Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
разделение компонентов, сушка продукта осаждения. Имеются дан- ные о получении с использованием этого метода порошка Y 2 O 3 с ча- стицами сферической формы размером до 800 нм и порошка серебра размером частиц до 2 нм. Криогенная сушка коллоидных растворов тоже позволяет полу- чать нанопорошки. Криохимический метод получения нанопорошков оксидов металлов заключается в растворении солей, быстром замора- живании полученных растворов, сублимации растворителя и терми- ческом разложении остатка. В этом случае раствор распыляют в каме- ру с криогенной средой, где он замерзает в виде мелких частиц. Затем давление газовой среды снижается до значения, меньшего, чем рав- новесное давление над замороженным растворителем. После этого материал нагревают при непрерывной откачке для возгонки раство- рителя. В результате образуются тончайшие пористые гранулы одина- кового состава, прокаливанием которых получают порошки. Данным методом были получены порошки оксидов Cu, Y и порошки системы Al 2 O 3 — 10 мас. % ZrO 2 — 2 мас. % MgО. К преимуществам данного метода относится возможность получения гомогенных нанопорош- ков сложного состава. 34 глава 1. Методы синтеза наночастиц и нанопорошков 1.4. химическая конденсация Химические методы получения наночастиц и ультрадисперсных систем известны достаточно давно. Как уже сообщалось, коллоидный раствор золя золота (красного цвета) размером частиц 20 нм был по- лучен в 1857 году М. Фарадеем. Агрегативная устойчивость золя объ- ясняется образованием двойного электрического слоя на поверхности раздела твердое тело — раствор и возникновением электростатиче- ской составляющей расклинивающего давления, являющегося основ- ным фактором стабилизации данной системы. Наиболее простым и часто используемым способом является син- тез наночастиц в растворах при протекании различных реакций. Для получения металлических наночастиц применяют реакции восста- новления, при которых в качестве восстановителя используют алю- мо- и борогидриды, тетрабораты, гипофосфиты и многие другие неорганические и органические соединения. Наноразмерные частицы солей и оксидов металлов получают чаще всего в реакциях обмена и гидролиза. Например, золь золота разме- ром частиц 7 нм может быть получен восстановлением хлорида золо- та боргидридом натрия с использованием в качестве стабилизатора додекантиола. Тиолы широко используются для стабилизации нано- частиц полупроводников. В качестве стабилизаторов используют и другие органические со- единения, способные образовывать поверхностные комплексы. Реакцию гидролиза проводят в органических растворителях. По- следующая полимеризация приводит к образованию геля: M(OR) 4 + 4H 2 O → M(OH) 4 + 4ROH m M(OH) n → (MO 2 ) + 2mH 2 O Этот метод обладает чрезвычайно широкими возможностями и по- зволяет получать материалы, содержащие и биологически активные макромолекулы. 35 1.5. Пиролиз 1.5. Пиролиз Получение нанокристаллических порошков металлов и соедине- ний с помощью пиролиза (термическое разложение в специальной атмосфере) связано с использованием прекурсоров, которыми обыч- но служат сложные элементо- и металлоорганические соединения, полимеры, гидроксиды, карбонилы, формиаты, нитраты, оксалаты, амиды, имиды, азиды металлов. Прекурсоры содержат все или почти все химические элементы, которые должны присутствовать в полу- чаемом продукте. Нагрев прекурсоров до определенной температу- ры приводит к их разложению с образованием синтезируемого веще- ства и выделением газовой фазы. Высокодисперсные металлические порошки получают термиче- ским разложением различных солей. Например, пиролизом формиа- тов железа, кобальта, никеля, меди в вакууме или инертном газе при температуре от 470 до 530 K получают дисперсные порошки металлов средним размером частиц от 100 до 300 нм. Нанокристаллический по- рошок нитрида алюминия AlN средним размером частиц 8 нм полу- чают разложением в аммиаке при 900 K полиамида алюминия. Бори- ды переходных металлов можно получать пиролизом борогидридов при значении от 600 до 700 K, т. е. при температуре, которая гораздо ниже обычных температур твердофазного синтеза. В общем виде основную реакцию пиролиза формиатов можно пред- ставить в виде следующего результирующего уравнения: Me(HCOO) n → MeO + H 2 + CO + H 2 O + Me При этом реакция восстановления оксидов металлов газами CO и H 2 , выделяющимися при пиролизе, рассматривается как вторичная. По той же схеме происходит разложение формиатов Cu и Zn и дру- гих металлов. Следует отметить, что при пиролизе формиатов Cu и Ni преобла- дает выход свободного металла, а при пиролизе формиатов Mn и Fe — выход оксидов металлов. Другие формиаты металлов могут занимать промежуточное положение; например, при пиролизе формиата ко- бальта образуется от 50 до 60 % CoO и от 50 до 40 % Co. |