|
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
) + 2
m
H
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.
36
Do'stlaringiz bilan baham: |
