Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 1. Методы синтеза наночастиц и нанопорошков Исследования показали, что температура разложения формиатов повышается в ряду Fe–Ni–Co–Cu, а скорость реакции разложения воз- растает в обратном порядке. Термическое разложение оксалатов многих металлов (Mn, Fe, Cu) протекает по уравнению MeC 2 O 4 → MeO + CO + CO 2 Пиролиз оксалатов, формиатов и других солей позволяет получать порошки размером частиц около 100 нм. Путем термической диссоциации карбонилов при температуре до 773 K по реакции возможно получение полиметаллических пле- нок размерами кристаллитов порядка 20 нм Me n (CO) m → n Me + mCO Характерной особенностью термического разложения является сравнительно невысокая селективность процесса, поскольку продукт реакции обычно представляет собой смесь целевого продукта и дру- гих соединений. Метод восстановления используют для получения наноматериалов (чаще всего металлов) из исходных кислородосодержащих соедине- ний. При переработке оксидов металлов в качестве восстановителей используют газы — водород, монооксид углерода, конвертированный природный газ. Этим процессам соответствуют реакции, в результа- те которых получают нанопорошки металлов: Fe, W, Ni, Mo, Cu, Co. MeO + H 2 → Me + H 2 O (пар) MeO+ CO → Me + CO 2 Вариантами пиролиза, совмещенного с конденсацией, являются разложение металлоорганических соединений в ударной трубе, по- сле чего свободные атомы металла конденсируются из пересыщенно- го пара, или же сверхзвуковое истечение газов из камеры через соп- ло в вакуум. Как вариант пиролиза можно рассматривать получение нанокристаллических металлических порошков восстановлением ги- дрооксидов, хлоридов, нитратов и карбонатов металлов в токе водо- 37 1.5. Пиролиз рода при температуре менее 500 K. Достоинствами этого метода яв- ляются низкое содержание примесей и узкое распределение частиц порошков по размерам. Термическое разложение, совмещенное с восстановлением, при- меняется для получения металлических катализаторов, нанесенных на носитель. В этом случае пористый материал (силикагель, цеолит и т. д.) пропитывают раствором гидрооксида или другого соединения требуемого металла. Пропитанный пористый носитель сушат, а затем прокаливают в токе водорода для восстановления металла. В резуль- тате в порах носителя образуются каталитически активные металли- ческие наночастицы. Однако наиболее широко пиролиз прекурсоров используется для получения нанокристаллических порошков керамических материа- лов, т. е. различных оксидов, карбидов, нитридов, боридов, карбони- тридов, борокарбидов, борокарбонитридов и др. При синтезе высокодисперсных и наноразмерных оксидных мате- риалов в качестве прекурсоров используют карбоксилаты металлов и продукты их химического модифицирования этиленгликолем. По- казано, что эффективным прекурсором для получения диоксида тита- на TiO 2 в виде нановолокон диаметром от 20 до 100 нм является гли- колят титана Ti(OCH 2 CH 2 O) 2 . Синтез нановолокон гликолята титана проводят при нагреве на воздухе гидратированного диоксида титана Ti(OH) 4 с этиленгликолем. Затем образовавшиеся волокна гликолята титана подвегают термическому разложению на воздухе при темпе- ратуре от 673 до 1173 К, в результате чего происходит образование нановолокон TiO 2 . В зависимости от температуры термического раз- ложения диоксид титана имеет кристаллическую структуру анатаза или рутила, сохраняя морфологию прекурсора. Нанокристаллический порошок карбида титана TiC можно полу- чить пиролизом координационного металлоорганического соедине- ния (C 5 H 5 ) 2 Ti(CH 3 ) 2 в атмосфере аргона или пиролизом полимерного соединения [(C 6 H 4 O 2 ) 2 Ti] n в атмосфере аргона и водорода как восста- новителя. Для получения нанокристаллических порошков карбида кремния SiC можно использовать термическое разложение таких прекурсоров, как поликарбосиланы и поликарбосилоксаны. Нанокристаллический карбид кремния Si 3 N 4 получают пиролизом полисилазанов. Поли- |