Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 1. Методы синтеза наночастиц и нанопорошков бразование и исключает возможность загрязнения. Другие преиму- щества лазерного нагрева: отсутствие поверхностей, вызывающих гетерогенное зародышеобразование, однородное и точное управле- ние процессом. Использование лазера как источника энергии обеспе- чивает монохроматичность и высокую яркость излучения, благода- ря чему достигается высокая степень преобразования света в тепло. Лазерный синтез нанокристаллических порошков Si, Si 3 N 4 и SiC под- робно описан в литературе. Порошки кремния получали пиролизом газообразного силана SiH 4 с использованием CO 2 -лазера. Зерна по- рошка Si сферической формы имели диаметр (50±20) нм и состояли из нескольких кристаллитов размером порядка 15 нм. Порошки ни- трида кремния Si 3 N 4 синтезировали из газовой смеси силана SiH 4 и аммиака NH 3 . Полученный порошок был аморфным, зерна порошка имели сферическую форму и средний размер (17±4) нм, причем рас- пределение зерен по размеру более узкое, чем в порошке Si (для Si 3 N 4 разброс по размерам зерен был от 10 до 25 нм). В отличие от нанопо- рошка кремния, зерна Si 3 N 4 не имели внутренней структуры. Для син- теза карбида кремния SiC использовали газовые смеси силана с ме- таном или этиленом. Размер зерен в полученном кристаллическом порошке SiC составлял от 18 до 26 нм, средний размер — 21 нм. Ис- следование показало, что размер наночастиц уменьшается с ростом интенсивности (мощности, отнесенной к единице площади) лазер- ного излучения из-за повышения температуры и скорости нагрева газов-реагентов. Зерна нанопорошков, синтезированных с примене- нием лазерного нагрева, отличаются узким распределением по раз- меру и сферической формой. Плазмохимический газофазный синтез с использованием лазерно- го излучения для создания и поддержания плазмы оказался эффектив- ным методом получения молекулярных кластеров. Молекулярные кла- стеры имеют полиморфные атомные структуры, которые ранее были не известны, и поэтому занимают особое место среди частиц, имею- щих наноразмеры. Наиболее известны среди полиморфных атомных структур фуллерены — наноаллотропная модификация углерода, ко- торая отличается от таких хорошо известных макроаллотропных мо- дификаций, как графит и алмаз. Экспериментальная установка для плазмохимического синтеза фуллереновой сажи при разложении мазута под воздействием им- 23 1.2. Плазмохимический синтез пульсного тлеющего разряда при атмосферном давлении состоит из следующих элементов (рис. 1.2): верхний электрод — анод — графи- товый стержень, нижний электрод — катод — прямоугольная медная емкость, дно которой покрыто слоем мазута толщиной 2 мм. На элек- троды подается импульсное напряжение около 12 кВ с частотой 80 кГц, мощность генератора 300 Вт. Частота повторения импульсов выбира- ется исходя из того требования, что скважность обеспечивает значи- тельную диссоциацию молекул электронами, произведенными во вре- мя импульса, а также из условия, что не развивается дуговой разряд. 80 кГц Электроды Слой жидкого углеводорода Рис. 1.2. Принципиальная схема экспериментальной установки для плазмохимического синтеза фуллеренов В разрядной камере находится воздух при атмосферном давлении. В ходе эксперимента углеродная сажа образуется в слое мазута, а так- же образуется в виде нитей, которые под действием конвекции под- нимаются вверх и оседают на стенках разрядной камеры. В качестве плазменного источника применяется импульсный тле- ющий разряд, который относится к разрядам с холодным катодом. Он имеет существенную термическую неравновесность: высокая элек- |