО.

Дифференциальный автомат

Вторым вариантом будет установка защиты и автоматического выключателя, в этом случае электрооборудование займёт больше места, будет более громоздким, но стоимость такой схемы гораздо ниже.

Подключение УЗО без заземления для стиральной машины

На примере показано подключение УЗО без заземления для стиральной машины. Легенда на схеме наглядно показывает, как его подключить.

5 ошибок при подключении У З О в однофазную сеть

Чем угрожают ошибки при подключении и эксплуатации устройства защиты? Это невыполнение своих задач, отсутствие реакции на повреждения в сети и периодические ложные отключения её участков.

Ошибками при включении устройства в энергосеть будут:

1. Соединение выходного провода «ноль» с проводом заземления.
2. «Фаза» и «ноль» обязательно подключаются через клеммы изделия, вывод «нуля» помимо УЗО приведёт к периодическим срабатываниям защиты.
3. Нельзя включать в сеть перемычки между группами контактов «ноль» разных потребителей с отдельными защитными устройствами.
4. Подключение проводов к непредназначенным для них клеммам, «фаза» – L, «ноль» – N.
5. После отключения участка электросети необходимо устранить неисправность повлёкшую отключение, а не включать УЗО снова.

Список не полный, тут указаны только основные ошибки, допускаемые при подключении устройства в сеть и его эксплуатации. Более подробно ошибки подключения описаны в видео.

УЗО ошибки при подключении

Не забывайте тестировать устройства при их установке, в дальнейшем, при замурованных в стены проводах, распаечных и распределительных коробках работа будет затруднена.

2 схемы как подключить У.З.О. без заземления в квартире

Ответ на вопрос будет ли работать УЗО без заземления в квартире, достаточно сложен. Ответить на него гораздо сложнее, чем его установить. Это связано с тем, что в квартирах используется как проводка с заземлением, так и без неё. Часто без заземления встречается проводка в домах старой постройки.

Подключение УЗО без заземления

В таких квартирах подключение защиты особых сложностей не вызывает, необходимо лишь выбрать наиболее предпочтительную схему установки. Будет ли одно изделие на всех потребителей или несколько устройств, с распределением защиты. Первая схема проще, требуется установить одно УЗО и подключить его к автоматам выключения. Вторая схема сложнее в исполнении, но более предпочтительна в плане безопасности. Её достоинства:

• проще найти неисправность в отдельном участке сети, чем обследовать всю энергосеть на предмет пробоя или повреждений;
• при аварийном отключении участка, остальная система электропитания продолжает функционировать.

Наиболее распространённой для квартиры остаётся именно схема с одним изделием.

Подключение стиральной машины.

Если заменить стиральную машину водонагревателем, то принципиально схема не изменится. Единственным элементом, изменяемым в этой схеме будет потребитель тока. Это ответ на вопрос – как подключить защиту без заземления к водонагревателю или варочной панели.

Нельзя объединять «ноль» и заземление в одно, в розетках и распаечных коробках, это может привести к отключению сети при получении нагрузки. Подробнее об этом рассказано в видео.

Как делать не надо. Опасные способы заземления.

2 ступени установки  без заземления в загородном доме

Для частного дома оптимальна ступенчатая схема. Она позволит добиться функциональности электросети и её большей безопасности. Это монтаж общего УЗО, с подключением к нему устройств, отвечающих за отдельные группы потребителей, как это представлено на схеме.

Ступенчатая схема подключения УЗО

Задача вводного устройства – это защита системы от возникновения пожара в случае короткого замыкания, оно может сработать как по отдельному потребителю, так и по суммарному значению скачка нагрузок с нескольких.

Как подключить УЗО без заземления к бойлеру? Бойлер – энергоёмкий агрегат, кроме того, опасный в плане неисправностей. По этой причине рекомендуется обязательная установка устройства защиты на участок сети с ним. Схема установки не отличается от стандартной. Включение в электросеть после автомата выключения. В двухпроводной сети к изделию подходят «фаза» и «ноль», провод заземления пропускается помимо устройства.

3 основных параметра защиты — У З О без заземления на даче

Отдельно нужно рассмотреть подключение защиты в энергосистеме дачного дома. В этом случае нагрузки небольшие, так как число потребителей невелико, поэтому в качестве противопожарного устройства достаточно установить универсальное УЗО на 25-40А, в зависимости от нагрузки. Схема подключения на даче без заземления не отличается от схемы монтажа в квартире или доме. Разница лишь в технических параметрах оборудования. Для дачного домика характерно:

• малое потребление электроэнергии;
• небольшое количество потребителей;
• повышенная пожаробезопасность оборудования.

Сама схема не отличается от вышеприведённых. Выход «фазы» с изделия на автоматы выключения, «ноль» на клеммную коробку с дальнейшим распределением на потребителей. Заземление соединяется с входным кабелем напрямую.

5 часто задаваемых вопросов

Основной вопрос, возникающий при изучении темы – возможна ли работа УЗО в двухфазной сети? Ответ: да, можно эксплуатировать прибор без заземления.  Подробности рассмотрены нами выше. Модернизация электросети в больших объёмах не требуется.

Второй вопрос, для чего нужна защита? Устройство защитного отключения обеспечивает безопасность потребителя, отключая участок электрической сети. Нужно, более того защиту необходимо установить на опасном участке.

Подключается УЗО своими руками или требуется помощь профессионального электрика? Да, своими руками установить электрооборудование можно. Но, если вы не уверены в своих силах в расчёте характеристик или монтаже, стоит пригласить электриков.

Опасны ли ошибки при подключении электрооборудования? Да, в лучшем случае они приведут к ложным отключениям сети, в худшем к неисправности потребителей электроэнергии или к травмам пользователя.

Как выбрать УЗО? Для этого нужно понимать принцип его работы, и параметры вашей электросети. Исходя из этих параметров, подбирается тип изделия и схема его подключения.

Схема подключения УЗО в однофазной сети без заземления

Автор Aluarius На чтение 5 мин. Просмотров 479 Опубликовано 10.06.2016

Перед тем как перейти к разбору темы данной статьи, необходимо немного осветить, как работает УЗО, а уже после отвечать на главный вопрос, как работает сама схема подключения УЗО в однофазной сети без заземления. Начнем с того, что основное назначение устройства защитного отключения состоит в том, что оно должно отводить из электрической цепочки ток утечки. То есть, если где-то в сети (в самой проводке или в любом бытовом приборе) была пробита изоляция, и если оголенный провод касается мест с токопроводящими свойствами, которые может коснуться человек, то его обязательно ударит током. Конечно, сила такого тока невысокая, всего лишь несколько миллиампер, но его будет достаточно, чтобы прилично тряхануть человеческое тело.

Не все электрики считают, что УЗО можно подключить в сеть однофазного типа без подключения заземляющего контура. Но это уверение неправильное, данный прибор прекрасно справляется со своими функциями без заземляющей линии. Тем более, в самом приборе всего лишь две подводящие клеммы, к которым подсоединяются фаза и ноль.

Установка УЗО без заземления

Перед тем как начать разбираться с темой подключение УЗО без заземления, хотелось бы остановиться на одном очень важном моменте. Устройство защитного отключения берет на себя только токи утечки, но, ни коми образом, не сдерживает высокие нагрузки в сети и высокие токи, которые возникают за счет коротких замыканий. За это должен отвечать автоматический выключатель, поэтому оба прибора: автомат и УЗО, устанавливаются в сетях одномоментно. Но необходимо отметить, что схема подключения двух защитных приборов может иметь два варианта:

1. Когда прибор устанавливается на всю квартиру или на весь дом в единственном экземпляре. Место установки вводной распределительный щит после счетчика учета и контроля электроэнергии. Кстати, схема подключения УЗО без заземления этого типа на рисунке снизу.
2. Когда на каждый шлейф электрической разводки (группу потребителей) устанавливается одно маломощное устройство защиты отключения. Сколько групп, столько и приборов в щите. Правда, для сборки такой схемы потребуется распределительный щит более вместительный.

Каковы плюсы и минусы каждой схемы:

• Первый вариант имеет один даже очень большой минус. К примеру, если в доме в каком-то бытовом приборе произошло нарушение изоляции, приведшее к появлению тока утечки, то УЗО тут же сработает. Устройство просто обесточит весь дом, и не будет понятно, на каком участке (шлейфе) произошло нарушение. Найти это место будет сложно.
• В этом плане второй вариант более эффективный. Сработало УЗО на одной из групп, значит, неполадки надо искать именно на этом участке, к тому же остальные группы будут работать, как говорится, в рабочем режиме. Но вот стоимостной показатель может быть намного выше, чем в первом схеме, конечно, все будет зависеть от количества групп потребителей. Понятно, что даже три маломощных прибора будут стоить больше, чем один маломощный.

Кстати, о мощности устройства. Совет такой – его мощность должна быть чуть больше, чем мощность автомата или группы автоматов, который устанавливается после самого защитного прибора. Почему именно так? Все дело в том, что автоматический выключатель при перегрузках или коротком замыкании срабатывает не сразу. Некоторые могут выдержать несколько секунд повышения силы тока. При этом само УЗО такие нагрузки длительное время выдержать не может, если их номинальный параметр равен номиналу автомата. Он просто выйдет из строя.

Необходимо отметить, что схема заземления сегодня присутствует не во всех квартирах и домах. Старый жилой фонд еще живет по старым законам, где заземляющие контуры так и не проведены. А требования ПУЭ становятся все жестче и жестче. К примеру, в независимости от того, решается ли вопрос установки УЗО в квартире, этот прибор необходимо обязательно устанавливать в группах потребителей, которые располагаются во влажных помещениях.

И еще один момент, который стал причиной того, что автоматы и УЗО становятся ненужными при сборке распределительных щитов. Им на смену пришли дифавтоматы. Что такое дифавтомат? Это своеобразный симбиоз УЗО и традиционного автоматического выключателя, так сказать, два в одном. Этот прибор выполняет те же функции, то есть, защищает сеть от перегрузок, коротких замыканий и утечек тока. Удобно, экономично и эффективно. И все же нас интересует, как работает и устанавливается УЗО в однофазной сети.

Ошибки установки

Домашние мастера сами стараются провести сборку распределительного щитка, к тому же это не очень сложно, если знать все нюансы монтажного процесса. Но ошибки все равно делают, иногда очень даже курьезные. Давайте рассмотрим некоторые из них.

• Нельзя соединять нулевой провод, выходящий из устройства защиты отключения, с открытым участком щита или электроустановки. Вообще, не объединяйте нули между собой.
• нельзя проводить подключение потребителя таким способом: фаза через УЗО, а ноль напрямую, минуя защитное устройство. В принципе, сам прибор работать будет, только все время будет отключаться. Будет происходить, как говорится, ложное отключение.
• Так как в статье разбирается вопрос, как подключить УЗО без заземления, то этот вариант вроде бы будет не к месту. Но обойти его стороной нельзя. Некоторые мастера подключают к розетке в одну клемму и ноль, и заземление. Этого делать нельзя. В этом случае УЗО с заземлением будет срабатывать постоянно. А именно: как только розетка начнет работать под нагрузкой.
• Нельзя соединять между собой группы потребителей перемычкой от нуля, если на каждую группу подключен отдельный УЗО.
• Нельзя подключать к потребителю фазу, идущую от устройства снизу, а ноль, исходящий сверху. Все должно идти параллельно сверху вниз.
• Фазный контур подключается к клемме с обозначением «L», нулевой с обозначением «N».

Подключение УЗО и автомата — схема с заземлением

Чтобы понять, как осуществляется подключение УЗО и автомата, схема которого представлена на нашем сайте, нужно для начала разобраться, каково функциональное предназначение обоих этих устройств.

Несмотря на свою внешнюю схожесть, выполняют они разные функции. Так, устройство защитного отключения устанавливают, чтобы предотвратить повреждение электропроводки, а также обеспечить защиту от поражения электрическим током.

Что касается дифференциального автомата, то он прекрасно справляется с вышеперечисленными задачами, а также может предотвращать возникновение в проводке перегрузок, коротких замыканий.

Устройство защитного отключения — это всего лишь индикатор, с помощью которого можно контролировать утечки. Обеспечить защиту сети устройство не способно, и поэтому рекомендуется установка обоих этих устройств. Подключение УЗО и автомата (схема подразумевает последовательное их размещение) обеспечит максимальную защиту, так как выключит систему при превышении нормальной отметки уровня энергопотребления.

Установка устройства в однофазную сеть с заземлением: возможные варианты

Подключение УЗО с заземлением обеспечивает надежную защиту для человека, бытовых приборов и проводки. Важную роль играет здесь и тип используемого заземления. Повысить надежность системы электробезопасности можно, применяя все составляющие по отдельности, однако подключение УЗО с заземлением более предпочтительно.

Зачастую в частных домах и квартирах используется однофазный вариант электропроводки с номинальным напряжением в 220 В. Схема включения УЗО в однофазной сети достаточно проста. Существует несколько вариантов соединения этого устройства, но общий принцип, в целом, остается неизменным.

Грамотное подключение УЗО и автомата (схема наглядно отображает последовательность выполнения операций) позволит предотвратить возможность возникновения пожара.

Наиболее распространенным является вариант, при котором устройство стоит на входе в дом/квартиру. Такая схема, сама по себе, является бюджетной, что и способствует ее широкому применению. Стоит отметить, что при срабатывании устройства будет сложно определить причину происходящих процессов.

Возможен и вариант подсоединения с установкой нескольких приборов — в этом случае, за каждую группу розеток или освещения отвечает отдельно взятое УЗО, поэтому при срабатывании одного из устройств определить причину будет легче, так как не придется обесточивать всю квартиру. Схема включения УЗО в однофазной сети обозначается, как правило, на корпусе изделия и в его паспорте.

Каким способом лучше подсоединить дифференциальный автомат?

Дифавтомат, схема подключения которого, в некотором смысле, аналогична принципам по монтажу автомата или УЗО, способен заменить иногда оба эти устройства и обеспечить сразу несколько степеней защиты.

Устанавливая дифавтомат, схема подключения которого имеет 2 способа, нужно предварительно рассмотреть преимущества и недостатки соединения. Схема подключения дифавтомата в однофазной сети, при которой он стоит на вводе и обеспечивает защиту всех входящих в цепь электрических групп, имеет существенный недостаток.

Если в одной из подключенных сетей возникнут неполадки, то в аварийном режиме сработает ее автоматика, а отключены, при этом, будут все группы. Схема подключения дифавтомата в однофазной сети может также подразумевать его включение в цепь для контроля работы определенной электрической группы — такой вариант эффективен, полезен и надежен.

Схема подключения УЗО с заземлением и без

Автор Alexey На чтение 6 мин. Просмотров 1.9k. Опубликовано 10.01.2016
Обновлено 10.01.2016

Устройство защитного отключения (аббревиатура УЗО) защитит проживающих в квартире людей от поражения электричеством, а саму постройку предохранит от возгорания из-за утечки тока, способной разогреть материалы в месте пробоя до температуры плавления и горения изоляции.

рис.1

Потраченное время и ресурсы окупятся спокойствием и уверенностью в своей электросети после установки УЗО в доме, в квартире, на даче. Но, существует мнение, что в старых сетях без заземления защита будет ложно срабатывать, или окажется неработоспособной. Приведённая ниже статья опровергает это утверждение, детально описывая все способы подключения.

Принцип работы

Коротко принцип работы:

1. Прибор сверяет количество электричества, пришедшего с фазного провода и ушедшего в нулевой. При исправной системе данные параметры должны быть одинаковые;
2. Если человек касается чего-нибудь под напряжением, или случается утечка, часть тока, которая пришла с фазы, уходит в землю, минуя нулевой провод УЗО, тем самым нарушая баланс токов, что вызывает отключение защитного устройства;
3. Устройство реагирует на ток, намного меньше смертельно опасного значения, и срабатывает настолько быстро, что организм ощущает едва заметный шок.

Некоторые «специалисты» утверждают, что установка УЗО невозможна в частном доме, или на даче, где имеется старая двухжильная проводка. Это заблуждение связано с тем, что в таких вариантах нулевой проводник имеет соединение с заземлением.

Каждая нижеприведённая схема подключения УЗО в домашнюю однофазную или трёхфазную электросеть, с заземлением или без него, будет работоспособной, если соблюдать основополагающие правила, изложенные ниже.

https://youtu.be/wz55OW0cvIY

Изолированный ноль

Критически важное правило, указывающее как правильно подключить УЗО: выходной нулевой провод должен быть надёжно изолирован от земли и других нулевых проводников так же, как и фаза.

Иначе будут ложные срабатывания защиты при подключении любой нагрузки – ток будет уходить в землю, минуя дифференциальный трансформатор (датчик утечки устройства защиты), из-за чего появившийся фазный ток вызовет срабатывание размыкающего механизма.

Поэтому, ещё одно правило монтажа: после подключения УЗО нужно обязательно включить нагрузку, прежде чем захлопнуть дверцу электрощитка.

Стоит также попеременно включать все имеющиеся заземлённые электроприборы – возможно, что некоторые из них уже имеют небольшой пробой, не ощущавшийся по причине заземления, но достаточный для того, чтобы вызвать отключение.

Также надо включить все автоматы после УЗО, проверив надёжность всех ответвлений, – где-то в подвале, или гараже может быть повреждена изоляция.

Проверка УЗО (рис.2)

Защитить УЗО

Поскольку упомянуты защитные автоматы, стоит напомнить ещё одно важное правило: УЗО не рассчитано на срабатывание от перегрузки и короткого замыкания. В этом случае, вместо защиты от воспламенения, оно само станет причиной пожара в щитке.

Поэтому осуществляется дополнительная защита от сверхтоков с помощью связки УЗО + автомат. При превышении номинального тока автомата, он сработает, но с некоторой задержкой. Номинальный ток устройства защитного отключения означает предел работоспособности. При его превышении будут сильно нагреваться внутренние элементы, что приведёт к повреждению прибора.

Поэтому, номинальный ток для УЗО выбирают на одно значение выше, чем у защищающего автомата.

УЗО и автомат вместе , дифавтомат включает два этих элемента (рис.3)

Соединение нулевых проводов

При разветвлении сети с помощью некоторого количества автоматов, включённых после УЗО, возникает проблема с подключением нулевых проводов. Некоторые электрики пытаются впихнуть эти провода в выходное нулевое гнездо УЗО, подпиливая проводники, откусывая часть жилок в многожильном проводе.

Подключения больше двух проводов в один зажим не рекомендуется, по причине большого тепловыделения скрутки, а также, потому что возникает потребность много раз зажимать и откручивать клемму, что неблагоприятно сказывается на его надёжности.

Шина нулевая (рис.4)

Поэтому, выходные нули контура УЗО подсоединяют на отдельную нулевую, обязательно изолированную шину. В продаже имеется большое количество таких изоляторов, крепящихся как на дин рейку, так и на корпус щитка.

Вышеупомянутые правила действуют для всех нижеприведённых схем:

Подключение УЗО в однофазную сеть

Устройство будет работать как в двухжильной сети, так и с третьим дополнительным заземляющим проводом РЕ. Разным будет характер срабатывания – в первом случае устройство среагирует на ток, прошедший через человеческое тело.

Во втором варианте, при пробое изоляции на корпус внутри электроприбора, поражения не произойдёт вообще – устройство сработает сразу в момент неполадки. Для каждого УЗО в паспорте и на корпусе указана схема подключения. Простейший вариант подключения без заземления:

Пример подключение УЗО к розетке (рис.5)

Схема с заземлением:

Пример подключения УЗО с заземлением (рис.6)

Здесь жёлто-черной линией (рис.6) указан РЕ проводник, которого может не быть в старых сетях, а ноль является заземлённым. В этом случае, нулевые провода, уходящие в квартиру, следует отключить от нулевой шины и подключить на отдельную изолированную шину для контура УЗО.

На рисунке 7 пунктиром указаны нулевые проводники имеющейся старой проводки, которые нужно подключить к изолированной нулевой шине.

Подключение старой проводки к УЗО (рис. 7)

Подключение ЧЕТЫРЕХ ПОЛЮСНОГО УЗО в трехфазную сеть, используя нейтраль

Принципиально способ подключения ничем не отличается от предыдущего, просто больше проводов из-за дополнительных двух фаз, и нужно соблюдать порядок их подключения, особенно в случае использования трёхфазных электродвигателей, которые будут вращаться в обратную сторону, если поменять фазы местами.

рис.8

На рисунке 8 показана разветвлённая сеть с подключением двух трёхфазных и однофазного УЗО. Схема будет работать как с заземляющим проводником РЕ, так и без него.

Подключение четырехполюсного УЗО в трехфазную сеть без использования выходного нейтрального провода

Трёхфазные двигатели могут не иметь нулевого провода, его просто некуда подключать, поэтому схема подключения УЗО будет выглядеть таким образом(рис. 9):

рис.9

Электродвигатель, или другая аппаратура, имеющая соединения фаз звездой или треугольником, будет работать без нулевого провода. Кожух мотора должен быть заземлён, только в этом случае, если случится пробой обмоток на корпус, УЗО сработает.

Подключение четырехполюсного УЗО в однофазную сеть

Бывают случаи, что уже имеется трёхфазное УЗО, а нужно однофазное. Если требования по номинальным токам нагрузки и утечки подходят, то замена возможна, при подключении ноля на соответствующую клемму и фазы на любой из полюсов. Схема такая же, как для двухполюсного однофазного УЗО (рис.10).

рис.10

Итог:

• Подключать устройства следует соответствующего диаметра проводами ВВГ, проследив за тем, чтобы не было их натяжения, провисания, запутанности.
• При подключении нескольких УЗО, для каждого устройства должна быть своя нулевая шина и важно не перепутать нулевые проводники разных контуров, используя провода с разноцветной изоляцией, маркируя их дополнительно символьными обозначениями.
• Заземляющий проводник РЕ не влияет на принцип работы, с его помощью происходит моментальное отключение при появлении напряжения на корпусе электроприборов.

(PDF) Спонтанные эмульсии узо сосуществуют с сверхгибкими микроэмульсиями до узо

(13) Subramanian, D .; Анисимов М.А. Фазовое поведение и мезомасштаб

солюбилизация в водных растворах гидротропов. Равновесие в жидкой фазе.

2014 362, 170−176.

(14) Klossek, M. L .; Touraud, D .; Земб, Т .; Кунц, В. Структура и растворимость

в микроэмульсиях без поверхностно-активных веществ. ХимФисХим 2012,

13, 4116-4119.

(15) Rak, D .; Седлак, М.О мезомасштабной растворимости в жидких растворах и смесях

. J. Phys. Chem. B 2019,123, 1365–1374.

(16) Оствальд, W. Studien über die Bildung und Umwandlung fester

Körper. Z. Phys. Chem. 1897, 22, 289−330.

(17) Narayanan, T .; Sztucki, M .; van Vaerenbergh, P .; Léonardon, J .;

Gorini, J .; Claustre, L .; Север, Ф .; Морс, Дж .; Босеке П. Многоцелевой прибор

для сверхмалоуглового и когерентного рентгеновского рассеяния с временным разрешением

.J. Appl. Кристаллогр. 2018,51, 1511-1524.

(18) Lindner, P .; Швайнс, Р. Малоугловое рассеяние D11

Прибор

: новый эталон для SANS. Neutron News 2010,21,15−

18.

(19) Dewhurst, C.D .; Grillo, I .; Honecker, D .; Bonnaud, M .; Жака,

М .; Amrouni, C .; Perillo-Marcone, A .; Манзин, Г .; Кубитт Р. Прибор

для малоуглового рассеяния нейтронов D33 в Институте Лауэ —

Ланжевена. J. Appl. Кристаллогр. 2016,49,1−14.

(20) Muthig, M .; Прево, С .; Orglmeister, R .; Gradzielski, M. SASET:

программа для серийного анализа данных малоуглового рассеяния. J. Appl.

Кристаллография. 2013,46, 1187-1195.

(21) Перера, А. Предварительные пики упорядочения заряда и рассеяния в ионных жидкостях и спиртах

. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017,19, 1062-1073.

(22) Котларчик, М .; Чен, С. Анализ спектров малоуглового рассеяния нейтронов

полидисперсными взаимодействующими коллоидами.J. Chem. Phys.

1983,79, 2461-2469.

(23) Arleth, L .; Marčelja, S .; Земб, Т. Гауссовские случайные поля с двумя уровнями

-Модель для асимметричных микроэмульсий с ненулевой спонтанной кривизной

? J. Chem. Phys. 2001, 115, 3923−3936.

(24) Марчеля, С. Энтропия случайных гауссовских структур с высеченными уровнями при

различных объемных долях. Phys. Rev. E 2017,96, No. 042147.

(25) Arlt, W .; Маседо, М. Э. А .; Rasmussen, P .; Соренсен, Дж.M.

Сбор данных о равновесии жидкость-жидкость, часть 2 + 3, тройные системы,

тройные и четвертичные системы; Dechema, 1979; Vol. V.

(26) Bauduin, P .; Testard, F .; Земб, Т. Солюбилизация в алканах спиртами

как обратные гидротропы или «липотропы» .J. Phys. Chem. В

2008,112, 12354-12360.

(27) Кабальнов А.С. Могут ли мицеллы опосредовать массообмен между

каплями нефти. Langmuir 1994,10, 680-684.

(28) Кабальнов, А.; Веерс, Дж. Кинетика массопереноса в мицеллярных системах

: адсорбция поверхностно-активного вещества, кинетика солюбилизации и созревание.

Langmuir 1996,12, 3442-3448.

(29) Reutenauer, P .; Buhler, E .; Boul, P.J .; Candau, S.J .; Лен, Ж.-М.

Динамические полимеры на основе Дильса-Альдера при комнатной температуре

Химия. Chem. — Евро. J. 2009, 15, 1893−1900.

(30) Ланг, Б. Е. Растворимость воды в октан-1-оле от (275 до 369)

К. J. Chem. Англ.Данные 2012 г., 57, 2221−2226.

(31) Stephenson, S .; Offeman, R .; Робертсон, G .; Ортс, В. Этанол

и водоемкость спиртов: исследование молекулярной динамики. Chem.

англ. Sci. 2006, 61, 5834-5840.

(32) Chiappisi, L .; Грилло, И. Взгляд в Лимончелло: структура

итальянского ликера, обнаруженная с помощью малоуглового рассеяния нейтронов. АСУ

Омега 2018,3, 15407–154 15.

(33) Земб, Т .; Кунц, В. Слабая агрегация: современное состояние,

ожиданий и открытых вопросов.Curr. Opin. Коллоидный интерфейс Sci. 2016,

22, 113-119.

(34) Roger, K .; Olsson, U .; Закриссон-Осколкова, М .; Lindner, P .;

Cabane, B. Сверхнапухшие микроэмульсии, стабилизированные сдвигом, и

, захваченные термической закалкой. Langmuir 2011,27, 10447−

10454.

(35) Lopian, T .; Schöttl, S .; Прево, С .; Pellet-Rostaing, S .; Хоринек,

Д .; Kunz, W .; Земб, Т. Морфологии, наблюдаемые в сверхгибких микроэмульсиях

с присутствием сильной кислоты и без нее.ACS

Цент. Sci. 2016,2, 467−475.

(36) Gradzielski, M .; Langevin, D .; Соттманн, Т .; Стрей, Р. Малый угол

рассеяние нейтронов вблизи перехода смачивания: выделение микроэмульсий

из слабоструктурированных смесей. J. Chem. Phys. 1996,

104, 3782–3787.

(37) Roger, K .; Кабан, Б. Почему гидрофобные / водные интерфейсы

заряжены отрицательно? Энгью. Chem., Int. Эд. 2012,51, 5625−5628.

(38) Роджер К.; Кабан, Б. Незагрязненные гидрофобные / водные

Интерфейсы

не заряжены: ответ. Энгью. Chem., Int. Эд. 2012,51,

12943-12945.

(39) Robertson, A.E .; Phan, D.H .; Macaluso, J. E .; Куряков, В. Н .;

Журавлева, Е.В .; Bertrand, C.E .; Юдин, И. К .; Анисимов М.А.

Мезомасштабная солюбилизация и критические явления в бинарных и квази-

бинарных растворах гидротропов. Равновесие в жидкой фазе. 2016,407, 243−

254.

(40) Киношита, К.; Parra, E .; Needham, D. Новые чувствительные микро-

измерения динамического поверхностного натяжения и коэффициентов диффузии:

Подтверждены и протестированы на адсорбцию 1-октанола на микроскопической границе раздела воздух-вода

и его растворение в воде. J. Colloid Interface Sci.

2017 488, 166−179.

(41) Rezaee, M .; Assadi, Y .; Милани Хоссейни, магистр права; Aghaee, E .;

Ahmadi, F .; Бериджани, С. Определение органических соединений в воде

с использованием дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракции.J. Chromatogr. А 2006,

1116,1−9.

(42) Сарафраз-Язди, А .; Амири, А. Жидкофазная микроэкстракция.

TrAC, Trends Anal. Chem. 2010,29,1−14.

(43) Rezaee, M .; Yamini, Y .; Фараджи, М. Эволюция дисперсионной жидкости —

Метод жидкостной микроэкстракции. J. Chromatogr. A 2010,1217, 2342−

2357.

(44) Roger, K .; Olsson, U .; Schweins, R .; Кабане Б. Эмульсия

Созревание посредством молекулярного обмена на контактах с каплями.Энгью.

Chem., Int. Эд. 2015,54, 1452–1455.

(45) Roger, K .; Cabane, B .; Олссон, У. Образование контролируемых эмульсий размером 10-100 нм —

посредством суб-цикла PIT. Langmuir 2010, 26,

3860−3867.

(46) Subramanian, D .; Boughter, C.T .; Klauda, ​​J. B .; Hammouda, B .;

Анисимов М.А. Мезомасштабные неоднородности в водных растворах

малых амфифильных молекул. Фарадей Обсуди. 2014, 167, 217−238.

(47) Новиков, А.А .; Семенов, А.П .; Monje-Galvan, V .; Куряков, В.

Н .; Klauda, ​​J. B .; Анисимов М.А. Двойное действие гидротропов на границе раздела вода / нефть

. J. Phys. Chem. C 2017, 121, 16423–16431.

(48) Роджер К. Наноэмульсификация вблизи фазовой инверсии:

Разрушение бинепрерывных структур в системах нефть / поверхностно-активное вещество / вода.

Curr. Opin. Коллоидный интерфейс Sci. 2016,25, 120−128.

(49) Roger, K .; Botet, R .; Кабан, Б. Слияние отталкивающих

коллоидных капель: путь к монодисперсным популяциям.Langmuir

2013,29, 5689−5700.

(50) Френкель Дж. Общая теория гетерофазных флуктуаций и

Предпереходные явления. J. Chem. Phys. 1939,7, 538-547.

(51) Новиков А.А .; Семенов, А.П .; Кучерская, А. А .; Копицын, Д.

С .; Винокуров, В. А .; Анисимов М.А. Родовая природа межфазных

явлений в растворах неионных гидротропов. Langmuir 2019,35,

13480−13487.

(52) Кабальнов А .; Веннерстрём, Х.Стабильность макроэмульсии: пересмотр теории ориентированного клина

. Langmuir 1996,12, 276−292.

(53) Zhang, Y .; Чен, X .; Лю, X. Температурно-индуцированный обратимый —

Фазовый переход в микроэмульсии без ПАВ. Langmuir 2019,

35, 14358−14363.

(54) Califano, F .; Маури, Р. Замедление фазовой сегрегации

жидких смесей с критической точкой смешиваемости. AIChE J. 2018,64,

4047-4052.

Пабы Ленгмюра.acs.org/Langmuir Article

https://dx.doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c02935

Langmuir 2021, 37, 3817−3827

3827

(PDF) Синтез легированных серебром наносфер гидроксиапатита с использованием Узо эффект

M. Prekajski et al. / Обработка и применение керамики 10 [3] (2016) 169–174

Рис. 5. СЭМ-изображения образцов, прокаленных при 500 ° C: а) чистый ГАП, б) ГАП, легированный 2,5 мол.%, И

в) ГАП, легированный 5 мол.% Ag +

2. W.Пол, К. Шарма, «Разработка пористых сферических гранул гидроксилапатита

: применение для доставки белка

», J. Mater. Sci. Матер. Мед.,

10 (1999) 383–388.

3. С. Калита, С. Бозе, Х. Хосик, А. Бандиопадхай,

«Спекающие добавки на основе CaO-P2O5-Na2O для гидроксиапатитовой керамики

», Биоматериалы, 25

( 2004) 2331–2339.

4. A.M. Пьетак, Дж. Рейд, М.Дж. Стотт, М. Сэйер, «Замена Sili-

в биокерамике фосфата кальция

ics», Биоматериалы, 28 (2007) 4023–4032.

5. L.T. Банг, К. Исикава, Р. Осман, «Влияние температуры кремния

и температуры термообработки на морфол-

и механические свойства кремнийзамещенного гидроксиапатита

», Ceram. Int., 37 (2011) 3637–3642.

6. Р.В. Сугантхи, К. Элаяраджа, М.И. Ахима Джоши, V.

Сарат Чандра, E.K. Гириджа, С. Нараяна Калкура,

«Рост волокон стронцийзамещенного гидроксиа-

патита и высвобождение из него лекарственного средства», Mater.Sci. Англ. C, 31

(2011) 593–599.

7. J.T. Webster, A. Elizabeth, M. Schuleter, L.J. Smith,

B.E. Сламович, “Реакция остеобластов на атит гидроксиап-

, допированный двухвалентными и трехвалентными катионами”, Материалы Био-

, 25 (2004) 2111–2121.

8. М.И. Ахима Джоши, К. Элаяраджа, Р.В. Suganthi,

В. Сарат Чандра, С. Нараяна Калкура, «In vitro

замедленное высвобождение амоксициллина из наностержней лантана

гидроксиапатита», Curr.Прил. Phys., 11

(2011) 1100–1106.

9. А. Ясукава, К. Кандори, Х. Танака, К. Гото,

«Получение и структура карбонатного гидроксиа-

патита, замещенного тяжелыми редкоземельными ионами», Mater.

Рез. Бюл., 47 (2012) 1257–1263.

10. Ясукава А., Гото К., Танака Х., Кандори К.,

«Получение и структура гидроксиапатита кальция

, замещенного легкими редкими ионами», Коллоиды. Серфинг. А,

393 (2012) 53–59.

11. С. Ян, П. Ян, В. Ван, Дж. Ван, М. Чжан, Дж.

Лин, «Сольвотермический синтез и определение характеристик гидроксиапатита, легированного

Ln (Eu3 +, Tb3 +)», J. Коллоид

Интерфейс науки, 328 (2008) 203–210.

12. Дж. М. Конлон, Дж. Колодзейек, Н. Новотны, «Кробиальные пептиды Antimi-

из ранидных лягушек: таксономические и филогенетические маркеры

и потенциальный источник новых

терапевтических агентов», Биохим. Биофиз. Acta., 1696

(2004) 1–14.

13. C.S. Ciobanu, S.L. Iconaru, P.L. Coustumer,

L.V. Константин, Д. Предой, «Антибактериальная активность

наночастиц гидроксиапатита, допированных серебром,

против грамположительных и грамотрицательных бактерий»,

Наноразмер. Res. Lett., 7 [1] (2012) 324.

14. Ž. Radovanovi´

c, B. Joki´

c, Dj. Veljovi´

c, S. Dimitri-

jevi´

c, V. Koji´

c, R. Petrovi´

c, Dj.Jana´

ckovi´

c, «An-

тимикробная активность и биосовместимость Ag + — и

Cu2 + — легированный двухфазный гидроксиапатит / α-трикальций

фосфат, полученный из гидротермально синтезированного Ag +

— +

. допированный гидроксиапатит », Заявл.

Прибой. Наук, 307 (2014) 513–519.

15. С. Джадаланнагари, К. Дешмук, С.Р. Ramanan,

М. Ковшик, “Антимикробная активность наночастиц гидроксиапатита, допированных серебром

, совместимых с гемоком-

, синтезированных модифицированным золь-гель методом”, Прил.

Nanosci., 4 (2014) 133–141.

16. В. Станич, Д. Янацкович, С. Димитриевич, С.Б.

Танаскович, М. Митрич, М.С. Павлович, А. Крстич, Д.

Йованович, С. Райчевич, «Синтез антимикробных

монофазных нанопорошков гидроксиапатита, легированных серебром,

дер для инженерии костной ткани», Appl. Серфинг. Наук,

257 (2011) 4510–4518.

17. A. Peetsch, C. Greulich, D. Braun, C. Stroetges, H.

Rehage, B. Siebers, M. Köller, M.Эппл, «Наночастицы фосфата кальция, легированные серебром

: синтез, характеристика

и токсические эффекты в отношении малийских и прокариотических клеток млекопитающих

», Коллоидные поверхности B:

Biointerfaces, 102 (2013) 724–729.

18. S.L. Персиваль, П. Боулер, Д. Рассел, «Бактериальная резистентность к серебру при лечении ран», J. Hosp. Инфекция., 60

(2005) 1–7.

19. М. Туркоз, А. О. Атилла, З. Эвис, «Гидроксиапатиты, легированные серебром и фторидом

: исследование микроструктурных, механических и антибактериальных свойств

», Ce-

ram.Инт., 39 (2013) 8925–8931.

20. М. Черный, И. Фишбейн, Х.Д. Даненберг, Г.

Голомб, «Липофильные наносферы, нагруженные лекарственным средством до

173

Молекул | Бесплатный полнотекстовый | Эмульсии без поверхностно-активных веществ, содержащие эвгенол для солюбилизации имидаклоприда: физико-химические характеристики и токсичность по отношению к устойчивому к инсектицидам Cimex lectularius

2.1. Физико-химические характеристики эмульсий без ПАВ

Фазовая диаграмма тройной системы вода / эвгенол / этанол была тщательно изучена в нашем предыдущем исследовании, и было определено существование трех различных композиционных областей: (i) псевдо-однофазный, (ii) пре- узо и (iii) фазовое разделение [44].На рисунке 1 представлена ​​упрощенная фазовая диаграмма тройной системы, на которой указаны области состава, соответствующие трем типам смесей, возникающих для тройной системы. Псевдо-одиночные смеси, появляющиеся от богатых эвгенолом до богатых водой областей, макроскопически однородны. (прозрачные) и термодинамически стабильные образцы. Смеси до узо соответствуют прозрачным псевдо-одиночным смесям, одна из которых обогащена эвгенолом, а другая — водой. Область фазового расслоения соответствует мутным многофазным смесям [44].Это исследование сосредоточено на анализе способности составов, соответствующих двум макроскопически однородным областям состава (псевдо-синяя фаза и пре-узо), в качестве платформы для солюбилизации и транспортировки синтетического инсектицида: имидаклоприда. Измерения динамического рассеяния света (DLS) были выполнены для псевдо-однофазных и тройных смесей воды, эвгенола и этанола (обратите внимание, что только прозрачные смеси были проанализированы с помощью DLS) в отсутствие и в присутствии солюбилизированного имидаклоприда (конечная концентрация из 0.003 мас.%). Для простоты исследуемые образцы были разделены на три разные группы в зависимости от соотношения каждого компонента в образце (см. Таблицу 1). На рисунках 2, 3 и 4 показаны автокорреляционные функции интенсивности, полученные в экспериментах DLS для тройных смесей. . Анализ автокорреляционных функций интенсивности показывает худшую корреляцию для псевдо-однофазных смесей, чем для доузо-смесей, т.е. автокорреляционные функции интенсивности представляют более низкие значения для псевдо-однофазных смесей, чем для доузо-смесей.Более того, наихудшая корреляция в экспериментах DLS была обнаружена для смесей, в которых основным компонентом является этанол, то есть смесей, в которых не менее 50% от общей массы смеси составляет этанол. Это может иметь различное происхождение: (i) низкая концентрация разбросов и (ii) небольшой размер разбросов. В обоих случаях можно ожидать плохого контраста в измерениях DLS. Следует отметить, что наихудшая корреляция в экспериментах по DLS была обнаружена для смесей, в которых основным компонентом является этанол, т.е.е. смеси, в которых не менее 50% от общего веса смеси составляет этанол. Таким образом, учитывая смешиваемость этанола либо с эвгенолом, либо с водой, эта слабая корреляция (см. Рис. 2а, рис. 3а, рис. 2b и рис. 3b соответственно) предполагает возможное образование псевдо-водно-спиртового раствора, в котором капли диспергированного фаза имеет размеры, сравнимые с молекулярным масштабом, т. е. дисперсия в непрерывной фазе происходит почти на молекулярном уровне, подобно тому, что происходит в реальных растворах.Следовательно, определение реального размера диспергированных капель на основе анализа автокорреляционных функций интенсивности кажется физически необоснованным, что требует обсуждения в терминах среднего времени релаксации (обратите внимание, что среднее время релаксации прямо пропорционально кажущийся гидродинамический диаметр). По мере приближения к области доузо и сближения составов трех соединений тройной смеси была обнаружена лучшая корреляция в результате увеличения размера диспергированных капель, что связано с приближением к разделение фаз.Вышеупомянутое обсуждение согласуется с увеличением среднего времени релаксации (см. Рисунок 5), которое тем выше, чем ближе область до узо из-за увеличения размера рассеянных рассеивателей. Аналогичный вывод можно сделать из увеличения интенсивности рассеяния (см. Также рис. 5b) для смесей в непосредственной близости от области до узо, что свидетельствует о лучшем оптическом контрасте между диспергированной и непрерывной фазами, который является результатом увеличения размер капель и ухудшение диспергирования.Включение имидаклоприда в полученные дисперсии (конечная концентрация 0,003 мас.%) Существенно не изменяет характеристики образцов. На рис. 2, 3 и 4 для сравнения показана функция автокорреляции интенсивности для смесей без и с введенным имидаклопридом. Включение инсектицида существенно не меняет автокорреляционные функции интенсивности, при этом среднее время релаксации остается почти таким же после включения имидаклоприда (см. Рисунок 5).Отсутствие каких-либо значительных изменений можно считать признаком ограниченного воздействия имидаклоприда на стабильность составов. Это подтверждается с учетом значений интенсивности рассеяния, которые не показывают каких-либо значительных изменений при включении имидаклоприда. Стоит отметить, что даже несмотря на то, что эффект имидаклоприда в смесях довольно ограничен, наименьшие эффекты были обнаружены для смесей в области доузо. Это может доказать, что образование четко очерченных капель создает благоприятную среду для диспергирования плохо растворимого лекарственного средства, не влияя на стабильность составов.

2.2. Инсектицидная активность составов против устойчивого штамма C. lectularius

В этом разделе анализируется влияние эмульсий без поверхностно-активного вещества, содержащих имидаклоприд, на устойчивый к пиретроиду штамм клопов, и не проводится сравнение с каким-либо чувствительным штаммом. Это связано с тем, что воздействие на восприимчивый штамм клопов эмульсии без поверхностно-активного вещества, содержащей высокую дозу имидаклоприда, не должно приводить к значительному изменению смертности или может незначительно увеличить такую ​​смертность, если в составе присутствует синергизм, по сравнению с обнаруженным после применения той же дозы имидаклоприда по другому протоколу.Это рационализировано с учетом того, что методология распределения инсектицидов не изменяет их химическую природу, и, следовательно, их воздействие на восприимчивых насекомых следует считать аналогичным независимо от протокола, используемого для его применения. Таким образом, обсуждение этого исследования сосредоточено на влиянии составов на устойчивый штамм, что создает множество проблем, связанных с его химическим контролем.

Смертность, вызываемая имидаклопридом, разведенным в воде, эвгеноле, этаноле и их трехкомпонентных смесях, оценивалась после местного нанесения и распыления полученных препаратов против взрослых особей Cimex lectularis L.колония, устойчивая к пиретроиду. Результаты, полученные при применении растворов имидаклоприда в чистых растворителях против постельных клопов, показали, что имидаклоприд в этаноле обладает значительно более высокой инсектицидной эффективностью, чем когда растворителем является вода или эвгенол (F = 58,50; p = 0,0001), при этом смертность от постельных клопов составляет около 73 ± 7% (среднее значение ± стандартная ошибка среднего) тестируемой популяции (почти в три раза выше, чем полученное для растворов имидаклоприда в эвгеноле, и почти в 10 раз выше, чем смертность, полученная для водных растворов имидаклоприда, как показано на рисунке 6а).Результаты, полученные для тройных смесей после их местного применения, выявили значительные различия в их эффективности с важной зависимостью от конкретного состава анализируемой тройной смеси. Смеси в районе доузо или рядом с ним свидетельствуют о гибели около 50% подвергшихся воздействию насекомых (рис. 6). Это более ясно из анализа смертности, вызванной составами с включенным имидаклопридом, принадлежащими путям II и III, где не было обнаружено значительных изменений в индуцированной смертности при изменении состава смеси (F = 0.39, p = 0,77 и F = 2,19, p = 0,19, для пути II и пути III соответственно). Стоит отметить, что средняя смертность во всех случаях была выше для образцов на пути III, которые имеют одинаковую массовую долю трех компонентов. Это подтверждает усиление инсектицидной активности препарата, относящегося к региону доузо. Ситуация кажется более сложной для образцов, относящихся к пути I (вода содержит фиксированное значение, F = 15,67, p = 0,001), где были обнаружены значительные различия в их инсектицидной эффективности без каких-либо видимых объяснений.На этом пути смертность, вызванная обработками B и C (> 50%), была значительно выше, чем смертность, полученная при лечении A (6,67%). Несмотря на отсутствие какого-либо рационального объяснения обсуждаемых различий, сценарий согласуется со сценарием, обнаруженным при анализе применения аэрозольных составов (рис. 7). Для последних биотестов смертность, связанная с обработками на основе растворов имидаклоприда в чистых растворителях, во всех случаях остается в диапазоне 10–20% подвергшихся воздействию насекомых, и не было обнаружено значительных различий между смертностью, полученной в результате применения. растворов инсектицидов в различных растворителях (F = 0.65; p = 0,55). Действие тройных смесей, содержащих имидаклоприд, при нанесении распылением качественно аналогично тому, которое обнаружено для смесей, применяемых местно, без какой-либо существенной разницы между результатами, полученными с образцами, соответствующими тому же пути (путь I: F = 2,09 , p = 0,18; путь II: F = 0,71, p = 0,57; путь III: F = 1,40; p = 0,32). Опять же, образцы, принадлежащие путям II и III, продемонстрировали высокий уровень инсектицидной активности, со смертностью от 50% до 80% насекомых, подвергшихся воздействию распыления (рис. 7c, d).Лучшее понимание взаимосвязей, существующих между физико-химическими свойствами составов и их инсектицидной активностью, составом образцов, интенсивностью рассеяния, т. Е. Размером капель, и данными о смертности может быть получено путем анализа в терминах обобщенной линейной модели ( GLM) для спрея и местного лечения. Было обнаружено, что увеличение содержания эвгенола в образцах связано с увеличением размера агрегатов (увеличением интенсивности рассеяния) (pTable 2 суммирует данные, полученные в результате анализа с использованием GLM.Приведенные выше результаты свидетельствуют о том, что использование состава на основе смесей до узо, содержащих имидаклоприд (0,003% масс., Дискриминантная доза (DD) ≈ 5 раз × LD ₉₉ чувствительный штамм) против устойчивых клопов приводит к значительно более высокой смертности, чем обычные составы. . Это очевидно, если учесть, что коэффициент устойчивости к имидаклоприду в штамме Retiro-R в 54 раза больше, чем у чувствительного штамма [18]. Однако, поскольку устойчивость к имидаклоприду была еще выше в нескольких популяциях Cimex lectularius, отобранных в США [45,46] и Аргентине [18], полученные здесь результаты также следует сравнивать с результатами, полученными при оценке с различными штаммами постельных клопов. принадлежат к ряду коэффициентов устойчивости, чтобы обеспечить большую последовательность для их потенциального применения в борьбе с вредителями и управлении устойчивостью.Кроме того, местное применение имидаклоприда, солюбилизированного в составах тройных смесей, обеспечило основу для снижения применяемой дозы до значения в 3,5 раза ниже, чем LD ₅₀ , то есть дозы, которая вызывает 50% смертности обработанных насекомых. соответствующие устойчивым клопам [18]. Несмотря на то, что инсектицидный эффект, производимый эмульсиями без поверхностно-активного вещества, содержащими имидаклоприд, не позволил достичь 100% -ной смертности, эти результаты являются многообещающими для будущих оценок в различных экспериментальных условиях.В предыдущем исследовании эффективность многих коммерческих продуктов, содержащих синтетические инсектициды (двойные продукты пиретроидов и неоникотиноидов, карбаматы) или зеленые инсектициды (диатомовая земля, аморфный силикагель, ЭО), оценивалась на устойчивом и восприимчивом штамме клопов [47 ]. Результаты показали, что при той же маркированной дозе смертность устойчивых клопов была ниже 50% для любого из этих составов, а также продемонстрировали отсутствие доступных вариантов для борьбы с клопами.Dang et al. [22] оценили эффективность различных инсектицидов с использованием ряда растворителей и поверхностей в биопробах на токсичность при прямом контакте с постельными клопами. Их результаты показали повышенную эффективность обработки имидаклопридом на масляной основе по сравнению с инсектицидом, разведенным в ацетоне. Подобный эффект ожидается в результате присутствия эвгенола в тройных смесях, что позволяет усилить инсектицидный эффект имидаклоприда при непосредственном нанесении составов на постельных клопов.Эвгенол представляет собой монотерпеновый компонент эфирного масла гвоздики [48], и его биоактивность в качестве инсектицида и репеллента была продемонстрирована на нескольких видах насекомых [49,50,51,52]. Кроме того, эвгенол и другие эфирные масла могут вызывать изменения в двигательной активности триатомов (Heteroptera: Reduviidae) [53]. Reynoso et al. [36] наблюдали, что нимфы Triatoma infestans с гиперактивированными эвгенолами получали больше инсектицида, а затем становились отравленными быстрее, чем негиперактивированные нимфы при воздействии на обработанную перметрином поверхность.Недавно Gaire et al. [54] оценили нейротоксическое действие 15 известных компонентов ЭО на клопов. Местное применение эвгенола не дало точного значения смертности, а активность фумиганта была промежуточной по сравнению с другими монотерпенами, такими как карвакрол или тимол. Однако заметный нейроингибиторный эффект наблюдался в электрофизиологических исследованиях, хотя целевые участки для большинства ЭО все еще неизвестны, было высказано предположение, что эвгенол действует на рецепторы октопамина нервной системы насекомых [55].Singht et al. [56] продемонстрировали пониженную эффективность коммерческих «экологически чистых» продуктов на основе смесей ЭО по сравнению с препаратами на основе пиретроидов и неоникотиноидов в отношении устойчивых к инсектицидам постельных клопов. Их результаты показали, что прямое опрыскивание нимф постельных клопов имело инсектицидный эффект 90% после 10 дней обработки, а смертность составила 20-40% после 14 дней воздействия этих составов ЭО. В том же исследовании авторы отметили, что прямое распыление эмульсии кедрового масла (10% масла и 0.8% 2, 6, 8-триметил-4-нонилоксиполиэтиленоксиэтанола в качестве поверхностно-активного вещества) вызвали только 20% смертности устойчивых насекомых и предположили, что концентрации ЭО в коммерческих составах слишком низки, чтобы оказывать значительное инсектицидное действие на постельных клопов. Более того, токсический эффект эвгенола в дозах 0,15 мл / см ² , 0,003 мл / 43 см ² и 10 мкл / г наблюдался у других видов насекомых, таких как Periplaneta americana [57], Aedes aegypti. [58,59] и Coptotermes formosanus Shiraki [48] соответственно.

Стоит отметить, что в настоящем исследовании применение тройных смесей, содержащих имидаклоприд, приводит к более высокой смертности (острая токсичность) при нанесении распылением, чем при местном применении. Этот результат можно объяснить, учитывая лучшее распределение образцов в группах насекомых, когда нанесение выполняется с использованием спрея. Кроме того, результаты ясно показывают, что количество эвгенола является критическим параметром для изготовления эффективных платформ для инкапсуляции имидаклоприда.Это соображение подкрепляется тем фактом, что самая высокая смертность была обнаружена для смесей, принадлежащих к регионам до узо.

Универсальные нанокапли разветвляются от ограничения эффекта Узо

Значимость

Явление спонтанного образования нанокапель, называемое «эффектом Узо», является основой многих процессов, от приготовления фармацевтических продуктов до создания косметических средств и инсектицидов, жидкости — жидкая микроэкстракция. В этой работе делается попытка отделить эффекты градиентов концентрации от внешней динамики перемешивания путем пространственно-временного отслеживания образования нанокапель из-за эффекта Узо, заключенного в квазидвумерную геометрию.Мы наблюдаем поразительные универсальные разветвленные структуры зарождающихся капель под действием внешнего диффузионного поля, аналогичные разветвлению потоковых сетей в крупном масштабе, и повышенную локальную подвижность коллоидных частиц, обусловленную градиентом концентрации, возникающим в результате развития структур ветвлений. Мы также демонстрируем, что эти нанокапли могут быть использованы для одноэтапной наноэкстракции и обнаружения.

Abstract

Мы сообщаем о самоорганизации универсальных паттернов ветвления масляных нанокапелек под действием Узо [Vitale S, Katz J (2003) Langmuir 19: 4105–4110] — явление, при котором спонтанное образование капель происходит при разбавление органического раствора масла водой.Смешивание органической и водной фаз ограничено квазидвумерной геометрией. Подобно разветвлению сетей наземных потоков [Devauchelle O, Petroff AP, Seybold HF, Rothman DH (2012) Proc Natl Acad Sci USA 109: 20832–20836 и Cohen Y, et al. (2015) Proc Natl Acad Sci USA 112: 14132–14137], но в масштабе на 10 порядков меньше, углы между ветвями капель демонстрируют удивительную универсальность со значением около 74 ° ± 2 °, независимо различных управляющих параметров процесса.Численное моделирование показывает, что эти схемы ветвления нанокапель регулируются взаимодействием между локальным градиентом концентрации, диффузией и коллективными взаимодействиями. Мы также демонстрируем способность локального градиента концентрации управлять автономным движением коллоидных частиц в сильно ограниченном пространстве и возможность использования зародышевых нанокапель для наноэкстракции гидрофобных растворенных веществ. Понимание, полученное в результате этой работы, обеспечивает основу для количественного понимания сложных динамических аспектов, связанных с эффектом Узо.Мы ожидаем, что это будет способствовать улучшению контроля образования нанокапель для многих приложений, начиная от приготовления фармацевтических полимерных носителей и заканчивая составом косметических средств и инсектицидов, изготовлением наноструктурированных материалов, концентрацией и разделением следовых количеств аналитов в жидкости — жидкая микроэкстракция.

Сноски

• Автор: X.H.Z. разработал проект; З.Я.Л. разработала экспериментальную установку; З.Я.Л. и М.Х.К. провели эксперименты; М.Х.К. провели анализ данных и подготовили рисунки; X.J.Z. провели численное моделирование; L.Y.Y., D.L. и X.H.Z. интерпретировал результаты; и Д. и X.H.Z. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS. M.P.B. является приглашенным редактором по приглашению редакционной коллегии.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1704727114/-/DCSupplemental.

Визуализация распространения света с помощью мультифокальных интраокулярных линз с использованием эффекта Узо

Количество корректирующих пресбиопию интраокулярных линз (ИОЛ) увеличивается, и постоянно появляются новые технологии, направленные на коррекцию потери аккомодации после операции по удалению катаракты. Были предложены различные оптические конструкции для реализации мультифокальности или увеличенной глубины резкости (EDOF).В зависимости от оптического принципа имплантированной линзы визуальные характеристики часто ухудшаются из-за наложения отдельных плоскостей изображения и ореолов различной интенсивности. Это экспериментальное исследование представляет концепцию визуализации световых полей и особенно ореолов моно- и мультифокальных ИОЛ с использованием хорошо известного алкогольного напитка «узо» с целью получения качественных данных о характеристиках изображения. Мы пришли к выводу, что узо является полезной, рентабельной и экологически чистой средой для визуализации луча и альтернативой флуоресцеину или молоку, которая может найти применение в образовательных целях.

1. Введение

Помимо монофокальных интраокулярных линз (ИОЛ), которые генерируют один фокус на определенном расстоянии, существуют различные способы создания двух или более фокусов с помощью различных оптических принципов. Мультифокальные линзы статически создают два или более очага на разных расстояниях одновременно, чтобы обеспечить пациенту независимость от очков для зрения вдаль и вблизи [1]. Комбинации дифракционной оптики в виде зонных пластинок Френеля и преломляющих свойств оптического материала представляют собой наиболее распространенный тип мультифокальных ИОЛ.Также были представлены чисто рефракционные мультифокальные линзы; примерами здесь являются ИОЛ ReZoom ™ (American Medical Optics, Санта-Ана, США) и недавно представленный Lentis® MPlus (Oculentis GmbH, Берлин, Германия) или сегментированные бифокальные линзы SBL-2 и SBL-3 (Lenstec, Inc. , Санкт-Петербург, Флорида, США). Конструкция ИОЛ ReZoom ™ была основана на концентрических кольцевых зонах с переменной преломляющей силой, тогда как Lentis® MPlus имеет неротационно-симметричную сегментированную конструкцию [2]. Совершенно новая концепция реализована в ИОЛ Tecnis® Symfony® (Johnson & Johnson Vision, Санта-Ана, США), которая по сути представляет собой дифракционную мультифокальную ИОЛ, предназначенную для обеспечения увеличенной глубины резкости (EDOF) [3–5].Также были предложены другие концепции, такие как преломляющие линзы EDOF [6], линзы светового меча [7], имплантаты с малой апертурой [8] и аккомодационные ИОЛ [9]. Определенное количество света «теряется» из-за (неиспользованных) высших порядков дифракции при использовании зонных пластин Френеля. Эти более высокие дифракционные порядки не вносят вклад в формирование изображения, но свет достигает плоскости сетчатки. Наложение отдельных изображений и неиспользованный свет от более высоких порядков дифракции вызывает образование ореолов и ухудшение контраста изображения (иногда называемое «восковым зрением») [10–12].Об этих ореолах часто сообщают пациенты [10, 13], но, тем не менее, многие пациенты удовлетворены визуальными характеристиками мультифокальных ИОЛ. Хорошо известно, что зрительные характеристики с мультифокальными линзами улучшаются в течение первых месяцев после операции за счет нейронной адаптации к измененному зрительному ощущению [14, 15]. Kaymak et al. показали, что тренировка может ускорить эту фазу адаптации [15]. Однако некоторые пациенты страдают стойкими нарушениями зрения, ограничивающими качество их жизни. В некоторых случаях из-за стойкого зрительного дискомфорта приходится эксплантировать мультифокальные ИОЛ и заменять их монофокальными ИОЛ [16, 17].

Несколько исследователей предоставили изображения, показывающие распространение света мультифокальных линз, чтобы улучшить понимание формирования изображения и неизбежного наложения изображений. Эти авторы в основном использовали сухое молоко [18] или флуоресцеин [19, 20] в качестве среды рассеяния / флуоресценции для визуализации света, выходящего из ИОЛ. Узо — это знаменитый греческий традиционный алкогольный напиток со вкусом аниса. Подобные алкогольные напитки распространены в Средиземном море, например, «Пастис» во Франции, «Самбукка» в Италии или «Раки» в Турции.Хорошо известно, что узо при растворении в воде создает так называемый «эффект узо» [21]: хотя и вода, и узо являются прозрачными жидкостями, смесь обоих выглядит молочно-белой. Этот эффект вызван диспергированием микрокапель масла в растворителе; размер капель обычно составляет от 0,3 мкм от мкм до 1,5 мкм в диаметре [22]. Такие эмульсии могут быть стабильными в течение длительного периода времени и используются в различных технических приложениях [23]. Поэтому мы предположили, что смесь узо и воды может быть полезной средой для световой визуализации.

Целью данного исследования было выполнение экспериментальной процедуры для характеристики ореолов моно- и мультифокальных ИОЛ и для получения качественной информации о характеристиках изображения. В этой работе описывается разработка такой установки и представлены первые результаты, а также их интерпретация.

2. Методы

Методы были заимствованы у Reiss et al. [19]. Установка состоит из монохроматического линейного источника света, модели глаза и системы получения изображения.Система получения изображений включает в себя цифровую однообъективную зеркальную камеру (DSLR) потребительского класса (D3300, Nikon Corp., Токио, Япония) и блок микроскопа щелевой офтальмологической лампы (SL30, Carl Zeiss Meditec AG, Оберкохен, Германия) ( Рисунок 1). В качестве источника света используется модуль твердотельного лазера с диодной накачкой и длиной волны 532 нм (CW532-30, Roithner Lasertechnik GmbH, Австрия) и диаметром луча 1,5 мм. Расширитель обращенного луча дополнительно уменьшает диаметр лазерного луча, а линза Пауэлла (генератор лазерных линий № 43-473, Edmund Optics GmbH, Карлсруэ, Германия) генерирует расходящуюся лазерную линию с однородным распределением интенсивности.Цилиндрическая линза (CL, f = 40 мм) затем коллимирует лазерный вентилятор в одном измерении (рис. 1 (а)). Щелевой упор (SS, ширина 0,3 мм) используется для формирования прямоугольной лазерной линии. Компоненты модели глаза представляют собой ахроматический дублет (LAO0434, Melles Griot BV, Didam, Нидерланды), служащий моделью роговицы в соответствии с ISO 11979-2: 2014 [24], и исследуемую ИОЛ в кювете (700-000-20 -10, Hellma GmbH & Co. KG, Мюльхайм, Германия). Кювета наполнена сбалансированным физиологическим раствором (BSS, раствор Рингера, Baxter Deutschland GmbH, Unterschleißheim, Германия) и алкогольным напитком со вкусом аниса (Ouzo 12, 38 об.-% спирта, Kaloyiannis-Koutsikos Distillers S.A., Волос, Греция). Упор диафрагмы (AP = 4,5 мм) размещается непосредственно перед ИОЛ для имитации физиологического зрачка. Размещение образца в кювете осуществляется с помощью специального держателя ИОЛ (Rotlex (1994) Ltd., Омер, Израиль), а сама кювета помещается на специальный предметный столик, напечатанный на 3D-принтере из полиактида (PLA) с помощью 3D-печати потребительского уровня. принтер (Ultimaker 2Go, Ultimaker BV, Гелдермалсен, Нидерланды). Пользовательский столик с кюветой был помещен на линейный столик, позволяющий правильно центрировать ИОЛ относительно луча.Фотография экспериментальной установки представлена ​​на рисунке 2.

2.1. Получение и анализ изображений

Изображения были получены цифровой зеркальной камерой через USB с использованием внешнего программного обеспечения (digiCamControl [25]), чтобы минимизировать вибрацию устройства сбора изображений во время экспонирования. Для получения изображений с ИОЛ мы использовали увеличение микроскопа. Полученные необработанные фотографии загружали в MATLAB (The MathWorks, Inc., Натик, США) и растягивали по вертикали в четыре раза.Затем мы проанализировали осевое распределение света в самом ярком ряду изображения и определили расположение фокусов. Мы использовали сглаживание по Гауссу, чтобы уменьшить шум на изображении. Осевое и поперечное распределение света в фокусах были нанесены на график, чтобы определить величину света, окружающего фокусы, чтобы можно было оценить ореол.

2.2. Среда для визуализации

Перед съемкой изображений с помощью ИОЛ мы определили оптимальную концентрацию узо в чистой воде для наилучшего контраста изображения (рис. 3).Поэтому мы поместили ИОЛ в стеклянную ячейку. Первоначальное количество воды составляло 240 мл, а затем мы добавили в кювету 10 мл узо, наблюдая за контрастностью и качеством изображения.

2.3. Интраокулярные линзы

Были проанализированы пять ИОЛ с различными оптическими концепциями: одна монофокальная асферическая линза, дифракционная и асимметричная сегментированная рефракционная бифокальная ИОЛ, дифракционная линза EDOF и дифракционная трифокальная ИОЛ с EDOF (Таблица 1).

3. Результаты

Мы нашли оптимальный контраст изображения при концентрации 10.7% узо (3 мл, смешанные с 25 мл BSS). Мы продолжили работу с ИОЛ, используя эту концентрацию узо. Фотографии пяти различных образцов показаны на рисунках 4–8. Монофокальная ИОЛ показывает единственный отчетливый фокус (Рисунок 4) без каких-либо окружающих ореолов, тогда как ИОЛ EDOF не показывает отчетливого резкого фокуса (Рисунок 5). Мультифокальные линзы показали ожидаемое количество фокусных точек. Рефракционная бифокальная ИОЛ (рис. 6) показала асимметричные световые конусы с верхним фокусом на ближнем расстоянии и нижним фокусом на дальнем расстоянии (обратите внимание, что это произвольно, поскольку мы не позаботились о правильном размещении вверх / вниз).Таким образом, оба изображения не будут концентрическими, а будут децентрированно перекрываться. Клинические результаты этой ИОЛ показывают, что размещение зоны ближнего добавления не влияет на визуальный результат [26]. Дифракционная бифокальная линза показала два отчетливых коаксиальных фокуса (рис. 7). Ореолы можно было «увидеть» вокруг отдельных фокусных точек во всех мультифокальных линзах, включая линзу EDOF. Ореолы казались более заметными в трифокальной линзе (Рисунок 8), чем в бифокальной линзе (Рисунок 7) и в линзе EDOF (Рисунок 5).Дифракционные линзы имели симметричные ореолы вокруг фокусов (рис. 5, 7 и 8), тогда как ореол преломляющей бифокальной линзы был асимметричным (рис. 6).

4. Обсуждение

С помощью этой установки мы смогли визуализировать различные концепции мультифокальной ИОЛ, демонстрируя принцип работы неосимметричной рефракционной мультифокальной ИОЛ по сравнению с более широко используемой дифракционной. принцип мультифокальной ИОЛ.Монофокальные и бифокальные ИОЛ показали ожидаемое количество фокальных точек: монофокальные ИОЛ показывают единственный резкий фокус без каких-либо окружающих ореолов. С бифокальными ИОЛ и ИОЛ EDOF можно было идентифицировать два фокуса, которые оба были окружены расфокусированным светом из дополнительного фокуса. С трифокальной линзой три фокуса нельзя было четко идентифицировать по осевому распределению, и гало казались более заметными, чем в бифокальных линзах и линзах EDOF. Однако прямое сравнение количества ореолов невозможно, так как расположение и интенсивность ореолов зависят от диаметра зрачка, базовой оптической силы и дополнительной оптической силы ИОЛ [27].Это также серьезное ограничение текущей работы, поскольку тестируемые линзы имели разную базовую оптическую силу (и дополнительную оптическую силу). Однако диаметр зрачка был фиксированным. Дальнейшие эксперименты с ИОЛ с аналогичной базовой оптической силой должны предоставить более точную информацию о размерах ореолов между линзами.

Использование узо в качестве средства визуализации светового пути, создаваемого различными ИОЛ, представляет собой простую концепцию, которую можно использовать в любом образовательном эксперименте. Ситникова и др. обнаружили, что эмульсия узо-вода может оставаться стабильной в течение нескольких месяцев [23] и не подвержена фоторазложению, что делает ее полезной тестовой средой.Другие разведения, такие как сухое молоко [18] или флуоресцеин [19, 20], которые использовались в предыдущих публикациях, со временем могут разлагаться или отделяться от воды. Однако качество изображения ухудшалось из-за шлирена и частых ярких пятен / полос, происходящих от кристаллов солевого раствора (как они были замечены в чистом BSS и флуоресцеине также в BSS, сравните Рисунок 9), пыли или масляных капель. Полосы возникают из-за относительно длительного времени выдержки (1/4 с) при съемке фотографий. Из-за низкой концентрации узо многократное рассеяние или поглощение искажало измерения.Щелевой упор вызывал некоторую дифракцию, но из-за низкой интенсивности дополнительных максимумов не наблюдалось никакого влияния на качество фотографии. Поскольку рассеивающие среды, такие как молоко или узо, не зависят от длины волны, используемой в установке, анализ можно проводить практически с любой длиной волны света. Следовательно, это также может быть полезно для исследования дисперсионных свойств интраокулярных линз. Другие среды визуализации, например флуоресцентные красители, такие как флуоресцеин, имеют преимущество меньшего количества эффектов шлирена и рассеяния, когда они используются только в флуоресцентном режиме (сравните рисунки 9 и 10), но они сильно зависят от длины волны возбуждающего света.Reiss et al. и Son et al. [19, 20] использовали флуоресцеин в сочетании с зеленым лазером, который не учитывает полную квантовую эффективность флуоресцеина (рис. 11). Следовательно, требуется более высокая интенсивность лазера, которая также делает видимым рассеянный свет. Оптимальная длина волны возбуждения составляет прибл. 515 нм, который использует полную квантовую эффективность флуоресцеина, требуя меньшей интенсивности лазера. Вместо этого мы использовали лазер с длиной волны 405 нм, который обеспечивает более высокую квантовую эффективность с флуоресцеином, чем с длиной волны 532 нм, и свет возбуждения / испускания можно оптически разделить с помощью оптических фильтров.Однако длина волны 405 нм менее интересна с точки зрения зрительного восприятия, поскольку чувствительность сетчатки примерно в десять раз меньше, чем у зеленого света. Мы также экспериментировали с флуоресцеином, используя две длины волны 532 нм и 405 нм, что позволило нам визуализировать дисперсию интраокулярной линзы путем переключения между обоими источниками света при оставшейся на месте ИОЛ (рис. 10). Эти эксперименты проводились без модели роговицы и с большей кюветой, чтобы увеличить световой путь.

Еще одним ограничением этой работы является то, что эти изображения не отражают реальность в человеческом глазу, где все фокусные точки будут накладываться друг на друга из-за разного расстояния до объекта. Эти изображения могут просто дать представление об основных оптических принципах различных ИОЛ. Кроме того, качество изображения было недостаточным для количественного исследования распределения света. Следовательно, наш метод не подходит для оценки качества изображения, он может дать только оценку ожидаемого количества ореолов и не коррелирует с фактическими ореолами, которые может воспринимать пациент.В следующем исследовании мы разработали модифицированную установку и метод [30], которые позволят четко разделить свет, влияющий на отдельные фокусные точки для зрения на близком и дальнем расстоянии.

Были предложены другие методы и тестовые устройства, позволяющие детально анализировать качество изображения монофокальных и мультифокальных ИОЛ. Эти методы в основном основаны на отображении точечного источника света [31–34] на камеру. Затем подключенная компьютерная система используется для получения функции передачи модуляции (MTF) из функции рассеяния точки (PSF) с целью количественной оценки визуализирующих свойств ИОЛ.Эти методы основаны на базовой теории оптических систем и были реализованы в нескольких коммерчески доступных устройствах, таких как OPAL Vector System (Image Science Ltd., Оксфорд, Великобритания), PMTF (Lambda-X SA, Nivelles, Бельгия), и OptiSpheric IOL (TRIOPTICS GmbH, Ведель, Германия). Хотя эти методы очень точны при количественной оценке качества изображения ИОЛ, они могут предоставить только ограниченную информацию о формировании ореолов или распространении света путем записи данных PSF / MTF через фокусировку.В других методах используются расширенные объекты, такие как щелевые / перекрестные мишени или гистограммы / буквенные диаграммы, для отображения через ИОЛ [35–38]. Эти диаграммы позволяют лучше понять визуальные эффекты качества изображения, включая влияние ореолов на качество изображения. Возможность измерения качества изображения с помощью гистограмм или буквенных диаграмм ограничена, но сопоставимость с результатами остроты зрения может быть лучше. Еще более интуитивно понятными, но с ограниченной измеримостью являются системы, используемые для «имитации» зрения пациента после имплантации ИОЛ; такие системы были предложены Eisenmann et al.[39], Kusel & Rassow [40] и Pujol et al., Который был реализован в устройстве VirtIOL [41, 42]. Эти методы позволяют проводить психофизическую оценку качества изображения и размера ореолов и особенно интересны для консультации пациента перед имплантацией (мультифокальной) ИОЛ.

В заключение мы пришли к выводу, что узо является полезной, рентабельной и экологически чистой средой для визуализации луча и альтернативой флуоресцеину или молоку. Однако макроскопические капли масла приводят к неоднородному освещению луча, что ограничивает возможность использования для количественных измерений.Таким образом, метод узо можно использовать в первую очередь в образовательных целях, чтобы понять принципы работы мультифокальных интраокулярных линз. Другие приложения включают образовательные проекты для визуализации распространения луча в дополнение к анализу качества изображения.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Мы выражаем признательность за исследовательский грант Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, Федеральное министерство образования и исследований Германии) 03VP00842.

Сборка пористых супрачастиц посредством самосмазывающихся испаряющихся коллоидных капель узо

Nat Commun. 2019; 10: 478.

Huanshu Tan

¹ Physics of Fluids Group, Max-Planck-Center Twente for Complex Fluid Dynamics, Mesa + Institute, и JM Burgers Center for Fluid Dynamics, Департамент науки и технологий, Университет Твенте, П.O. Box 217, 7500 AE Enschede, Нидерланды

Sanghyuk Wooh

² Школа химического машиностроения и материаловедения, Университет Чунг-Анг, 84 Heukseok-ro, Dongjak-gu, Сеул 06974 Корея

Hans-Jürgen Butt

³ Институт исследования полимеров Макса Планка, 55128 Майнц, Германия

Сюэхуа Чжан

⁴ Кафедра химии и материаловедения, Университет Альберты, Эдмонтон, Альберта T6G1H9 Канада

Детлеф 9 Лозе

Physics of Fluids Group, Max-Planck-Center Twente для сложной гидродинамики, Mesa + Institute, и J.Центр М. Бюргерса гидродинамики, Департамент науки и технологий, Университет Твенте, P.O. Box 217, 7500 AE Enschede, Нидерланды

⁵ Институт динамики и самоорганизации Макса Планка, Am Faßberg 17, 37077 Геттинген, Германия

¹ Physics of Fluids Group, Max-Planck-Center Twente for Complex Гидродинамика, Институт Меса +, и Центр Дж. М. Бюргерса по гидродинамике, Департамент науки и технологий, Университет Твенте, П.O. Box 217, 7500 AE Enschede, Нидерланды

² Школа химической инженерии и материаловедения, Университет Чунг-Анг, 84 Heukseok-ro, Dongjak-gu, Сеул 06974 Корея

³ Институт Макса Планка для Polymer Research, 55128 Майнц, Германия

⁴ Кафедра химии и материаловедения, Университет Альберты, Эдмонтон, Альберта T6G1H9 Канада

⁵ Институт динамики и самоорганизации Макса Планка, Am Faßberg 17, 37077 Göttingen, Германия

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 29 августа 2018 г .; Принята в печать 28 декабря 2018 г.

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или любом формате, при условии, что вы должным образом укажете оригинального автора (авторов) и источник, укажите ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие материалы третьих лиц в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной линии для материала.Если материал не включен в лицензию Creative Commons для статьи и ваше предполагаемое использование не разрешено законодательными актами или превышает разрешенное использование, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. Эта статья цитируется в других статьях PMC.

Дополнительные материалы

Файл экспертной оценки

GUID: F3F50B21-AE7E-437B-B751-410D2F3D48D7

Описание дополнительных дополнительных файлов

GUID: D5C8DEEF03-7FB0000 Дополнительный фильм

GUID: 24304FBB-89A1-445E-9109-125A6A863080

Дополнительный фильм 2

GUID: 98717AAC-7633-46C0-9FD4-E2F79A1C783D

Дополнительный фильм 3

82 BBA

82 GUID9:

82 GUID9: Фильм 4

GUID: DD2246BE-4E4A-43AD-B008-9BEFF94262A2

Дополнительный фильм 5

GUID: C442EA34-E3FE-46A0-A2D7-E0B933B0F6EE

000 GUID

Дополнительный фильм DD051E23BB22

Дополнительный фильм 7

GUID: 5B3C6671-CB66-4B53-9986-22B4BA572AAC

Дополнительный фильм 8

GUID: 6673EA10-2FF9-44CE-9C56-4A8DDA288CE 9C56-4A8DDA288CE Movie 9

GUID: 058E8D9E-87EE-4DC7-8464-08836BAFEBA0

Исходные данные

GUID: 9B37F87C-FC21-4075-BD13-D605A3544506

Заявление о доступности данных 907предоставляются в виде файла исходных данных. Данные, подтверждающие выводы этого исследования, могут быть предоставлены авторами по разумному запросу.

Abstract

Сборка коллоидных частиц из испаряющихся капель суспензии рассматривается как универсальный способ изготовления супрачастиц для различных применений. Однако образование линий контакта капель приводит к неконтролируемым формам появляющихся супрачастиц, что затрудняет эту технику. Здесь мы сообщаем, как можно решить проблему заклинивания с помощью самосмазки.Коллоидные частицы диспергированы в тройных каплях (вода, этанол и анисовое масло). По мере испарения этанола образуются микрокапли масла («эффект узо»). Микрокапли масла сливаются и образуют масляное кольцо на линии контакта, поднимая испаряющуюся коллоидную каплю («самосмазка»). Затем вода испаряется, оставляя после себя пористую надчастицу, которая легко отделяется от поверхности. Диспергированные микрокапли масла действуют как шаблоны, приводя к многомасштабным фрактальным структурам внутри надчастицы.Используя этот метод, мы могли производить большое количество супрачастиц с настраиваемой формой и высокой пористостью на гидрофобных поверхностях.

Введение

Супрачастицы относятся к трехмерным макроскопическим структурам путем самосборки коллоидных (микро) наночастиц ^{1 — 4} . Такие частицы были идентифицированы как выдающиеся кандидаты для широкого круга современных приложений, таких как катализ ^{5 , 6} , каталитически активные частицы ⁷ , адсорбенты в управлении загрязнением окружающей среды ^{8 , 9} , диагностика ¹⁰ , хроматография ¹¹ , фотоника ^{1 , 12} , штрих-коды ¹³ , биомедицинская доставка ¹⁰

70 .Изготовление надчастиц путем сушки микролитровых капель коллоидной дисперсии на поверхности широко исследовалось в последние несколько десятилетий из-за его универсальности, работоспособности, энергоэффективности и потенциальной масштабируемости ^{1 , 3 , 16} . Регулируя скорость испарения ⁴ , добавляя электрические или магнитные поля ^{3 , 17 , 18} , регулируя pH или ионную силу дисперсии ^{19 , 20} или регулируя поверхность свойств (мульти) частиц и подложки ^{6 , 21 — 24} , сгенерированные супрачастицы могут приобретать множество впечатляющих характеристик, включая высокое отношение поверхности к объему, дальний порядок и периодичность на мезомасштабе. ^{1 , 5 , 12 , 25 — 27} .

Однако сильная адгезия между каплями коллоидной дисперсии и поверхностями препятствует этому многообещающему методу. Испаряющиеся коллоидные капли обычно страдают от заедания контактной линии. Как следствие, внутри капли возникают капиллярные потоки, которые переносят коллоидные частицы к краю капли, что приводит к отложению кольца, то есть так называемому эффекту кофейного кольца ²⁸ . До сих пор реальный способ минимизировать влияние эффекта кофейных колец на супрачастичный синтез заключается в использовании поверхностей, отталкивающих жидкость, где коллоидные капли могут иметь уменьшенную площадь начального контакта ^{5 , 21} .Однако эти специальные поверхности дороги и хрупки. Кроме того, трудно добиться полного отрыва синтезированных супрачастиц от поверхностей. Другой потенциальный метод преодоления эффекта закрепления — это частичное погружение коллоидных капель в слой смазанного масла на подложке или использование поверхности, пропитанной смазкой, но взаимное притяжение плавающих капель из-за деформации поверхности жидкости и эффекта гравитация, т. е. так называемый эффект cheerios, снижает управляемость этого метода ^{18 , 29 , 30} .

Узо — греческий аперитив со вкусом аниса, в основном состоящий из воды, этанола и анисового масла. Как недавно было обнаружено ³¹ , в испаряющихся каплях узо происходит разделение фаз из-за предпочтительного испарения этанола и, как следствие, более низкой растворимости масла (эффект узо), предпочтительно на линии контакта, где сначала образуются капли масла. Вдохновленные этим явлением, мы воспользуемся так называемым эффектом узо, чтобы предотвратить склеивание испаряющихся коллоидных капель.

В этой статье мы предлагаем надежный, надежный и экономичный метод изготовления супрачастиц путем использования тройной жидкости с соответствующим образом выбранной взаимной растворимостью (раствор узо) в сборке наночастиц, управляемой испарением, что позволяет нам производить высокопористые супрачастицы с настраиваемые формы на часто используемых гидрофобных поверхностях.

Результаты

Эксперименты по самосборке наночастиц, вызванные испарением

Этот метод достигается за счет использования тройной жидкости, в данном случае состоящей из воды milli-Q (39.75 об.%), Этанол (59,00 об.%) И небольшое количество транс-анетола (1,20 об.%) (Раствор узо) в качестве суспензионной среды наночастиц TiO ₂ (0,05 об.%). Мы нанесли каплю 0,5 мкл суспензии узо на поверхность гидрофобного триметокси (октадецил) силана (ОТМС) -стекла. Камера фиксировала испарение капли сбоку (рис.). При сушке под коллоидной каплей появилось масляное кольцо ³¹ . После этого капля сжалась на поверхности без образования контактной линии закрепления.После испарения сначала этанола, а затем воды появилась надчастица (дополнительный фильм ¹ ).

Самосборка супрачастиц путем высыхания капель суспензии узо на гидрофобных поверхностях. a Снимки испарения неподвижной капли суспензии узо (вода, этанол, анетоловое масло и наночастицы). Контактный диаметр капли на поверхности плавно уменьшался в течение всего процесса из-за образования масляного кольца на линии контакта (указано стрелками), и в конечном итоге появилась надчастица (см. Ниже).Время t безразмерно временем истощения t _D . b Первый контрольный эксперимент по испарению неподвижной капли водно-этанольной суспензии с тем же соотношением вода-этанол-наночастицы (без масла). Уменьшение диаметра контакта вскоре прекратилось, и в итоге супрачастица не образовалась. c Второй контрольный эксперимент по испарению капли узо с тем же соотношением вода-этанол-анетол (без наночастиц), который демонстрирует ту же динамическую эволюцию, что и в эксперименте a .Масляное кольцо, образовавшееся на линии контакта капли, указано стрелкой. d Схематическое изображение изменения диаметра контакта. В экспериментах a и c с добавлением небольшого количества анетолового масла капли достигают гораздо меньшего конечного диаметра контакта (красная линия), чем в эксперименте b (синяя линия), что мы называем самосмазкой. и СЭМ-фотографии сгенерированной супрачастицы из эксперимента и . f Крупный план супрачастицы.Масштабные линейки в a — c составляют 250 мкм

Мы проводим контрольный эксперимент (рис.), Испаряя каплю наночастиц вода-этанол (масло не содержится, т.е. бинарная жидкость) с той же пропорцией вода, этанол и наночастицы на одной подложке. В этом случае самосмазывающееся масляное кольцо не образуется, а наночастицы осаждаются на поверхности с различными формами осаждения ^{32 , 33} . Во втором контрольном эксперименте мы испаряем каплю узо без диспергированных наночастиц (рис.). При испарении он имеет те же характеристики, что и все ингредиенты на рис. Сравнение этих трех случаев показывает, что самоформированное масляное кольцо играет решающую роль в уменьшении диаметра контакта (иллюстрация Рис.), Что приводит к образованию надчастицы (Рис.). Масляное кольцо смазывает испаряющуюся коллоидную каплю во время самосборки наночастиц. Поэтому мы называем этот процесс самосмазкой.

Самосмазка

Мы дополнительно изучаем динамику процесса самосмазки и самосборки наночастиц с помощью лазерного сканирующего конфокального микроскопа (дополнительные видеоролики ² и ³ ).После образования масляного кольца была проведена серия горизонтальных сканирований на ≈10 мкм над подложкой. Перилен (для масла) и родамин 6G (для водного раствора) были добавлены в раствор для различения различных фаз: синий, желтый, черный и красный на конфокальных изображениях на рис. Представляют водный раствор, масло с разделенными фазами, наночастицы. (кластеры) и подложка соответственно. Первоначально коллоидная капля узо была темной из-за дисперсии наночастиц высокой концентрации (рис.). Синий цвет раствора стал видимым, когда наночастицы начали агрегировать (вставка рис.). Зародышевые микрокапли масла прикрепляются к наночастицам (кластерам) из-за предпочтения гетерогенного зародышеобразования на поверхности по сравнению с гомогенным зародышеобразованием в объеме жидкости. Затем, после зарождения микрокапель, дополнительные наночастицы будут прикрепляться к границе раздела масло-вода ³⁴ . Между тем, зародышевые микрокапли масла на поверхности сливались в масляное кольцо на краю капли, что предотвращало накопление наночастиц (кластеров) на линии контакта воздух-масло-подложка (красно-желтая граничная линия на рис.). Под действием испарения коллоидная капля сжималась в радиальном направлении, и масляное кольцо было вынуждено скользить внутрь (рис.). Сжатие капли приводит к сборке наночастиц в трехмерную структуру. Здесь поверхностное натяжение преобладает над силой тяжести, так как маленькие капли имеют малое число Связи Bo = ρgL ² / σ ~ 10 ⁻¹ ≪ 1, где ρ — плотность капельного раствора. (~ 1000 кг · м ⁻³ ), g ускорение свободного падения, L характерный размер капли (~ 0.5 мм), и σ межфазное натяжение вода / транс-анетол (~ 24,2 мН · м ⁻¹ ) ³⁵ .

Иллюстрации «самосмазки» и соответствующие конфокальные фотографии. Цветовые обозначения под конфокальным микроскопом: желтый, масляный; синий, вода / этанол; черный — скопления наночастиц; красный, подложка. a Исходное состояние испаряющихся капель раствора узо с хорошо диспергированными наночастицами. Высокая концентрация наночастиц приводит к тому, что капля становится черной при конфокальном изображении. b Предотвращение осаждения наночастиц на линии соприкосновения. Возникает эффект узо, вызванный испарением, что приводит к образованию масляного кольца (желтого цвета), которое предотвращает образование контактных линий и придает коллоидным каплям высокую подвижность и низкий гистерезис. Между тем, наночастицы агрегируются, а на них зарождаются микрокапли масла. c Усадка маслосъемного кольца. Масляное кольцо сметает наночастицы / кластеры с подложки. После испарения этанола и воды образовавшиеся супрачастицы либо плавают на остаточном масле, как показано в d , либо сидят на субстрате, как показано в e , в зависимости от объемного соотношения между супрачастицей и оставшимся маслом. .Все конфокальные фотографии получены при горизонтальном сканировании непосредственно над подложкой.

Усадка масляного кольца вызывает левитацию коллоидной капли, и окончательная геометрия супрачастицы формируется. Гребень масляного кольца огибает край коллоидной капли (рис.). Внутренний выступ масляного кольца действует как нижняя половина динамической формы для самосборки наночастиц, а поверхность раздела жидкость-воздух образует верхнюю половину. Следовательно, развивающаяся надчастица формируется за счет смачиваемого маслом гребня.Следовательно, регулируя концентрацию масла в смеси, что приводит к разным размерам гребня, смачиваемого маслом, мы можем получить разные конфигурации формы и, таким образом, разные морфологии образующихся супрачастиц (проиллюстрированных на рис.).

Настраиваемые формы и высокая пористость супрачастиц

Мы контролируем форму образующихся супрачастиц, изменяя отношение к объемной доли масла χ _нефти к объемной доле наночастиц χ _NP в исходный коллоидный раствор.Полное пространство параметров показано на Рис., Давая количественную информацию о конечной геометрии (Рис.) И пористости (Рис.) Супрачастиц. Объемное отношение этанола к воде составляет 3: 2, и черные пунктирные линии в пространстве параметров представляют различные отношения масла к наночастицам χ _масло / χ _NP . Каждая белая квадратная точка на рис. 1 представляет состав раствора, использованного в экспериментах. Начальный профиль капли и окончательный профиль надчастицы (после истощения нефти) были зафиксированы серой камерой сбоку, см. Рис..

Супрачастицы настраиваемой формы и высокой пористости. a Пространство параметров, показывающее начальную объемную долю масла χ _{объемную долю масла} и наночастиц χ _NP коллоидных капель в разных случаях (белые квадратные точки) с одинаковым соотношением этанола и воды (3: 2). Расчетное критическое отношение масла к наночастицам, k ^* = 110,7 (сплошная красная линия), делит пространство на высокое ( k > k ^* ) и низкое ( k < k ^* ) области отношения масла к наночастицам.Образовавшиеся супрачастицы имеют шарообразную форму в белой области ( k > k ^* ) и более плоскую сплюснутую форму (см. Ниже) в зеленой области ( k < k ^* ). b Как безразмерная высота δh , так и глубина δl вдавленной части не шарообразных супрачастиц пропорциональны отношению масла к наночастицам в зеленой области. c Расчетная пористость ϕ супрачастиц составляет от 78 до 92%.При увеличении отношения масла к наночастицам меняются формы от сферической шляпки (фотография профиля d ) до грибовидной формы e , f и формы кекса. г . Выше критического отношения k ^* , можно получить шарообразную супрачастицу (изображение SEM h ). i Поперечное сечение той же супрачастицы в h , полученное путем разрезания FIB, иллюстрирует высокопористую структуру внутри (дополнительный фильм ⁴ ). j — l Последовательность из 3 увеличений внутренней структуры. Горизонтальные белые пунктирные линии в d — g указывают положение подложки. Тени под линиями — это отражения. Изображение e показывает определения δl , l , δh , h . Планки погрешностей размера и пористости супрачастиц представляют неопределенность при обработке изображений. Планки погрешностей объемной доли масла и наночастиц представляют собой неопределенность приготовления раствора.Температура и относительная влажность во время экспериментов составляли 20–23 ° C и 35–50% соответственно.

Результаты экспериментов показывают, что соотношение масла и наночастиц определяет форму надчастиц. Когда объемная доля масла значительно превышает объемную долю наночастиц, образуется более сферическая надчастица (рис.). При меньшем количестве масла надчастицы принимают более плоские, сплюснутые формы (рис.). Хотя гребень смачивания маслом и конфигурация области контакта вода-воздух-масло определяют форму надчастицы, агрегация и перегруппировка наночастиц во время развития надчастицы также влияют на окончательную форму надчастицы.Точки данных a, b ( × _масло = 0) и c ( × _NP = 0) представляют концентрации масла и наночастиц в трех случаях, показанных на рис., Соответственно. Если количества отделенного масла недостаточно для образования полного масляного кольца, повторяемость образования надчастиц невысока (четыре точки данных в серой области на рис.).

Мы определяем геометрические характеристики не шарообразной формы по высоте и глубине вмятины масляного гребня, т.е.е., δh = H — h и δl = l — L (аннотации на рис.). Мы извлекли эту геометрическую информацию с помощью анализа изображений с помощью самодельной программы MATLAB, предполагая осевую симметрию. Данные на рис. Показывают, что как безразмерная высота δh / h , так и безразмерная глубина δl / l монотонно увеличиваются с увеличением отношения масла к наночастицам. На вставке показаны размерные данные.Монотонная зависимость отражает тот факт, что гребень смачивания нефтью формирует супрачастицы. Высокие соотношения масла приводят к заметному гребню смачивания маслом, который вызывает заметную вмятину в образованных супрачастицах.

Шаровидные супрачастицы достижимы, когда соотношение масла и наночастиц достаточно высоко, чтобы развивающиеся супрачастицы были погружены в масляную фазу. Сила сцепления пограничного слоя между окружающей нефтью и коллоидной каплей придает развивающейся надчастице сферическую форму.Таким образом были сформированы шарообразные супрачастицы, как показано на СЭМ-изображении на фиг. Критическое отношение масла к наночастицам k ^* , чтобы иметь эти шарообразные супрачастицы, было оценено с помощью простой модели. Мы предполагаем, что капля масла в виде сферической крышки и развивающаяся надчастица погружены внутрь. Здесь развивающаяся надчастица находится в своем верхнем предельном размере, который равен высоте масляной капли H , а остаточная вода заполняет пористую структуру. С этими предположениями мы имеем (см. Раздел «Методы») k * = (3cot2θoil2) ∕ (1-ϕ), где ϕ — пористость надчастицы, а θ _oil — угол контакта масла на поверхности. .Учитывая пористость 90% и угол смачивания 55 °, полученный в наших измерениях, расчетное значение составляет 110,7, что соответствует красной сплошной линии на рис. Эта линия делит пространство параметров на белую область шаровидных супрачастиц и зеленую область супрачастиц различной формы, что согласуется с нашими наблюдениями.

Полученная очень высокая пористость 90% и выше — еще одна отличительная особенность супрачастиц. Мы рассчитали эту пористость на основе начального объема коллоидных капель с известными концентрациями наночастиц и конечным размером супрачастиц.Расчетные данные по пористости, показанные на рис., Находятся в диапазоне от 77 до 92% и монотонно увеличиваются с увеличением отношения масла к наночастицам. Зародышевые микрокапли масла, существующие в объеме жидкости, вносят значительный вклад в пористость. Из-за капиллярных сил сеть наночастиц образуется среди зародышевых микрокапель масла ³⁴ , что также наблюдалось на нашем конфокальном изображении (Рис. Дополнительные видеоролики ² и ³ ). После того, как все жидкости (в том числе и масло) расплылись, как следствие, остаются пустые ячейки, что резко увеличивает пористость образующихся супрачастиц.Увеличение отношения масла к наночастицам увеличивает объем этих пустых ячеек, поэтому пористость супрачастиц увеличивается (рис.). Ограничение пористости (92%) заключается в том, что во время сжатия развивающейся супрачастицы микрокапли масла постепенно сливаются, и их части абсорбируются масляным кольцом ³¹ .

Внутренняя структура супрачастиц подтверждает приведенное выше объяснение свойства высокой пористости. Чтобы выявить эту высокую пористость на всех масштабах длины внутри супрачастицы, мы использовали технику резки сфокусированным ионным пучком (FIB) для исследования супрачастицы: разрезы слайд-за-слайдом выявляют внутреннюю структуру (дополнительный фильм ⁴ ).На рисунке показан пример поперечного сечения надчастицы. Он представляет собой многомасштабную фрактальную внутреннюю структуру и ясно показывает, что примерно половина объема частицы состоит из отверстий микронного размера (рис.). Остальное содержит множество более мелких отверстий субмикронного размера (рис.). Наночастицы соединяются вместе, образуя ответвления и мезопоры наночастиц (нанометровый размер) (рис.). Эти отверстия (суб) микронного размера возникли из зародышевых микрокапель масла в коллоидной капле узо, поскольку зародышевые микрокапли масла действуют как клетки, лишенные (кластеров) наночастиц во время развития надчастиц (Supplementary Movie ⁵ ).

Масштабируемость изготовления супрачастиц

Инженерным преимуществом этого метода является простота масштабируемости изготовления супрачастиц. Чтобы продемонстрировать это преимущество, мы построили в нашей лаборатории установку (рис.), Которая позволяет автоматически производить капли аналогичного размера на поверхности трихлор (октадецил) силана (ОТС) или ОТМС со скоростью 20 капель в минуту ( Дополнительный фильм ⁶ ). Через несколько минут после нанесения капли синтез супрачастиц осуществился.Сбор надчастиц осуществляли путем простого погружения поверхности, прикрепленной к надчастицам, в этанол и легкого стряхивания их (дополнительные видеоролики ⁷ и ⁸ ). В результате супрачастицы хранились в жидкости для будущего использования, а поверхность была чистой и готовой к следующему процессу изготовления. После нескольких циклов суспензия надчастиц была доступна. Самосмазывающийся слой и полное отделение супрачастиц увеличивают гибкость изготовления супрачастиц.Масса супрачастиц без контролируемых размеров может быть изготовлена ​​путем распыления коллоидного раствора узо на поверхность (дополнительный фильм ⁹ ).

Масштабируемость процесса с использованием различных и множественных типов наночастиц. a Демонстрация гибкой и удобной масштабируемости изготовления супрачастиц на поверхности OTMS / OTS. Самосмазка и прочные поверхности позволяют упростить процесс уборки урожая и переработать поверхности. b — h СЭМ-изображения сгенерированных супрачастиц. b Большое количество образовавшегося пористого TiO ₂ супрачастиц. c Крупный план пористой поверхности частицы в b . d Сгустки пористых надчастиц, образованные наночастицами TiO ₂ (0,05 об.%) И SiO ₂ (0,05 об.%). e Крупный план стороны частицы в d . f Пучки пористых надчастиц с тремя разными наночастицами, TiO ₂ (0,06 об.%), SiO ₂ (0.03 об.%) И Fe ₃ O ₄ (0,01 об.%). g , h представляют собой последовательность из двух увеличений масштаба частицы в f . В течение ч поверхность надчастицы была визуализирована с помощью энергоселективного детектора обратного рассеяния (EsB), чтобы представить различные материалы в разных уровнях серого: Fe ₃ O ₄ (яркие пятна, указанные желтой стрелкой), TiO ₂ (светло-серые области синей стрелкой), SiO ₂ (темно-серые области красной стрелкой).Темнота указывает на дыры без наночастиц

Используя различные типы наночастиц или несколько типов наночастиц, мы получили различные виды супрачастиц оксидов металлов для демонстрации. На рисунке представлены СЭМ-фотографии большого количества надчастиц, образованных в результате самосборки наночастиц TiO ₂ (рис.), Наночастиц TiO ₂ и SiO ₂ (рис.) И TiO ₂ и SiO ₂ и Fe ₃ O ₄ наночастиц (рис.). В таблице приведен состав растворов узо. На рисунке показана пористая поверхность супрачастиц TiO ₂ . Для супрачастиц TiO ₂ и SiO ₂ разница в шероховатости заметна на верхней и нижней поверхности (рис.). Расчетная пористость составляет около 93%. На рисунке показана последовательность увеличения поверхности надчастицы TiO ₂ и SiO ₂ и Fe ₃ O ₄ . Расчетная пористость составляет около 91%.На рис. 4 различные материалы различимы на поверхности благодаря энергоселективному детектору обратного рассеяния (EsB): яркие пятна, отмеченные желтой стрелкой, представляют собой наночастицы Fe ₃ O ₄ ; светло-серые области (синяя стрелка) — наночастицы TiO ₂ ; темно-серые области (красная стрелка) — наночастицы SiO ₂ . Темнота указывает на дыры на поверхности.

Таблица 1

Состав коллоидных растворов для рис.

Обсуждение

В заключение, наш новый метод массового производства самосмазывающихся, самосборных супрачастиц является значительным улучшением над самосборкой супрачастиц, вызванной испарением, на поверхностях, обладающих сверхжидкостным отталкиванием, и поверхностях, пропитанных смазкой.С нашей технологией обычно используемых плоских гидрофобных поверхностей достаточно для изготовления супрачастиц, что улучшает гибкость, работоспособность и рентабельность изготовления. Кроме того, формы генерируемых супрачастиц можно настраивать путем изменения соотношения количества масла и наночастиц в коллоидных растворах. Сочетание нашего метода с пьезоакустической струйной технологией может значительно увеличить масштаб производства, поскольку нет ограничений на сбор надчастиц. Создаваемые высокопористые супрачастицы с многомасштабной фрактальной внутренней структурой подходят для многих практических приложений, таких как катализ, фотоника, хроматография, управление загрязнением окружающей среды и материаловедение ^{1 , 5 — 9 , 11 , 12 , 14 , 15 , 36} .Эффект самосмазки в сочетании с легким отделением трехмерных агрегатов частиц после испарения содержащих частицы капель также подразумевает потенциальное применение при самоочистке поверхностей. Отметим также, что зародышевые микрокапли масла в коллоидной капле могут выступать в качестве фазы-носителя для различных целей. Кроме того, контролируя состав и температуру раствора узо, можно также настраивать различные морфологические характеристики зародышевых микрокапель масла — размер, количество, распределение. ³⁷ .Поэтому мы ожидаем создания более сложных и захватывающих супрачастиц, создаваемых этим путем.

Методы

Приготовление коллоидного раствора узо

Купленные наночастицы, оксид титана (IV) (Aldrich, нанопорошок, 21 нм, ≥99,5%), диоксид кремния (Aldrich, нанопорошок, 10–20 нм, ≥99,5%) оксид железа (II, III) (Aldrich, нанопорошок, 50–100 нм, 97%) обжигали при 400 ° C в течение 1 ч для удаления поверхностно-активных веществ или загрязнений, прикрепленных к частицам перед использованием. После этого очищенные частицы добавляли к определенному количеству воды Milli-Q (полученной с помощью системы Reference A + (Merck Millipore) при 18.2 МОм см при 25 ° C) для приготовления суспензий наночастиц. Транс-анетоловое масло (Aldrich, 99%) и этанол (Boom BV, 100% (об. / Об.), Технический) использовали в полученном виде. Растворы этанол-масло (анетол) готовили отдельно заранее, а затем смешивали с суспензиями наночастиц для получения конечных коллоидных растворов узо с составами, необходимыми для экспериментов. Мы выполняли каждый этап перемешивания в ультразвуковой ванне в течение примерно 20 минут.

Подготовка гидрофобных поверхностей

Химические вещества, используемые для приготовления гидрофобного субстрата, триметокси (октадецил) силан (Aldrich, 90%), толуол (Aldrich, 99.8%), тетрагидрофуран (Aldrich, ≥99,9%) и этанол (Boom BV, 100% (об. / Об.), Технический) также использовали в полученном виде. В наших экспериментах предметные стекла микроскопа (Thermo Scientific) использовались в качестве твердых субстратов для покрытия слоя октадецилтриметоксисилана (OTMS). Сначала мы тщательно протерли предметные стекла тканью, смоченной этанолом, для механического удаления загрязнений с поверхностей. Затем предметные стекла последовательно обрабатывали ультразвуком в свежем ацетоне, этаноле и воде Milli-Q, каждое в течение 15 минут, для удаления органических загрязнений с поверхностей.Мы повторили этот шаг один раз и высушили предметные стекла потоком азота. Затем предметные стекла очищали плазменной очисткой в ​​течение 10 мин. После этого очищенные предметные стекла погружали в смесь для покрытия из 1 об.% Октадецилтриметоксисилана и 99 об.% Толуола на 3 часа. После этого покрытые предметные стекла удаляли и затем последовательно помещали в свежий толуол и тетрагидрофуран для растворения несвязанного октадецилтриметоксисилана над поверхностями. Наконец, мы высушили предметные стекла потоком азота и поместили их в чистую чашку Петри для временного хранения.Приготовление субстрата, обработанного октадецилсиланами (OTS), осуществляется таким же способом.

Критическое отношение масла к наночастицам

Начальная объемная доля масла χ _нефть и объемная доля наночастиц χ _НЧ определены как χ _масло = V / _{масло V все и χ NPs = V NPs / V все , где V масло , V NPs , V NPs ,}

начальные объемы масла, наночастиц и раствора соответственно.Таким образом, исходное отношение масла к наночастицам k определяется соотношением k = χ _oil / χ _NPs .

Здесь мы предлагаем простую модель для оценки критического отношения масла к наночастицам k ^* коллоидной суспензии для получения шаровидных супрачастиц. Иллюстрация На рис. Показана сферическая надчастица (SP), погруженная в каплю масла со сферической крышкой. Максимальный размер надчастицы — высота масляной капли H .Из простых геометрических соображений получаем объем сферической надчастицы

и объем масляной капли (OD)

VOD = 16πh41 + 3cot2θoil2,

2

с углом контакта масла θ _oil . Объем масла оценивается как

, а общий объем наночастиц (НЧ) равен

, где ϕ — пористость надчастицы. Таким образом, мы получаем оценку начального отношения масла к наночастицам k ^* , чтобы иметь сферические супрачастицы, а именно

, которое зависит только от угла смачивания масла θ _масла и пористости надчастиц ϕ и не зависит от размера капли.В формуле. ( ³ ), мы используем V _SP вместо V _NPs , потому что мы предполагаем, что остаточная вода заполняет пористую структуру.

Дополнительная информация

Благодарности

Мы благодарим технических специалистов Марка Смитерса и Хенка ван Вольферена из NanoLab в Университете Твенте за технологическую поддержку сканирующего электронного микроскопа. H.T. спасибо за финансовую поддержку от Совета по стипендиям Китая (CSC, файл No.2014068

). С.В. признает свою партнерскую группу в Институте исследования полимеров Макса Планка. X.Z. благодарит за поддержку Совет по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады (NSERC) и Future Energy Systems (Первый канадский фонд передовых исследований). Мы также благодарим Нидерландский центр многомасштабного каталитического преобразования энергии (MCEC) и Max Planck Center Twente for Complex Fluid Dynamics за финансовую поддержку.

Вклад авторов

H.Т. и С.В. спланированное исследование; H.T. проведенное исследование; H.T. проанализированные данные; H.T., S.W., H.B., X.Z. и Д. обсудили результаты; H.T. и Д. написал статью; H.T., S.W., H.B., X.Z. и Д. отредактировал статью; Авторский надзор X.Z. и Д.

Доступность данных

Исходные данные, лежащие в основе рис., Предоставляются в виде файла исходных данных. Данные, подтверждающие выводы этого исследования, могут быть предоставлены авторами по разумному запросу.

Примечания

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Сноски

Информация о рецензировании журнала:
Nature Communications благодарит анонимных рецензентов за их вклад в рецензирование этой работы. Доступны отчеты рецензентов.

Примечание издателя: Springer Nature сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и ​​принадлежностей организаций.

Электронный дополнительный материал

Дополнительная информация прилагается к этому документу по адресу 10.1038 / s41467-019-08385-w.

Ссылки

1. Rastogi V, et al. Синтез светодиффрагирующих ансамблей из микросфер и наночастиц в каплях на супергидрофобной поверхности. Adv. Матер. 2008. 20: 4263–4268. DOI: 10.1002 / adma.200703008. [CrossRef] [Google Scholar] 2. Сперлинг М., Пападопулос П., Градзельски М. Понимание образования анизометрических супрачастиц: механистический взгляд внутри капель, высыхающих на супергидрофобной поверхности. Ленгмюра. 2016; 32: 6902–6908. DOI: 10.1021 / ACS.langmuir.6b01236. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 3. Растоги В, Гарка А.А., Маркес М, Велев О.Д. Синтез анизотропных частиц внутри темплатов капель на супергидрофобных поверхностях. Макромол. Rapid Commun. 2010; 31: 190–195. DOI: 10.1002 / marc.2010

. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 4. Сперлинг М., Спиринг В.Дж., Велев О.Д., Градзельски М. Контролируемое образование неоднородных анизометрических супрачастиц коллоидального кремнезема в каплях на изогнутых супергидрофобных поверхностях. Часть. Часть. Syst. Charact. 2017; 34: 1600176.DOI: 10.1002 / ppsc.201600176. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Wooh S, et al. Синтез мезопористых супрачастиц на суперамфифобных поверхностях. Adv. Матер. 2015; 27: 7338–7343. DOI: 10.1002 / adma.201503929. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 6. Gawande MB, et al. Наночастицы ядро ​​– оболочка: синтез и применение в катализе и электрокатализе. Chem. Soc. Ред. 2015; 44: 7540–7590. DOI: 10.1039 / C5CS00343A. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 7. Сперлинг М., Ким Х. Дж., Велев О. Д., Градзельски М. Активные управляемые каталитические супрачастицы, перемещающиеся по заранее запрограммированным вертикальным траекториям.Adv. Матер. Интерфейсы. 2016; 3: 1600095. DOI: 10.1002 / admi.201600095. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Ли DW и др. Легкий синтез мезопористого диоксида кремния и надчастиц диоксида титана с помощью шаблона мениска на супергидрофобной поверхности и их нанесение на адсорбенты. Наноразмер. 2014; 6: 3483–3487. DOI: 10.1039 / c3nr05501a. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Wu Z, Zhao D. Заказанные мезопористые материалы в качестве адсорбентов. ChemComm. 2011; 47: 3332–3338. [PubMed] [Google Scholar] 10. Чой А. и др.Последние достижения в области разработки микрочастиц и их зарождающееся использование в биомедицинских приложениях для доставки и диагностики. Лаборатория. Чип. 2017; 17: 591–613. DOI: 10.1039 / C6LC01023G. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11. Унгер К.К. и др. Синтез сферических пористых кремнеземов микронного и субмикронного размеров: проблемы и возможности миниатюрных хроматографических и электрокинетических разделений высокого разрешения. J. Chromatogr. А. 2000; 892: 47–55. DOI: 10.1016 / S0021-9673 (00) 00177-1. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 12.Галистео-Лопес Дж. Ф. и др. Самособирающиеся фотонные структуры. Adv. Матер. 2011; 23: 30–69. DOI: 10.1002 / adma.201000356. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Zhao Y, et al. Микрофлюидный синтез частиц штрих-кода для мультиплексных анализов. Небольшой. 2015; 11: 151–174. DOI: 10.1002 / smll.201401600. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Burkert K, et al. Автоматизированный метод приготовления массивов коллоидных кристаллов монодисперсных и бинарных коллоидных смесей путем контактной печати с помощью плоттера. Ленгмюра.2007. 23: 3478–3484. DOI: 10.1021 / la063122z. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Растоги В, Велев ОД. Разработка и оценка реалистичных микробиологических анализов в свободно взвешенных каплях на чипе. Биомикрофлюидика. 2007; 1: 014107. DOI: 10,1063 / 1,2714185. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 16. Чжоу Дж. И др. Контролируемое изготовление неиридесцентных микропроцессорных фотонных кристаллов за счет динамического поведения линии трехфазного контакта на супергидрофобных подложках. ACS Appl.Матер. Интерфейсы. 2015; 7: 22644–22651. DOI: 10.1021 / acsami.5b07443. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Eral H и др. Гистерезис краевого угла: обзор основ и приложений. Коллоидный полим. Sci. 2013; 291: 247–260. DOI: 10.1007 / s00396-012-2796-6. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Миллман Дж. Р., Бхатт К. Х., Прево Б. Г., Велев О. Д.. Синтез анизотропных частиц в микрокапельных реакторах с диэлектрофорезом. Nat. Матер. 2005; 4: 98–102. DOI: 10,1038 / nmat1270. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19.Секидо Т. и др. Управление структурой супраболов с помощью сборки ph-чувствительных частиц. Ленгмюра. 2017; 33: 1995–2002. DOI: 10.1021 / acs.langmuir.6b04648. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 20. Сперлинг М., Велев О.Д., Градзельски М. Управление формой испаряющихся капель с помощью ионной силы: образование высокоанизометрических супрачастиц кремнезема. Энгью. Chem. 2014; 53: 586–590. DOI: 10.1002 / anie.201307401. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21. Marn AacuteG и др. Строим микроскопические футбольные мячи с испаряющимися коллоидными каплями факира.Proc. Natl Acad. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 2012; 109: 16455–16458. DOI: 10.1073 / pnas.1209553109. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 22. Ли П. и др. Самосборка золотых наностержней при испарении в массивы макроскопических трехмерных плазмонных сверхрешеток. Adv. Матер. 2016; 28: 2511–2517. DOI: 10.1002 / adma.201505617. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Лу З., Резк А., Джатива Ф., Йео Л., Чжан Х. Динамика растворения капли суспензии в бинарном растворе для контролируемой сборки наночастиц. Наноразмер.2017; 9: 13441–13448. DOI: 10.1039 / C7NR02704D. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 24. Парк Дж., Мун Дж. Контроль за образцами отложений коллоидных частиц внутри пиколитровых капель, выбрасываемых струйной печатью. Ленгмюра. 2006. 22: 3506–3513. DOI: 10.1021 / la053450j. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 25. Grzelczak M, Vermant J, Furst EM, Liz-Marzán LM. Направленная самосборка наночастиц. САУ Нано. 2010; 4: 3591–3605. DOI: 10.1021 / nn100869j. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Чжоу Дж. И др. Формирование структуры в растворах мягких веществ за счет испарения растворителя.Adv. Матер. 2017; 29: 1703769. DOI: 10.1002 / adma.201703769. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 27. Vogel N, et al. Цвет из иерархии: разнообразные оптические свойства сферических коллоидных ансамблей микронных размеров. Proc. Natl Acad. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 2015; 112: 10845–10850. DOI: 10.1073 / pnas.1506272112. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 28. Диган Р.Д. и др. Капиллярный кровоток как причина кольцевых пятен от засохших капель жидкости. Природа. 1997; 389: 827–829. DOI: 10,1038 / 39827. [CrossRef] [Google Scholar] 29.Карпичка С. и др. Капли жидкости притягивают или отталкивают за счет эффекта перевернутого хериоса. Proc. Natl Acad. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 2016; 113: 7403–7407. DOI: 10.1073 / pnas.1601411113. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Велла Д., Махадеван Л. «Эффект чириос» Am. J. Phys. 2005. 73: 817–825. DOI: 10,1119 / 1,1898523. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Tan H, et al. Зарождение микрокапель, вызванное испарением, и четыре фазы жизни испаряющейся капли узо. Proc. Natl Acad. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 2016; 113: 8642–8647.DOI: 10.1073 / pnas.1602260113. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Чжун X, Дуан Ф. Режим потока и характер осаждения испаряющейся капли бинарной смеси, взвешенной с частицами. Евро. Phys. Дж. Э. 2016; 39:18. DOI: 10.1140 / epje / i2016-16018-5. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Мампаллил Д, Эрал HB. Обзор подавления и использования эффекта кофейного кольца. Adv. Коллоидный интерфейс Sci. 2018; 252: 38–54. DOI: 10.1016 / j.cis.2017.12.008. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34.Коос Э., Вилленбахер Н. Капиллярные силы в реологии суспензии. Наука. 2011; 331: 897–900. DOI: 10.1126 / science.1199243. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Tan H, et al. Самоупаковка капли узо, вызванная испарением на суперамфифобной поверхности. Мягкая материя. 2017; 13: 2749–2759. DOI: 10.1039 / C6SM02860H. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 36. Gokmen MT, Du Prez FE. Пористые полимерные частицы — подробное руководство по синтезу, характеристике, функционализации и применению. Прог.Polym. Sci. 2012; 37: 365–405. DOI: 10.1016 / j.progpolymsci.2011.07.006. [CrossRef] [Google Scholar] 37. Vitale SA, Katz JL. Дисперсии жидких капель, образованные гомогенным зародышеобразованием жидкость-жидкость: «эффект узо» Ленгмюра. 2003; 19: 4105–4110. DOI: 10.1021 / la026842o. [CrossRef] [Google Scholar]

Комбинированный молекулярно-динамический (MD) и малоугловой анализ (SAS) анализ организации в нанометровом масштабе в тройных растворах растворителей, содержащих гидротроп

https://doi.org/10.1016/j.jcis .2019.01.037Получить права и содержание

Реферат

Смеси трех растворителей, с двумя несмешивающимися жидкостями и третьим, смешивающимся с обоими — сольвотропом, могут проявлять структурирование. Мы исследуем фазовую диаграмму n -октанол / этанол / вода, где этанол является гидротропом, меняя состав от стороны, богатой водой, к стороне, богатой n, -октанол при постоянной доле этанола. Мы разрешаем структуры нанометрового размера экспериментально с помощью четырех контрастов : трех от малоуглового рассеяния нейтронов (МУРН) и одного от малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (МУРР).На стороне, богатой водой, мы подтверждаем существование капель, связанных с критической точкой, стабилизированной избыточной адсорбцией гидротропа: домен сверхгибкой микроэмульсии (UFME). Сторона, богатая октанолом n , лучше описывается как динамическая случайная сеть цепочечных ассоциаций гидроксильных групп. Непрерывная эволюция от масляных кластеров к динамической сети гидроксильных групп демонстрируется особенностями диаграмм рассеяния, успешно сравниваемых по всем контрастам с моделированием молекулярной динамики (МД), что позволяет проиллюстрировать моментальными снимками структурирование растворителей.Свободная энергия переноса гидротропа, полученного из МД, мала (∼1k _B Тл / молекула). Это исследование предполагает, что спонтанные эмульсии узо могут находиться в динамическом равновесии с предузо, подобно наноэмульсиям, кинетически стабилизируемым сосуществованием микроэмульсии.

Ключевые слова

Сверхгибкая микроэмульсия

Микроэмульсия без ПАВ

Микроэмульсия без детергентов

Малоугловое рассеяние

Молекулярная динамика

Pre-Ouzo

Тройные смеси 9000vronSA

S-

SmallXS -угловое рассеяние рентгеновских лучей

SLD

Длина рассеяния Плотность

UFME

сверхгибкая микроэмульсия

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2019 Авторы.