Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 1. Методы синтеза наночастиц и нанопорошков M m C n . Из этого ясно, что в условиях газофазного синтеза образование в системах M-C кубических или додекаэдрических структур в боль- шей степени определяется кинетическими, а не термодинамически- ми факторами. Правильный ответ на вопрос о причинах преимуще- ственного образования той или иной структуры практически важен, т. к. позволяет направленно получать именно ту модификацию нано- структурированного материала, которая необходима. 1.3. осаждение из коллоидных растворов Группа нанотехнологий, которая использует осаждение из колло- идных растворов, является одной из наиболее востребованных для по- лучения огромного разнообразия нанопорошков. Общей чертой этой группы является проведение химических реакций в водных и органи- ческих растворах солей. Используемые методы очень разнообразны. Эти методы широко ис- пользуются для синтеза высокодисперсных порошков различных ве- ществ в виде осадков, для получения сплошных и дискретных пленок. Наночастицы из коллоидных растворов получают с помощью хими- ческой реакции между компонентами раствора и прерывания реак- ции в определенный момент времени, после чего дисперсная система переводится из жидкого коллоидного состояния в дисперсное твер- дое. Первое научное описание получения и оптических свойств ста- бильных коллоидных растворов золота Au принадлежит М. Фарадею. По методу химического осаждения после приготовления водных растворов солей металлов создают подходящие условия для осаждения и добавляют вещество-осадитель, далее проводят осаждение порош- ка оксида металла при отделении осадка гидрооксида. Условия осаж- дения регулируют путем изменения рН, температуры, добавления бу- ферных растворов. В качестве осадителя наиболее часто используют растворы аммиака, углекислый аммоний, щавелевую кислоту, оксалат аммония, а в качестве осаждаемых веществ предпочтительно исполь- зуют растворимые азотнокислые соли. В результате получают нанопо- рошки оксидов. При необходимости путем их термообработки в вос- становительной среде можно получать металлические нанопорошки. Метод нашел достаточно широкое применение для получения много- 27 1.3. осаждение из коллоидных растворов компонентных порошков, когда из многокомпонентных растворов осаждают сразу несколько соединений. Основным недостатком ме- тода является использование больших объемов, значительное содер- жание примесей в порошках и большой разброс частиц по размерам. Осаждение из водных коллоидных растворов применяется для получения различных халькогенидов (сульфидов, селенидов, теллу- ридов), обладающих полупроводниковыми свойствами. Так, синтез нанокристаллических порошков сульфидов осуществляется путем реакции между водорастворимой солью металла и сульфидизатором (донор серы). Простейшими сульфидизаторами являются сероводо- родная кислота H 2 S или сульфид натрия Na 2 S. Например, осаждени- ем из смеси растворов перхлората кадмия Cd(ClO 4 ) 2 и сульфида на- трия Na 2 S по следующей реакции Cd(ClO 4 ) 2 + Na 2 S → CdS↓ + 2NaClO 4 можно получить наноструктурированный сульфид кадмия CdS. Рост наночастиц CdS прерывают скачкообразным увеличением pH рас- твора. При синтезе сульфидов с заданным размером наночастиц в каче- стве сульфидизатора используется диамид тиоугольной кислоты (тио- мочевина) (NH 2 ) 2 CS и ее производные, например, тиосемикарбазид H 2 NCSNHNH 2 , тиокарбазид (NH 2 ) 2 (NH) 2 CS, тиоацетамид CH 3 CSNH 2 , аллилтиомочевина C 3 N 5 HNCSNH 2 , ацетилтиомочевина C 3 H 6 N 2 OS, а также тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 . Для каждого из этих сульфиди- заторов характерна определенная скорость формирования и опре- деленные свойства образуемой пленки или осадка-порошка. Кроме того, для каждого сульфидизатора имеются свои оптимальные усло- вия, при которых происходит осаждение сульфидов металлов. Обра- зование сульфида металла в водном растворе является необратимой реакцией, а критерием самопроизвольного образования сульфида является положительное значение химического сродства реакции. В результате использованию диамида тиоугольной кислоты и варьи- рования сродства химической реакции осаждения PbS удается регу- лировать размер получаемых частиц сульфида. Размер наночастиц сульфида кадмия, полученного методом хи- мического осаждения с использованием диамида тиоугольной кис- |