химический каталог




Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства

Автор А.И.Гусев

особое внимание уделено механическим и магнитным свойствам компактных наноматериалов. Последовательное обсуждение структуры и свойств изолированных наночастиц и компактных наноматериалов должно составить единое представление о современном состоянии исследований этого особого состояния вещества, выявить между изолированными наночастицами и компактными наноматериалами общее и особенное.

1 МЕТОДЫ СИНТЕЗА НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

1.1. ГАЗОФАЗНЫЙ СИНТЕЗ (КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОВ)

Изолированные наночастицы обычно получают испарением металла, сплава или полупроводника при контролируемой температуре в атмосфере инертного газа низкого давления с последующей конденсацией пара вблизи холодной поверхности или на ней. Это самый простой способ получения нанокристаллических порошков. В отличие от испарения в вакууме, атомы вещества, испаренного в разреженной инертной атмосфере, быстрее теряют кинетическую энергию из-за столкновений с атомами газа и образуют сегрегации (кластеры).

Первые работы в этом направлении были выполнены в 1912 году [19, 20]: изучение испарения Zn, Cd, Se и As в вакууме, а также в водороде, азоте и углекислом газе показало, что размер получаемых частиц зависит от давления и атомной массы газа. Авторы [21] испаряли золото с нагретой вольфрамовой нити и при давлении азота 0,3 мм рт. ст. (40 Па) получили в конденсате сферические частицы диаметром от 1,5 до 10 нм. Они обнаружили, что размер частиц зависит от давления газа и в меньшей степени от скорости испарения. Конденсация паров алюминия в Н2, Не и Аг при различном давлении газов позволила получить частицы размером от 100 до 20 нм [22]. Позднее методом совместной конденсации паров металлов в Аг и Не удалось получить высокодисперсные сплавы Аи—Си и Fe—Си, образованные сферическими частицами диаметром 16—50 нм [23, 24]. Вариантом конденсации пара металла в газовой атмосфере является предложенный еще в XIX веке метод диспергирования металла с помощью электрической дуги в жидкости и последующей конденсации металлического пара в парах жидкости [25]; позднее этот метод был усовершенствован авторами [26—28]. Первый об17

I

ширный обзор [29], посвященный детальному обсуждению метода конденсации и образованию высокодисперсных частиц металлов путем конденсации металлического пара, появился в 1969 году. Некоторые теоретические особенности конденсации в перенасыщенном паре, которая протекает через образование и рост зародышей (кластеров), рассмотрены в обзоре [30].

Получаемые испарением и конденсацией нанокристалличе-ские частицы размером < 20 нм имеют сферическую форму, а более крупные частицы могут быть огранены. Распределение нанокристаллов по размерам является логарифмически нормальным и описывается функцией

F(d) = (л/2^ lnCTp'expKlnrf-lnrf,)2/^2^], (1.1) где d — диаметр частицы; dg — средний геометрический диаметр; Os — дисперсия; 1пс? = j^^ln^ -In^f j/^"'} .

Анализ показывает, что большинство распределений наночастиц металлов, полученных методом испарения и конденсации, описывается формулой (1.1) со значениями o"s = 1,4±0,2. В изолированных нанокристаллах нет дислокаций, но могут возникать дисклинации, энергетически более выгодные в очень малых кристаллах [31].

Установки, использующие принцип испарения-конденсации, различаются способом ввода испаряемого материала, способом подвода энергии для испарения, рабочей средой, организацией процесса конденсации, системой сбора полученного порошка. Испарение металла может происходить из тигля или же металл поступает в зону нагрева и испарения в виде проволоки, впрыскиваемого металлического порошка или в струе жидкости. Подвод энергии может осуществляться непосредственным нагревом, пропусканием электрического тока через проволоку, электродуговым разрядом в плазме, индукционным нагревом токами высокой и сверхвысокой частоты, лазерным излучением, электроннолучевым нагревом. Испарение и конденсация могут протекать в вакууме, в неподвижном инертном газе, в потоке газа, в том числе в струе плазмы.

Конденсация парогазовой смеси с температурой 5000— 10 000 К может происходить при ее поступлении в камеру с боль18 шими сечением и объемом, заполненную холодным инертным газом; охлаждение будет осуществляться как за счет расширения, так и контакта с холодной инертной атмосферой. Существуют установки, в которых в камеру конденсации коаксиально поступают две струи — парогазовая смесь подается вдоль оси, а по ее периферии поступает кольцевая струя холодного инертного газа. В результате турбулентного смешения температура паров металла понижается, увеличивается пересыщение и происходит быстрая конденсация. Благоприятные условия конденсации металлических паров создаются при адиабатическом расширении в сопле Лаваля, когда в результате быстрого расширения создается высокий градиент температуры и происходит почти мгновенная конденсация пара.

Самостоятельной задачей является собирание полученного конденсацией нанокристаллического порошка, так как его отдельные частицы настолько малы, что находятся в постоянном броун

страница 7
< 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
tokio hotel 2017
продажа дачных участков по новой риге
шашечный пояс для такси магнитный
кристалайт как изготовить

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
(08.12.2016)