Лекция 5 – Химические и биологические методы создания НМ.
К настоящему времени разработано большое количество методов и способов получения НМ. Это обусловлено разнообразием состава и свойств НМ, с одной стороны, а с другой – позволяет расширить ассортимент данного класса веществ, создавать новые и, уникальные образцы.
Основные химические методы получения наночастиц
· Получение частиц в газовой фазе. Осаждение в газовой фазе. Сверхзвуковое истечение газов из сопла.
· Термическое разложение и восстановление.
· Получение наночастиц в жидкой фазе. Осаждение в растворах и расплавах. Осаждение при сверхкритических условиях. Золь-гель метод.
· Электрохимический метод получения частиц. Получение частиц с использованием плазмы.
· Механохимический синтез.
· Биохимические методы получения НМ.
· Криохимический метод. Общие сведения о криохимической технологии. Основные процессы криохимической технологии.
Примеры:
· Гидротермальный синтез. Термическое разложение и восстановление.
· Метод совместного осаждения в растворах (расплавах). Золь-гель метод.
· Оксалатный метод. Осаждение компонентов на твердую фазу. Механохимический синтез.
· Биохимические методы получения НМ. прочие.
• Метод совместного осаждения метод основан на взаимодействии щелочных реагентов с водными растворами солей, содержащих катионы различных металлов в необходимом соотношении.
• В качестве осадителей чаще всего применяют растворы щелочей, соды, гидроксида аммония и его смесей с карбонатом аммония.
• Полученный осадок подвергают термообработке.
• Совместным осаждением получают составы на основе ЦТС, титаната бария и т.д.
|
|
Химические методы получения наноразмерных материалов можно разделить на группы,
В одну из которых можно отнести методы, где наноматериал получают по той или иной химической реакции, в которых участвуют определённые классы веществ.
В другую можно отнести различные варианты электрохимических реакций.
Метод осаждения заключается в осаждении различных соединений металлов из растворов их солей с помощью осадителей. Продуктом осаждения являются гидроксиды металлов. Регулированием рН и температуры раствора возможно создание оптимальных для получения НМ условий осаждения, при которых повышаются скорости кристаллизации и образуется высокодисперсный гидроксид. Затем продукт прокаливают и, при необходимости, восстанавливают. Получаемые нанопорошки металлов имеютразмер частиц от 10 до 150 нм. Форма отдельных частиц обычно близка к сферической. Однако, этим методом, варьируя параметры процесса осаждения, можно получать порошки игольчатой, чешуйчатой, неправильной формы.
Золь–гель метод п ервоначально был разработан для получения порошка железа. сочетает процесс химической очистки с процессом восстановления и основан на осаждении из водных растворов нерастворимых металлических соединений в виде геля, получаемого с помощью модификаторов (полисахаридов), с последующим их восстановлением. В частности, содержание Fe в порошке составляет 98,5 – 99,5 %. В качестве сырья можно использовать соли железа, а также отходы металлургического производства: лом металлов или отработанный травильный раствор. Благодаря использованию вторичного сырья, метод обеспечивает возможность производства чистого и дешёвого железа. Этим методом можно получать и другие классы материалов в наносостоянии: оксидную керамику, сплавы, соли металлов и др. Восстановление оксидов и других твердых соединений металлов является одним из наиболее распространенных и экономичных способов. В качестве восстановителей используются газы – водород, монооксид углерода, конвертированный природный газ, твёрдые восстановители – углерод (кокс, сажа), металлы (натрий, калий), гидриды металлов. Исходным сырьем могут быть оксиды, различные химические соединения металлов, руды и концентраты после соответствующей подготовки (обогащение, удаление примесей и т.п.), отходы и побочные продукты металлургического производства. На размер и форму получаемого порошка оказывают влияние состав и свойства исходного материала, восстановителя, а также температура и время восстановления.
|
|
Сущность способа химического восстановления металлов из растворов заключается в восстановлении ионов металла из водных растворов их солей различными восстановителями: Н2, СО, гидразин, гипофосфит, формальдегид и др. В методе газофазных ХР синтез НМ осуществляется за счёт химического взаимодействия, протекающего в атмосфере паров легколетучих соединений. Нанопорошки изготавливают также с помощью процессов термической диссоциации или пиролиза. Разложению подвергаются соли низкомолекулярных органических кислот: формиаты, оксалаты, ацетаты металлов, а также карбонаты и карбонилы металлов. Температурный интервал диссоциации составляет 200 – 400 о С. Метод электроосаждения заключаются в осаждении металлического порошка из водных растворов солей при пропускании постоянного тока. Методом электролиза получают примерно 30 металлов. Они имеют высокую чистоту, поскольку в ходе электролиза происходит рафинирование. Осаждающиеся на катоде металлы в зависимости от условий электролиза могут получаться в виде порошка или губки, дендритов, которые легко поддаются механическому измельчению. Такие порошки хорошо прессуются, что важно при производстве изделий.