Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Механохимические реакции
глава 1. Методы синтеза наночастиц и нанопорошков карбосилоксаны содержат кислород, поэтому их пиролиз проводится в восстановительной среде водорода по примерной схеме H 2 –[Si(CH 3 ) 2 O] n – → SiC Первоначальный нагрев осуществляют с помощью низкотемпера- турной плазмы или лазерного излучения, затем продукты пиролиза дополнительно отжигают при температуре порядка 1600 K для стаби- лизации структуры и состава. Нанокристаллический карбид бора B 4 C получают разложением поливинилпентаборана –[C 2 H 3 (B 5 H 8 )] n –. Борсодержащие полимеры типа полиборазина, полиборазола и поливинилборазина предлагает- ся использовать для получения высокодисперсных порошков нитри- да бора BN, а также применять в качестве добавок к порошку титана для синтеза нанокристаллических композиций TiN + TiB 2 . Нанокри- сталлический порошок нитрида алюминия AlN со средним размером частиц 8 нм получали разложением в аммиаке при 900 K полиамиди- мида алюминия –[Al((NH 2 ) 3 NH] n –. Порошки, полученные пиролизом мономерных и полимерных со- единений, нужно дополнительно отжигать для стабилизации соста- ва и структуры; температура отжига нитридов и боридов составляет от 900 до 1300 K, оксидов и карбидов — от 1200 до 1800 K. Основным недостатком термического разложения является сравнительно невы- сокая селективность процесса, т. к. продукт реакции обычно представ- ляет собой смесь конечного продукта и промежуточных соединений. В настоящее время термическим разложением прекурсоров полу- чают многокомпонентные аморфные и нанокристаллические кера- мические материалы. Например, сложный керамический материал Si 3 B 1 C 4.3 N 2 был получен термическим разложением поливинилсилаза- на (B[C 2 H 4 -Si(CH 3 )NH] 3 ) n при температуре 523 K в течение 1 ч и при 623 K в течение 3 ч с последующим размолом продукта и его дегидро- генизацией при температуре 1673 K в течение 2 ч. Наноструктурированную смесь WC и Co можно получить термиче- ским разложением различных прекурсоров. В частности, при нагреве возможно разложение прекурсоров с одновременным образованием карбида WC и кобальта Co: 39 1.6. Механохимический синтез (NH 4 ) 8 [H 2 Co 2 W 11 O 40 ] → WC + Co [CoEn] 3 WO 4 → WC + Co где En — этилендиамид. Таким образом, термическое разложение прекурсоров позволяет получать наноразмерные порошки не только металлов и их соедине- ний, но также и нанокристаллические многокомпонентные керами- ческие и композиционные материалы. 1.6. Механохимический синтез Одной из наиболее производительных «сухих» химических техноло- гий, не требующих или минимизирующих использование растворите- лей для проведения химических реакций, является механохимический синтез. Механохимические реакции — химические превращения, инициированные или ускоренные механическим воздействием. При механическом воздействии на твердые смеси происходят процессы измельчения вещества, ускорения массопереноса, гомогенизации компонентов смесей и как следствие — активация химического вза- имодействия реагентов. Механизмы механохимических реакций от- личаются многостадийностью и включают такие наиболее важные этапы, как начальная деформация кристаллической структуры реа- гентов, образование, накопление и взаимодействие точечных и ли- нейных дефектов, измельчение вещества на отдельные блоки, обра- зование метастабильных состояний в контактной зоне разных фаз, химическая гомогенизация и релаксация продуктов реакции до рав- новесного состояния. Изучением реакционной способности твердых тел при их деформировании и разрушении занимается механохимия. Рассмотрим подробнее наиболее важные стадии реакций. Смеши- вание исходных компонентов — механический процесс равномерно- го распределения первоначально отдельных компонентов в однород- ную смесь для увеличения поверхности соприкосновения реагентов, уменьшения пути реакции. Ему может сопутствовать противополож- ный процесс сегрегации — разделение смеси на отдельные компонен- ты. Поскольку смешивание определяет не только скорость, но и пол- |