Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

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 + 
m
CO
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-

---

38