Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
Керамические наноматериалы широко используются для изго-
товления деталей, работающих в условиях повышенных температур, 
неоднородных термических нагрузок и агрессивных сред. Сверхпла-
стичность керамических наноматериалов позволяет получать из них 
применяемые в аэрокосмической технике изделия сложной конфи-
гурации с высокой точностью размеров. Нанокерамика на основе ги-
дроксиапатита благодаря биосовместимости и высокой прочности 
используется в ортопедии для изготовления искусственных суставов 
и в стоматологии для изготовления зубных протезов. Нанокристалли-
ческие ферромагнитные сплавы систем Fe-Cu-M-Si-B (M – переходный 
металл IV–VI групп) находят применение как трансформаторные мяг-
кие магнитные материалы с очень низкой коэрцитивной силой и вы-
сокой магнитной проницаемостью.
Нанокерамику, как было рассмотрено выше, получают из нано-
размерных порошков методами формования и спекания. Посколь-
ку вследствие высокого внутреннего трения нанопорошки труднее 
уплотняются, для их формования часто используют импульсное и ги-
дростатическое прессование, методы шликерного и гелевого литья, 
гидроэкструзии. Одной из важных проблем при получении нано-
керамики обычно является интенсивный рост зерна при спекании 
в обычных условиях. Для его предотвращения используется два ос-
новных метода:
– введение в исходный порошок (шихту) нерастворимых добавок, 
локализуюшихся на границах зерен и препятствующих их срастанию;
– использование специальных методов и режимов уплотнения 
и спекания керамики, позволяющих значительно уменьшить про-
должительность и (или) температуру высокотемпературных стадий 
ее получения (импульсное прессование, горячее прессование, неко-
торые виды низкотемпературного спекания).
В российской промышленности освоен конверсионный метод по-
лучения алмазного нанопорошка путем взрыва боеприпасов в спе-
циальных камерах; в результате развивающихся при взрыве высо-
ких значениях давления и температуры происходит синтез алмаза 
из углеродсодержащих взрывчатых веществ, катализируемый части-
цами и парами металла из оболочек боеприпасов.
Ультразвуковое прессование нанопорошков особенно эффективно 
для изготовления изделий сложной формы: втулок, конических ше-

---

81
2.3. осаждение и напыление на подложку
стеренок, спиралей и т. д. Полученные керамические изделия имеют 
однородную микроструктуру и плотность.
Перспективным является использование нанокерамики, которая 
получена гидротермальным синтезом, относящимся к методам «мяг-
кой химии». Гидротермальный метод синтеза, работающий при повы-
шенных значениях температуры и давления, позволяет получать ок-
сидную нанокерамику, например TiO
2
, ZrO
2
, HfO
2
, в том числе и в виде 
нанопрутков. Нанокристаллические порошки диоксидов титана, цир-
кония, гафния и композиции на их основе уже сейчас находят приме-
нение в качестве катализаторов, газовых сенсоров, диэлектрической 
керамики, красителей, твердых электролитов, диффузионных барье-
ров и оптических покрытий. Можно ожидать, что с развитием гидро-
термального метода синтеза использование оксидной нанокерамики 
в различных областях техники и электроники только усилится.
2.3. осаждение и напыление на подложку
Методы синтеза поверхностных (двумерных) наноструктур или 
пленочных материалов различного назначения представляют собой 
известные способы получения твердофазных материалов, но име-
ют свои отличительные особенности, связанные с нанесением ма-
териалов на подложку. Пленочные, поверхностные, нанострукту-
ры обладают особыми свойствами, отличающими их от объемных 
материалов. В тонких пленках реализуются такие явления, как эф-
фекты электроформовки, мягкий и восстановительный пробой, А- 
и В-фриттинг, эффект электронного переключения и др. Для совре-
менной электроники и спинтроники, создания сверхпроводящих 
структур особое место занимает сверхточный синтез с заданной то-
пологией (заданный порядок расположения атомных слоев) в син-
тезируемой структуре. В настоящее время полупроводниковые, ме-
таллические и диэлектрические тонкие пленки получают в основном 
методами, которые делятся на четыре группы: электрохимические, 
конденсация из паровой фазы в вакууме, кристаллизация из газовой 
фазы с помощью химических реакций, осаждение из жидкой фазы 
(раствор — расплав). Каждый метод имеет свои особенности и при-
меняется для определенного ряда веществ в соответствии с их фи-

---

82