 |
Ультрадисперсные материалы или наноматериалы.
|
|
|
|
См. ответ на вопрос №16
Химические методы получения наночастиц.
Ответ:
Данные методы синтеза включают в себя различные реакции и процессы, в том числе процессы осаждения, термического разложения или пиролиза, газофазные химические реакции, восстановления, гидролиза, электроосаждения. Регулирование скоростей образования и роста зародышей новой фазы осуществляется за счет изменения соотношения количества реагентов, степени пресыщения, а также температуры процесса. Как правило, химические методы - многостадийные и включают в себя некий набор из вышеупомянутых процессов.
Метод совместного осаждения
Данный метод заключается в осаждении различных соединений металлов из растворов их солей с помощью осадителей. Продуктом осаждения являются гидроксиды металлов. В качестве осадителя используются растворы щелочей натрия, калия, и другие.
Регулируя pH и температуру раствора, создают условия, при которых получаются высокие скорости кристаллизации и образуется высокодисперсный гидроксид. Этим методом можно получать порошки сферической, игольчатой, чешуйчатой или неправильной формы с размером частиц до 100 нм.
Нанопорошки более сложного состава получают методом соосаждения
В этом случае в реактор подают одновременно два или более растворов солей металлов и щелочи при заданной температуре и перемешивании. В результате получают гидроксидные соединения нужного состава.
Способ гидрофазного взаимодействия осуществляют путем ступенчатого нагрева смесей твердых солей металлов с раствором щелочи с образованием оксидной суспензии и последующим восстановлением металла. Таким образом, получают металлические порошки с размером частиц в пределах
|
|
|
10…100 нм.
Выделение ТВ фазы из суспензий под действием центробежной силы или электростатического поля. Далее выполняется сушка осадка методом центрифугированием или вымораживанием.
Золь гель метод
Такие структуры характеризуются низкой прочностью, определяемой вандер-вальсовскими взаимодействиями. Такие структуры характеризуются полным самопроизвольным восстановлением после механического разрушения (тиксотропия). Для повышения стабильности данных структур выполняют модификацию добавками ПАВ.
Далее выполняют удаление дисперсионной среды, что приводит к образованию прочных фазовых контактов и потере триксотропных свойств. Далее осуществляется высушивание геля, который превращается в твердое тонкопористое тело. Водные гели наночастиц получают путем распыления и сушки. В результате получены очень окисленные частицы, которые могут быть восстановлены при обработке газами (азот) до порошков нитридов и карбидов. В результате получены сферической формы частицы с размером не более 1 мкм.
Достоинства: возможность получения частиц с заданными свойства и самого малого размера,
Недостатки: длительное время производства, возможное загрязнение продукта остаточным гидрооксидом или углеродом, сохранение остаточных мелких пор.
Способ восстановления и термического разложения
Обычно это следующая операция после получения в растворе ультрадисперстных оксидов или гидроксидов с последующим осаждением и сушкой. В качестве восстановителей, в зависимости от вида требуемого продукта, используют газообразные восстановители – как правило, водород, оксид углерода или твердые восстановители.
Нанопорошки Fe, W, Ni, Co, Cu и ряда других металлов получают восстановлением их оксидов водородом. В качестве твердых восстановителей используют углерод, металлы и гидриды металлов.
|
|
|
Таким способом получают нанопорошки металлов: Mo, Cr, Pt, Ni и другие. Как правило, размер частиц находится в пределах 10…30 нм. Более сильными восстановителями являются гидриды металлов – обычно гидрид кальция. Так получают нанопорошки Zr, Hf, Ta, Nb.
Путем термического разложения смеси карбонилов на нагретой подложке смесей металлов и оксидов получают путем пиролиза формиатов металлов, в том числе Mn, Fe, Ca, Zr, Ni, Co, их оксиды и металлооксидных смесей.
Достоинства: метод совместного осаждения позволяет достичь высокой степени гомогенности на высоком уровне, точнее выдержать стехиометрию соединений, снизить температуру синтеза порошков на 3006000 С по сравнению с технологиями, основанными на твердофазном синтезе.
Недостатки: широкое гранулометрическое распределение порошка по размерам частиц, образование микропор, которые препятствуют уплотнению этих порошков при низких температурах.
Метод гидролиза
Гидролиз - обменная реакция между веществом и водой. Несколько способов: низкотемпературный (НТ) и высокотемпературный (ВТ). НТ гидролиз – разложение солей металла при комнатной температуре и атмосферном давлении. Размер частиц, форма и кристаллическая модификация определяются раствором. В основе высокотемпературного гидролиза реакция разложении выполняется при температуре 120-25С и давлении в несколько торр, что способствует ускорению процесса. Гидролиз используют для производства особо чистых порошков с контролируемыми размерами, формой и составом. Значительное влияние на размер частиц оказывает количество воды: при ее избытке образуются более мелкие порошки (0,2 мкм).
Достоинство: данный метод позволяет получить УДП оксидов с заданными свойствами, однородными по гранулометрическому составу. Также высока воспроизводимость метода.
Недостатки: длительность процесса и большой объем перерабатываемых материалов.
Термолиз
Наночастицы могут образовываться в результате разложения при высокой температуре твердых веществ, содержащих катионы металлов, молекулярные анионы или металлорганические соединения. Например, малые частицы лития можно получить разложением азида лития LiN3. Вещество помещается в откаченную кварцевую трубку и нагревается до 4000С в установке для получения наночастиц металла путем термического разложения
|
|
|
При температуре 370 0С азид разлагается с выделением газообразного азота, что можно определить по увеличению давления в вакуумированном пространстве. Через несколько минут давление падает до первоначального уровня, показывая, что весь азот удален. Оставшиеся атомы лития объединяются в маленькие коллоидные металлические частицы. Таким методом можно получать частицы с размерами 5 нм. Частицы можно пассировать, вводя в камеру соответствующий газ.
|
|
|
