Г. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ ФАЗ ИЗ ПОЛЫХ СФЕРИЧЕСКИХ И

68
Рис. 25. Полые микрочастицы: 
а — шарообразная полая частица со сплошными стенками;
6 — бесформенная полая частица с порозными стенками;
в — ограненная полая частица, стенки которой состоят из микрокристаллов 
Толщина корки частиц составляет от десятков-сотен нм до нескольких 
мкм, а внешний размер – от нескольких десятков нм до сотен мкм. Материал 
корки может быть аморфным, мелкокристаллическим, частица может 
представлять собой и полый монокристалл. 
В литературе описано множество способов получения органических 
полых частиц, которые нашли широкое применение для капсулирования 
лекарственных средств. Однако в данном курсе мы будем рассматривать 
только получение неорганических полых частиц. 
К разряду полых частиц относятся и фуллерены – наночастицы, полые 
по своей природе.
Наиболее распространенный прием получения полых частиц основан на 
диспергировании раствора вещества с помощью ультразвукового генератора 
или путем пропускания через раствор интенсивного тока газа-носителя с 
последующим пиролизом и химической обработкой твердых частиц после 
удаления растворителя. Схема получения полых микрочастиц представлена 
на рис. 26. 

69
Рис. 26. Схема получения полых микрочастиц методом пиролиза: 
1 — ток газа; 2 — распыляемый раствор; 3 — устройство для 
аэрозолирования раствора (УЗ-генератор и др.); 4 — реактор (электрическая 
печь); 5 — приемник аэрозоля. 
В качестве исходных материалов для получения полых частиц наиболее 
часто используются водные, водно-этанольные или водно-метанольные 
растворы нитратов металлов (иногда сульфатов, хлоридов, ацетатов). Если 
нагревание капель нитратных растворов ведется в инертной атмосфере, то 
удается получить полые частицы соответствующих оксидов. Например, 
таким образом получены полые частицы 
α- и γ-Al
2
O
3
, TiO
2
, V
2
O
5
, NiO, CoO, 
Cu
2
O, CuO, ZnO, SnO
2
, PbO, PdO. 
Если в инертный газ-носитель (N
2
, CO
2
) добавить газ-восстановитель 
(H
2
, NH
3
, CH
4
), то в восстановительной атмосфере из исходных оксидных 
форм могут быть получены полые частицы различных металлов. 
Если пиролизу подвергают микрокапли раствора, содержащего два или 
три компонента в стехиометрических соотношениях, то можно получить 
сложные оксиды. Например, таким образом получены полые частицы 
феррита бария BaFe
12
O
19
, титанатов стронция и бария (SrTiO
3
и BaTiO
3
). 
Следует отметить, что не во всех случаях образующиеся при пиролизе 
микрокапель аэрозоля частицы оказываются полыми. Образование полых 
или сплошных частиц зависит от концентрации и химической природы 
реагентов, и на настоящий момент невозможно точно прогнозировать 
условия, при которых получатся полые частицы. 

70
К образованию полой частицы может привести химическое 
взаимодействие вещества, содержащегося в микрокапле раствора, с газом 
или паром, а также взаимодействие двух веществ в микрокапельном 
состоянии. Например, при контакте микрокапель раствора FeCl
3
с 
газообразным аммиаком получены полые частицы гидроксохлорида железа, 
рис. 27. Аналогично при контакте микрокапель раствора нитрата кобальта с 
газообразным аммиаком были получены полые частицы гидроксонитрата 
кобальта. Размер полых частиц всегда был близок к размеру микрокапель, 
которые формируются в УЗ-генераторе (1 -10 мкм). 
Рис. 27. Полые частицы гидроксохлорида железа 
Твердое вещество, состоящее из полых частиц, является сверхлегким. 
Эффективная плотность керамики в виде полых сфер составляет 0,3 – 0,5 
г/см
3
. Удельная поверхность материала из полых частиц достигает десятков – 
сотен м
2
/г. Эти свойства позволяют использовать вещества, состоящие из 

71
полых частиц, в качестве катализаторов или носителей катализаторов, а 
также в качестве сорбентов. С использованием полых частиц можно 
синтезировать высокодисперсные порошки, изготавливать различные 
миниатюрные устройства, например, миниатюрные пьезоэлектрики, 
магниты. 
При определенных условиях возможно получение полых макрочастиц с 
внешним диаметром, достигающим миллиметры. Так, если в атмосферу 
аммиака на короткое время внести каплю (диаметр 2-2,5 мм) 20-30%-ого 
водного раствора FeCl
3
, то капля с поверхности покрывается твердой 
гидроксохлоридной коркой и образуется полый шарик. При удалении из его 
внутреннего объема избытка раствора FeCl
3
получается полый шарик 
диаметром около 2 мм. Если этот гидроксохлоридный шарик прогреть в 
атмосфере водорода при 350-700
0
С, то в результате реакции 
2FeOHCl
2
+ 3H
2
= 2Fe + 2H
2
O 
+ 
4HCl (28) 
образуется полая механически довольно устойчивая макрочастица из α-Fe. 
Формирование таких частиц связано с возникновением при восстановлении в 
корке тонких длинных (до 250-300 мкм) кристаллических частиц железа (рис. 
28). 

72
 
Рис. 28. Нитеобразные частицы a-Fe в полых макрочастицах железа 
Недавно обнаружено, что при нагревании на воздухе или в атмосфере 
водорода до 160-200
0
С частично гидролизованного парами воды хлорида 
алюминия образуются полые макротрубки из аморфного оксида алюминия 
диаметром 10 -300 мкм и длиной от нескольких десятков микрометров до 2-3 
см и более, рис. 29. Эти полые трубки устойчивы на воздухе и 
характеризуются довольно высокой механической прочностью. 

73

жүктеу/скачать 2.32 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: