1. Обзор способов получения наноматериалов
К настоящему времени разработано большое количество методов и способов получения наноматериалов. Это обусловлено разнообразием состава и свойств наноматериалов, с одной стороны, а с другой - позволяет расширять ассортимент данного класса веществ, создавать новые, уникальные образцы.
Формирование высокодисперных структур может происходить в ходе таких процессов, как фазовые превращения, химическое взаимодействие, рекристаллизация, аморфизация, высокие механические нагрузки, биологический синтез. Как правило, формирование наноматериалов возможно при наличии существенных отклонений от равновесных условий существования вещества, что требует создания специальных условий и, зачастую, сложного и прецизионного оборудования.
Существует классификация методов по принципу изменения размера частиц в ходе синтеза. Если за основу классификации брать процессы разделения «сверху-вниз» или синтеза «снизу-вверх», то методы получения можно разделить на две группы:
- диспергационные методы (основаны на диспергировании исходных материалов).
- конденсационные методы (основаны на получении наночастиц из систем, в которых вещества диспергированы на молекулярном (атомном) уровне).
Диспергационные методы представляют собой механическое измельчение частиц материала (предварительно полученные порошки, гранулы, размолотые слитки) и принадлежат к числу наиболее распространенных методов изготовления порошков. Особенно легко получать порошки на основе хрупких материалов. Порошки пластичных, высокопрочных и аморфных материалов получить труднее. В этом случае возрастает опасность чрезмерного нагрева материала и загрязнения его продуктами износа рабочих частей технологического оборудования. Механическое воздействие приводит к появлению упругих напряжений в кристалле. Вследствие анизотропии кристаллической решетки, особенностей электронных и ионных свойств, различия в природе и энергии химических связей в структуре, релаксация упругих напряжений может осуществляться по различным механизмам. Такими механизмами могут быть колебательное возбуждение, электронное возбуждение и изменение степени ионности химических связей, разрыв связей, перегруппировки атомов, миграция атомов и ионов. Варьируя интенсивность и характер подводимых к твердому телу механических воздействий можно контролировать свойства материалов, полученных механической активацией.
Одним из наиболее часто встречающихся эффектов, сопровождающих механическую активацию кристаллов, является разрушение макрокисталлов и макрокристаллитов, приводящее к измельчению частиц вещества.
Разрушению предшествуют процессы накопления, взаимодействия и концентрирования дефектов, образование трещин и их распространение по кристаллу. Однако прямое механическое измельчение твердого тела далеко не всегда позволяет получить наночастицы, так как механическая активация приводит к ускорению процессов массопереноса за счет образования метастабильных дефектов, что инициирует сброс избыточной поверхностной энергии. Кроме того, часть запасенной упругой энергии переходит в тепло и температура в зоне удара может заметно повышаться. Все это благоприятствует протеканию процессов рекристаллизации вещества и залечивания дефектов, что препятствует измельчению.
Метод механического дробления хорошо отработан для получения нанопорошков металлов и сплавов. Помол оксидных материалов также позволяет получить порошки с размером частиц десятки-сотни нм. Для получения более мелких частиц этих веществ используют другие методы.
Для помола используются шаровые, вибрационные, планетарные и другие мельницы. При механическом размельчении с использованием мельниц уменьшение размеров частиц материала происходит в результате интенсивного раздавливания между рабочими органами мельницы.
Конденсационные методы основаны на получении наночастиц из систем, в которых вещества уже диспергированы на атомном или молекулярном уровне, т.е. из растворов и газовой фазы.
Химические методы на основе растворных технологий являются трехстадийными:
? приготовление прекурсора;
? обезвоживание;
? отжиг.
Методы химического осаждения заключаются в совместном осаждении (соосаждении) компонентов продукта из раствора в виде нерастворимых солей или гидроксидов. Наиболее распространены три типа химического осаждения – гидроксидный, оксалатный и карбонатный методы.
Весь текст будет доступен после покупки
