Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов Керамические наноматериалы широко используются для изго- товления деталей, работающих в условиях повышенных температур, неоднородных термических нагрузок и агрессивных сред. Сверхпла- стичность керамических наноматериалов позволяет получать из них применяемые в аэрокосмической технике изделия сложной конфи- гурации с высокой точностью размеров. Нанокерамика на основе ги- дроксиапатита благодаря биосовместимости и высокой прочности используется в ортопедии для изготовления искусственных суставов и в стоматологии для изготовления зубных протезов. Нанокристалли- ческие ферромагнитные сплавы систем Fe-Cu-M-Si-B (M – переходный металл IV–VI групп) находят применение как трансформаторные мяг- кие магнитные материалы с очень низкой коэрцитивной силой и вы- сокой магнитной проницаемостью. Нанокерамику, как было рассмотрено выше, получают из нано- размерных порошков методами формования и спекания. Посколь- ку вследствие высокого внутреннего трения нанопорошки труднее уплотняются, для их формования часто используют импульсное и ги- дростатическое прессование, методы шликерного и гелевого литья, гидроэкструзии. Одной из важных проблем при получении нано- керамики обычно является интенсивный рост зерна при спекании в обычных условиях. Для его предотвращения используется два ос- новных метода: – введение в исходный порошок (шихту) нерастворимых добавок, локализуюшихся на границах зерен и препятствующих их срастанию; – использование специальных методов и режимов уплотнения и спекания керамики, позволяющих значительно уменьшить про- должительность и (или) температуру высокотемпературных стадий ее получения (импульсное прессование, горячее прессование, неко- торые виды низкотемпературного спекания). В российской промышленности освоен конверсионный метод по- лучения алмазного нанопорошка путем взрыва боеприпасов в спе- циальных камерах; в результате развивающихся при взрыве высо- ких значениях давления и температуры происходит синтез алмаза из углеродсодержащих взрывчатых веществ, катализируемый части- цами и парами металла из оболочек боеприпасов. Ультразвуковое прессование нанопорошков особенно эффективно для изготовления изделий сложной формы: втулок, конических ше- 81 2.3. осаждение и напыление на подложку стеренок, спиралей и т. д. Полученные керамические изделия имеют однородную микроструктуру и плотность. Перспективным является использование нанокерамики, которая получена гидротермальным синтезом, относящимся к методам «мяг- кой химии». Гидротермальный метод синтеза, работающий при повы- шенных значениях температуры и давления, позволяет получать ок- сидную нанокерамику, например TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , в том числе и в виде нанопрутков. Нанокристаллические порошки диоксидов титана, цир- кония, гафния и композиции на их основе уже сейчас находят приме- нение в качестве катализаторов, газовых сенсоров, диэлектрической керамики, красителей, твердых электролитов, диффузионных барье- ров и оптических покрытий. Можно ожидать, что с развитием гидро- термального метода синтеза использование оксидной нанокерамики в различных областях техники и электроники только усилится. 2.3. осаждение и напыление на подложку Методы синтеза поверхностных (двумерных) наноструктур или пленочных материалов различного назначения представляют собой известные способы получения твердофазных материалов, но име- ют свои отличительные особенности, связанные с нанесением ма- териалов на подложку. Пленочные, поверхностные, нанострукту- ры обладают особыми свойствами, отличающими их от объемных материалов. В тонких пленках реализуются такие явления, как эф- фекты электроформовки, мягкий и восстановительный пробой, А- и В-фриттинг, эффект электронного переключения и др. Для совре- менной электроники и спинтроники, создания сверхпроводящих структур особое место занимает сверхточный синтез с заданной то- пологией (заданный порядок расположения атомных слоев) в син- тезируемой структуре. В настоящее время полупроводниковые, ме- таллические и диэлектрические тонкие пленки получают в основном методами, которые делятся на четыре группы: электрохимические, конденсация из паровой фазы в вакууме, кристаллизация из газовой фазы с помощью химических реакций, осаждение из жидкой фазы (раствор — расплав). Каждый метод имеет свои особенности и при- меняется для определенного ряда веществ в соответствии с их фи- |