химический каталог




Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства

Автор А.И.Гусев

температур 10 К < Т < 6D теплоемкость нанопорошков в 1,2—2 раза больше, чем у соответствующих массивных материалов. Повышенная теплоемкость нанопорошков обусловлена как собственно размерным эффектом, так и их чрезвычайно развитой поверхностью, вносящей дополнительный вклад в теплоемкость.

Теплоемкость Ср образцов nc-Pd (d = 6 нм) и пс-Си (d = S нм), полученных компактированием нанокластеров, была измерена в области температур 150—300 К [532]. Относительная плотность образцов яс-Pd составляла 80, а пс-Си — 90 % от плотности беспористого поликристаллического металла. Измерениями обна144

145

ружили, что С„ образцов nc-Pd и пс-Си на 29—53 и 9—11 % выше, чем теплоемкость обычных поликристаллических Pd и Си соответственно (рис. 5.6). При нагреве лс-Pd при Т = 350 К наблюдался экзотермический тепловой эффект и размер зерен оставался неизменным или возрастал до 10 нм; теплоемкость nc-Pd, нагретого до 350 К, была больше теплоемкости крупнозернистого палладия только на 5 %. Авторы [532] предположили, что наблюдаемая повышенная теплоемкость обусловлена более «рыхлой» структурой границ раздела. Такое объяснение выглядит мало правдоподобным, так как установлено, что структура границ раздела в компактированных наноматериалах очень мало отличается от структуры кристаллитов. Более вероятно, что избыточная теплоемкость, как и в нанопорошках, определяется большой площадью границ раздела и соответствующим ей вкладом в теплоемкость. Экспериментальным подтверждением это--го может быть измерение теплоемкости нанопорошка и образца, компактированного из этого же порошка; при одинаковом размере зерен теплоемкость нанокристаллического порошка и компактированного наноматериала скорее всего (с учетом ошибок измерений) будут близки. Кроме того, вклад в избыточную теплоемкость может дать примесный водород; в особенности это относится к палладию, способному очень легко поглощать и растворять водород.

Действительно, при изучении теплоемкости nc-Pt авторы [533] пришли к выводу, что при температуре примерно 300 К

I

большая часть избыточной теплоемкости компактированных на-номатериалов является следствием возбуждения примесных атомов водорода. Примесный водород часто присутствует в наноматериалах, полученных конденсацией нанокластеров в инертном газе и их последующим компактированием. Например, повышенная растворимость водорода в границах зерен nc-Pd отмечена в [431, 534]; согласно [535], водород преимущественно растворяется не в границах раздела, а непосредственно в зернах nc-Pd.

Низкотемпературная теплоемкость компактированной нанокристаллической меди пс-Си с размером зерен 6,0 и 8,5 нм в области температур 0,06—10,0 К оказалась в 5—10 раз больше теплоемкости крупнозернистой меди [292]. Наибольшее увеличение теплоемкости наблюдалось на образце лс-Cu с меньшим размером зерен. Увеличение теплоемкости пс-Си при Т> 1 К может быть обусловлено тем, что слабосвязанные атомы на поверхности зерен ведут себя как линейные осцилляторы Эйнштейна, и в фононном спектре появляются поверхностные колебательные моды. Согласно оценке [292], такими осцилляторами в зависимости от размера частиц являются каждый шестой-деся-тый атом поверхности.

В работе [298] методом неупругого рассеяния нейтронов при 100—300 К изучена плотность фононных состояний g (со) в нано-порошке n-Ni, в компактированном нанокристаллическом образце nc-Ni с относительной плотностью 80 % и в крупнозернистом никеле. Размер зерен в n-Ni и nc-Ni составлял около 10 нм. Наиболее заметным размерным эффектом является увеличение плотности фононных состояний g (со) образцов n-Ni и nc-Ni в сравнении с крупнозернистым никелем в области энергий ниже 14 МэВ (см. рис. 3.12). Расчет с использованием данных по плотности фононных состояний показал, что теплоемкость nc-Ni при Т < 22 К в 1,5—2 раза больше, чем у крупнозернистого никеля. По [298], изменение фононного спектра и повышенная теплоемкость nc-Ni определяются вкладом границ зерен с пониженной плотностью вещества. Отмечено также, что избыточная теплоемкость компактных наноматериалов в области комнатной температуры скорее всего обусловлена примесью атомов водорода, чьи колебания возбуждаются при Т> 300 К.

Измерения температурной зависимости теплоемкости компактированных образцов нанокристаллического никеля nc-Ni со средним размером примерно 70 нм [185] показали, что при

146

147

Т< 600 К пс-Ш имеет более высокую теплоемкость в сравнении с крупнозернистым никелем. В соответствии с [169, 185] повышенная теплоемкость пс-Ш связана с вкладом зернограничной фазы, которая имеет пониженную температуру Дебая и повышенную (на 10—25 %) теплоемкость по сравнению с крупнозернистым материалом.

Для объяснения аномалии низкотемпературной теплоемкости в [536] предложена модель компактного нанокристалличес-кого материала, в котором все зерна имеют форму ромбоэдра и одинаковые размеры. Модельная ячейка включала восемь таких зерен (рис. 5.7). При моделировании размер зерна d, определяемый как диаметр сферической частицы с таким же числом атомов, пр

страница 52
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

Скачать книгу "Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства" (1.38Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
табличка нотариуса установленной формы в спб фото
мифегин таблетки
встроенная аудиосистема для квартиры
шкаф шх 800/500 металлический

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(15.12.2017)