Métodos físicos y químicos de obtención de nanosistemas. Tecnología obteniendo nanomateriales.
Hasta la fecha, se han desarrollado una gran cantidad de métodos y métodos para obtener nanomateriales. Esto se debe a una variedad de composición y propiedades de los nanomateriales, por un lado, y, por un lado, le permite ampliar el rango de esta clase de sustancias, crear muestras nuevas y únicas. La formación de estructuras a nanoescala puede ocurrir en el curso de los procesos tales como transformaciones de fase, interacción química, recristalización, amorfización, altas cargas mecánicas, síntesis biológica. Como regla general, la formación de nanomateriales es posible en presencia de desviaciones significativas de las condiciones de equilibrio de la existencia de una sustancia, que requiere la creación de condiciones especiales y, a menudo, complejos y equipos de precisión. Mejorar los nuevos métodos conocidos y desarrollando previamente para obtener nanomateriales determinados los requisitos básicos con los que deben cumplir, a saber:
el método debe garantizar el material de la composición controlada con las propiedades reproducibles;
el método debe garantizar la estabilidad temporal de los nanomateriales, es decir, En primer lugar, la protección de la superficie de las partículas de la oxidación espontánea y la sinterización durante el proceso de fabricación;
el método debe tener alto rendimiento y eficiencia;
el método debe garantizar nanomateriales con un cierto tamaño o granos de partículas, y su tamaño de distribución debe ser, si es necesario, bastante estrecho.
Cabe señalar que en la actualidad no hay ningún método que cumpla con el conjunto completo de requisitos. Dependiendo del método de obtener tales características de los nanomateriales, como el tamaño promedio y la forma de las partículas, su distribución del tamaño de partícula, el valor de la superficie específica, el contenido de las impurezas en ellos, etc., puede fluctuar en límites muy amplios . Por ejemplo, los nanOpowders dependiendo del método y las condiciones de producción pueden tener una forma esférica, de escamas, agujas o esponjosas; Estructura amorfa o fina-cristal. Los métodos para obtener nanomateriales se dividen en mecánico, físico, químico y biológico. Esos. Esta clasificación se basa en la naturaleza de la síntesis de los nanomateriales. La base de los métodos mecánicos de obtención es el impacto de las grandes cargas deformes: fricción, presión, prensado, vibración, procesos de cavitación, etc. Los métodos físicos de la obtención se basan en las transformaciones físicas: evaporación, condensación, sublimación, enfriamiento afilado o calentamiento, rociamiento fundido, etc. El químico incluye métodos, cuyo paso dispersante principal es: electrólisis, recuperación, descomposición térmica. Los métodos biológicos de obtención se basan en el uso de procesos bioquímicos que se producen en los cuerpos de proteínas. Los métodos de molienda mecánica en relación con los nanomateriales a menudo se llaman Mecanuncex. La base del Mecanósintita es el procesamiento mecánico de los sólidos. Impacto mecánico al moler materiales es impulso, es decir, La aparición del campo del estrés y su posterior relajación no se produce durante todo el tiempo de la residencia de partículas en el reactor, sino solo en el momento de la colisión de las partículas y en poco tiempo después de ella. El impacto mecánico también es local, ya que no se produce en toda la masa de la sustancia sólida, y donde se produce el campo de voltaje y luego se relaja. Debido al impulso y la localidad en áreas pequeñas del material por un corto tiempo, se enfocan grandes cargas. Esto conduce a la aparición de defectos, tensiones, tiras de cizallamiento, deformaciones, grietas. Como resultado, se produce la molienda de la sustancia, la transferencia de masa es acelerada y mezclando componentes, se activa la interacción química de los reactivos sólidos. Como resultado de la abrasión mecánica y la fusión mecánica, se puede lograr una mayor solubilidad mutua de ciertos elementos en estado sólido que posible en condiciones de equilibrio. La molienda se realiza en bola, planetaria, vibración, vórtice, giroscópicos, molinos de inyección de tinta, atributos. La molienda en estos dispositivos ocurre como resultado de los choques y la abrasión. Una variedad de método de molienda mecánica es un método mecánico. Con una molienda delgada de una mezcla de varios componentes entre ellos, la interacción se acelera. Además, puede haber reacciones químicas que, al ponerse en contacto, no acompañadas de molienda, no se producen en absoluto a tales temperaturas. Estas reacciones se llaman mecanóquímica. Para formar una nanoestructura en materiales a granel, se utilizan esquemas especiales de deformación mecánica, lo que permite lograr una gran distorsión de la estructura de las muestras a temperaturas relativamente bajas. En consecuencia, los siguientes métodos incluyen la deformación de plástico intensivo: - torcedura de alta presión; - prensado angular ecuatoria (RCU-pressing); - Método de forja integral; - Extracto angular ecuativo (extracto de RCU); - Método de "reloj de arena"; - Método de fricción intensivo con deslizamiento. Actualmente, la mayoría de los resultados se obtienen por los dos primeros métodos. Recientemente, métodos para obtener nanomateriales utilizando impacto mecánico Diferentes medios. Estos métodos incluyen cavitación-hidrodinámica, métodos de vibración, un método de onda de choque, síntesis de molienda y detonación de ultrasonidos. El método de cavitación e hidrodinámico se utiliza para obtener suspensiones de nanopowders en varios medios de dispersión. Cavitación - desde Lat. Las palabras "vacío": formación en cavidades líquidas (burbujas de cavitación o cavidades) llenas de gas, ferry o mezcla de los mismos. En el curso del proceso, los efectos de cavitación causados \u200b\u200bpor la formación y la destrucción de las microburbujas de gas de vapor en el líquido durante 10-3 - 10-5 s en las presiones del orden de 100-1000 MPa, conducen a calentamiento no solo líquidos , pero también tel sólido . Este impacto causa la molienda de partículas sólidas. La molienda de ultrasonido también se basa en la precipitación de las huelgas de cavitación. El método de vibración para obtener nanomateriales se basa en la naturaleza resonante de los efectos y los fenómenos, que proporcionan un consumo mínimo de energía durante los procesos y un alto grado de homogeneización de los medios multifase. El principio de operación es que cualquier embarcación está sujeta a un efecto vibratorio con una determinada frecuencia y amplitud. Las nanopartículas de Almaz se pueden obtener mediante síntesis de detonación. El método utiliza la energía de la explosión, mientras que la presión se logra en cientos de miles de atmósferas y temperaturas hasta varios miles de grados. Estas condiciones corresponden al área de la estabilidad termodinámica de la fase de diamante. Los métodos físicos de obtención de materiales incluyen métodos de pulverización, procesos de evaporación condensación, tecnologías de sublimación al vacío, técnicas en estado sólido. El método de rociar la corriente de fusión con líquido o gas es que el chorro fino del material líquido se suministra a la cámara, donde se rompe en pequeñas gotas con una corriente de gas inerte comprimido o un chorro de fluido. A medida que los gases en este método usan argón o nitrógeno; Como líquidos - agua, alcoholes, acetona, acetaldehído. La formación de nanoestructuras es posible manejando un estado líquido o giro. El método consiste en obtener cintas delgadas utilizando un enfriamiento rápido (al menos 106 k / s) de fusión en la superficie del disco giratorio o el tambor. Métodos físicos. Los métodos de evaporación-condensación se basan en la preparación de polvos como resultado de la transición de vapor, un cuerpo sólido o vapor, un cuerpo sólido en un volumen de gas o en una superficie enfriada. La esencia del método es que el material de partida se evapora a través de un intenso calentamiento, y luego se enfría bruscamente. El calentamiento del material evaporado se puede llevar a cabo de varias maneras: resistiva, láser, plasma, arco eléctrico, inducción, iónico. El proceso de condensación de evaporación se puede llevar a cabo al vacío o al medio de gas neutro. La explosión de explosión eléctrica se lleva a cabo en argón o helio a una presión de 0.1 a 60 MPa. En este método, los alambres metálicos delgados con un diámetro de 0.1 - 1 mm se colocan en la cámara y la corriente de alta fuerza es impulso. La duración del pulso es de 10-5 - 10-7 s, la densidad de corriente es 104-106 A / MM 2. Al mismo tiempo, los cables se calientan al instante y explotan. La formación de partículas se produce en un vuelo libre. La tecnología de sublimación al vacío de la obtención de nanomateriales incluye tres etapas principales. En la primera etapa, se prepara la solución original de la sustancia tratada o varias sustancias. La segunda etapa: la congelación de la solución: tiene como objetivo solucionar la distribución espacial uniforme de los componentes inherentes a los fluidos para mínimamente tamaño posible Cristalitos en fase sólida. La tercera etapa es la eliminación de cristalitos solventes de una solución congelada por sublimación. Hay una serie de métodos para obtener nanomateriales en los que se lleva a cabo la dispersión en una materia sólida sin cambiar estado agregado. Un método para obtener nanomateriales masivos es un método de cristalización controlada de un estado amorfo. El método implica obtener un material amorfo endureciendo desde un estado líquido, y luego en condiciones de calentamiento controlado, se lleva a cabo una cristalización de la sustancia. Actualmente el método más común de obtener. nanotubos de carbon es el método de pulverización térmica de electrodos de grafito en la descarga del arco de plasma. El proceso de síntesis se realiza en una cámara llena con helio de alta presión. Cuando el plasma está ardiendo, hay una intensa evaporación térmica del ánodo, mientras que el precipitado se forma en la superficie del extremo del cátodo, en la que se forman los nanotubos de carbono. Los numerosos nanotubos resultantes tienen una longitud de aproximadamente 40 micrones. Crecen en un cátodo perpendicular a la superficie plana de su extremo y se recogen en vigas cilíndricas con un diámetro de aproximadamente 50 μm. Los haces de nanotubos cubren regularmente la superficie del cátodo, formando una estructura celular. Se puede detectar considerando el precipitado en el cátodo con el ojo desnudo. El espacio entre las vigas del nanotubo se llena con una mezcla de nanopartículas desordenadas y nanotubos individuales. El contenido de los nanotubos en el sedimento de carbono (depósito) puede acercarse al 60%. Los métodos químicos para obtener materiales de nanoescala pueden dividirse en grupos en uno de los cuales pueden incluir métodos donde el nanomaterial se obtiene mediante una reacción química particular en la que se involucran ciertas clases de sustancias. Otras opciones para reacciones electroquímicas se pueden atribuir a otra. El método de deposición consiste en la deposición de varios compuestos de metales de soluciones de sus sales utilizando precipitadores. El producto de precipitación es hidróxidos metálicos. El control del pH y la temperatura de la solución es posible crear condiciones óptimas de deposición para obtener nanomateriales, bajo los cuales se forman aumento de las tasas de cristalización y hidróxido altamente dispersado. Luego, el producto está calcinado y, si es necesario, restaure. Los nanopowders resultantes de metales tienen un tamaño de partícula de 10 a 150 nm. La forma de las partículas individuales suele estar cerca de esféricas. Sin embargo, por este método, variando los parámetros del proceso de deposición, puede obtener un polvo de aguja, escamoso, formulario incorrecto. El método Sol-Gel fue diseñado originalmente para obtener el polvo de hierro. Combina el proceso de limpieza química con el proceso de recuperación y se basa en la deposición de soluciones acuosas Compuestos metálicos insolubles en forma de gel obtenidos utilizando modificadores (polisacáridos), con su recuperación posterior. En particular, el contenido de PE en el polvo es de 98.5 - 99.5%. Las sales de hierro se pueden usar como materias primas, así como la producción metalúrgica: chatarra de metal o solución de película de residuos. A través del uso de materias primas secundarias, el método proporciona la posibilidad de producir hierro limpio y barato. Este método también se puede obtener mediante otras clases de materiales en nano-cojinete: cerámica de óxido, aleaciones, sales de metales, etc. La restauración de óxidos y otros compuestos de metal sólido es uno de los métodos más comunes y económicos. Los gases se utilizan como agentes reductores: hidrógeno, monóxido de carbono, gas natural convertido, agentes reductores sólidos: carbono (coque, hollín), metales (sodio, potasio), hidruros metálicos. Las materias primas de origen pueden ser óxidos, varios compuestos químicos Metales, minerales y concentrados después de la preparación adecuada (enriquecimiento, eliminación de impurezas, etc.), residuos y subproductos de la producción metalúrgica. El tamaño y la forma del polvo resultante están influenciados por la composición y las propiedades del material de origen, el agente reductor, así como la temperatura y el tiempo de recuperación. La esencia del método de reducción química de los metales de las soluciones es restaurar iones metálicos de soluciones acuosas a sus sales con varios agentes reductores: H2, CO, Hidrazina, hipofosfito, formaldehído, etc. en el método de reacciones químicas de fase gaseosa, Los nanomateriales se realizan debido a la interacción química en la atmósfera de las conexiones VAGALTECHY VAPOR. Las nanopoproproops también se fabrican utilizando procesos de disociación térmica o pirólisis. La descomposición está sujeta a sales de ácidos orgánicos de bajo peso molecular: formatos, oxalatos, acetatos metálicos, así como carbonatos y carbonils de metales. El intervalo de temperatura de la disociación es de 200 a 400 o C. El método de electrodeposición es precipitar el polvo de metal de soluciones acuosas de sales al pasar corriente continua. Aproximadamente 30 metales se obtienen por el método de electrólisis. Tienen una alta pureza, ya que se produce refinación durante la electrólisis. El metal precipitando en el cátodo, dependiendo de las condiciones de electrólisis, se puede obtener como un polvo o esponja, dendritas que son fáciles de moler mecánicamente. Dichos polvos están bien presionados, lo que es importante en la producción de productos. Los nanomateriales se pueden realizar en sistemas biológicos. Como resultó, la naturaleza utiliza materiales de nanoscalem millones de años. Por ejemplo, en muchos casos, los sistemas de vida (algunas bacterias, los organismos y los mamíferos más simples) producen minerales con partículas y estructuras microscópicas en la gama nanométrica de los tamaños. Se encontró que los nanomateriales biológicos difieren de otros, ya que sus propiedades fueron desarrolladas por una forma evolutiva durante mucho tiempo. En el proceso de biomineralización, los mecanismos del control biológico fino están funcionando, lo que resulta en materiales con características claramente definidas. Esto aseguró un alto nivel de optimización de sus propiedades en comparación con muchos materiales de nanoescala sintéticos. Los organismos vivos se pueden usar como una fuente directa de nanomateriales cuyas propiedades se pueden cambiar variando las condiciones de síntesis biológica o durante el procesamiento después de la extracción. Los nanomateriales obtenidos por métodos biológicos pueden ser el material de partida para algunos métodos estándar de síntesis y procesamiento de nanomateriales, así como en una serie de tecnologías de proceso. Mientras aún así, el trabajo en esta área es un poco, pero ya hay varios ejemplos que muestran que existe un potencial significativo para los logros futuros en esta dirección. Actualmente, los nanomateriales se pueden obtener de una serie de objetos biológicos, a saber:
- 1) ferritinas y proteínas asociadas que contienen hierro;
- 2) bacterias magnetotácticas;
- 3) pseudocubs de algunos moluscos;
- 4) Con la ayuda de microorganismos extrayendo algunos metales de compuestos naturales.
Las ferritinas son una clase de proteínas que brindan a los organismos vivos la capacidad de sintetizar partículas de hidróxidos y oxifosfatos de tamaño de nanómetro de hierro. También es posible obtener nanoméal con microorganismos. Los procesos de uso de microorganismos se pueden dividir en tres grupos. El primer grupo incluye los procesos que se han utilizado en la industria. Esto incluye: lixiviación bacteriana de cobre de materiales de sulfuro, lixiviación bacteriana del uranio de mineral, separación de las impurezas de la misteria de los concentrados de estaño y oro. En algunos países, hasta el 5% de cobre, una gran cantidad de uranio y zinc se obtiene por métodos microbiológicos. El segundo grupo incluye procesos microbiológicos, bien estudiados en laboratorio, pero no llevados a uso industrial. Esto incluye los procesos de extraer manganeso, bismuto, plomo, Alemania de los malos minerales de carbonato. Como resultó, con la ayuda de microorganismos, puede abrir oro fino en concentrados arsenopyric. El oro, que se relaciona con los metales difíciles de oxidarse, bajo la influencia de algunos compuestos de formas de bacterias, y debido a esto se puede extraer de minerales. El tercer grupo incluye procesos teóricamente posibles que requieren un estudio adicional. Estos son los procesos de producir níquel, molibdeno, titanio, talio. Se cree que bajo ciertas condiciones, el uso de microorganismos se puede utilizar en el procesamiento de minerales pobres, vertederos, "relaves" de fábricas de procesamiento, escorias.
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La nanotecnología es una región de ciencia y tecnología fundamental y aplicada, que trata de una combinación de justificación teórica, métodos prácticos de investigación, análisis y síntesis, así como métodos de producción y uso de productos con una estructura atómica predeterminada por medio de la manipulación controlada por Átomos individuales y moléculas.
La base de todas las tecnologías de Nano es la capacidad de los elementos de cuatro granos (la mayoría de los carbonos) para formar estructuras poliatómicas y luego multimoleculares. Dichas estructuras con mayor frecuencia tienen específicas (según la composición, las formas de la molécula resultante y sus otros parámetros) propiedades que no tienen ningún otro compuesto conocido, lo que los hace tan interesantes para la ciencia y abre enormes áreas para el uso de nanooléculas y Nanotecnología general. Material de la técnica de nanotecnología.
Por ejemplo, resultó que las nanopartículas de algunos materiales tienen muy buenas propiedades catalíticas y de adsorción. Otros materiales muestran propiedades ópticas increíbles, por ejemplo, las películas ultra delgadas de materiales orgánicos se utilizan para producir paneles solares.
A su vez, la capacidad de los elementos tetravalentes, por ejemplo, el carbono, para formar cuatro enlaces con otros átomos, se debe al punto de vista de la física por la presencia de cuatro electrones de valencia en el nivel de energía externa.
Por supuesto, se debe decir que una explicación de este tipo no revela la pregunta y es más química, y no física. Pero si puedes bajar más, puedes ver que la base es fenómeno físicoLo que explica la formación de lazos entre átomos.
También tenga en cuenta que la descripción actual del enlace químico se realiza sobre la base de la mecánica cuántica que es una sección de física. El enlace químico se determina mediante la interacción entre las partículas cargadas (núcleos y electrones). Dicha interacción se llama electromagnética.
Los métodos para obtener nanomateriales se dividen en mecánico, físico, químico y biológico. Esos. Esta clasificación se basa en la naturaleza de la síntesis de los nanomateriales. La base de los métodos mecánicos de obtención es el impacto de las grandes cargas deformes: fricción, presión, prensado, vibración, procesos de cavitación, etc. Los métodos físicos de la obtención se basan en las transformaciones físicas: evaporación, condensación, sublimación, enfriamiento afilado o calentamiento, rociamiento fundido, etc. (Para la integridad de la clasificación y la referencia), cuáles son los métodos que son la principal etapa de dispersión, cuáles son: electrólisis, recuperación, descomposición térmica. Los métodos biológicos de obtención se basan en el uso de procesos bioquímicos que se producen en los cuerpos de proteínas.
Métodos mecánicos Efectos mecánicos cuando los materiales de molienda son impulsos, es decir. La aparición del campo del estrés y su posterior relajación no se produce durante todo el tiempo de la residencia de partículas en el reactor, sino solo en el momento de la colisión de las partículas y en poco tiempo después de ella. El impacto mecánico también es local, ya que no se produce en toda la masa de la sustancia sólida, y donde se produce el campo de voltaje y luego se relaja. Debido al impulso y la localidad en áreas pequeñas del material por un corto tiempo, se enfocan grandes cargas. Esto conduce a la aparición de defectos, tensiones, tiras de cizallamiento, deformaciones, grietas. Como resultado, se produce la molienda de la sustancia, la transferencia de masa es acelerada y mezclando componentes, se activa la interacción química de los reactivos sólidos. Como resultado de la abrasión mecánica y la fusión mecánica, se puede lograr una mayor solubilidad mutua de ciertos elementos en estado sólido que posible en condiciones de equilibrio. La molienda se realiza en bola, planetaria, vibración, vórtice, giroscópicos, molinos de inyección de tinta, atributos. La molienda en estos dispositivos ocurre como resultado de los choques y la abrasión. El método de mechón mecánico es un método mecanóquítico. Con una molienda delgada de una mezcla de varios componentes entre ellos, la interacción se acelera. Además, puede haber reacciones químicas que, al ponerse en contacto, no acompañadas de molienda, no se producen en absoluto a tales temperaturas. Estas reacciones se llaman mecanóquímica. Para formar una nanoestructura en materiales volumétricos utilizando esquemas especiales de deformación mecánica, lo que le permite lograr una gran distorsión de la estructura de las muestras a temperaturas relativamente bajas. Los siguientes métodos incluyen la deformación plástica intensiva:
Toque de alta presión;
Prensado angular equivalente (RKU-pressing);
Método de forjado integral;
Capucha angular ecuación (RCU-Hood);
El método "reloj de arena";
Método de fricción intensiva con deslizamiento.
Actualmente, la mayoría de los resultados se obtienen por los dos primeros métodos. Recientemente, se están desarrollando métodos para obtener nanomateriales que utilizan la exposición mecánica a varios entornos. Estos métodos incluyen cavitación-hidrodinámica, métodos de vibración, un método de onda de choque, síntesis de molienda y detonación de ultrasonidos.
El método de cavitación e hidrodinámico se utiliza para obtener suspensiones de nanopowders en varios medios de dispersión. Cavitación - desde Lat. Las palabras "vacío": formación en cavidades líquidas (burbujas de cavitación o cavidades) llenas de gas, ferry o mezcla de los mismos. Durante el proceso, los efectos de la cavitación causados \u200b\u200bpor la formación y la destrucción de las microburbujas de gas vapor en el líquido durante 10-3 - 10-5 s en las presiones del orden de 100-1000 MPa, llevan a calentar no solo líquidos, sino También sólido tel. Este impacto causa la molienda de partículas sólidas.
La molienda de ultrasonido también se basa en la precipitación de las huelgas de cavitación. El método de vibración para obtener nanomateriales se basa en la naturaleza resonante de los efectos y los fenómenos, que proporcionan un consumo mínimo de energía durante los procesos y un alto grado de homogeneización de los medios multifase. El principio de operación es que cualquier embarcación está sujeta a un efecto vibratorio con una determinada frecuencia y amplitud.
Las nanopartículas de Almaz se pueden obtener mediante síntesis de detonación. El método utiliza la energía de la explosión, mientras que la presión se logra en cientos de miles de atmósferas y temperaturas hasta varios miles de grados. Estas condiciones corresponden al área de la estabilidad termodinámica de la fase de diamante. Los métodos físicos de obtención de materiales incluyen métodos de pulverización, procesos de evaporación condensación, tecnologías de sublimación al vacío, técnicas en estado sólido.
El método de rociar la corriente de fusión con líquido o gas es que el chorro fino del material líquido se suministra a la cámara, donde se rompe en pequeñas gotas con una corriente de gas inerte comprimido o un chorro de fluido. A medida que los gases en este método utilizan argón o nitrógeno; Como líquidos - agua, alcoholes, acetona, acetaldehído. La formación de nanoestructuras es posible manejando un estado líquido o giro. El método consiste en obtener cintas delgadas utilizando un enfriamiento rápido (al menos 106 k / s) de fusión en la superficie del disco giratorio o el tambor.
Métodos físicos. Los métodos de evaporación-condensación se basan en la preparación de polvos como resultado de la transición de vapor, un cuerpo sólido o vapor, un cuerpo sólido en un volumen de gas o en una superficie enfriada.
La esencia del método es que el material de partida se evapora a través de un intenso calentamiento, y luego se enfría bruscamente. El calentamiento del material evaporado se puede llevar a cabo de varias maneras: resistiva, láser, plasma, arco eléctrico, inducción, iónico. El proceso de condensación de evaporación se puede llevar a cabo al vacío o al medio de gas neutro. La explosión de explosión eléctrica se lleva a cabo en argón o helio a una presión de 0.1 a 60 MPa. En este método, los alambres metálicos delgados con un diámetro de 0.1 - 1 mm se colocan en la cámara y la corriente de alta fuerza es impulso.
La duración del pulso es de 10-5 - 10-7 s, la densidad de corriente es 104 - 106 A / MM2. Al mismo tiempo, los cables se calientan al instante y explotan. La formación de partículas se produce en un vuelo libre. La tecnología de sublimación al vacío de la obtención de nanomateriales incluye tres etapas principales. En la primera etapa, se prepara la solución original de la sustancia tratada o varias sustancias. La segunda etapa: la congelación de la solución: tiene como objetivo fijar la distribución espacial uniforme de los componentes inherentes al fluido para obtener el tamaño mínimo posible de cristalitos en la fase sólida. La tercera etapa es la eliminación de cristalitos solventes de una solución congelada por sublimación.
Hay una serie de métodos para obtener nanomateriales en los que se lleva a cabo la dispersión en una materia sólida sin cambiar el estado agregado. Las diferencias de los métodos para obtener nanomateriales masivos es un método de cristalización controlada de un estado amorfo. El método implica obtener un material amorfo endureciendo desde un estado líquido, y luego en condiciones de calentamiento controlado, se lleva a cabo una cristalización de la sustancia. Actualmente, el método más común de obtener nanotubos de carbono es el método de pulverización térmica de electrodos de grafito en el plasma de descarga de arco.
El proceso de síntesis se realiza en una cámara llena con helio de alta presión. Cuando el plasma está ardiendo, hay una intensa evaporación térmica del ánodo, mientras que el precipitado se forma en la superficie del extremo del cátodo, en la que se forman los nanotubos de carbono. Los numerosos nanotubos resultantes tienen una longitud de aproximadamente 40 micrones. Aumentan en el cátodo perpendicular a la superficie plana de su extremo y se recogen en paquetes orindicas con un diámetro de aproximadamente 50 micrones.
Los haces de nanotubos cubren regularmente la superficie del cátodo, formando una estructura celular. Se puede encontrar, mirando el precipitado en el cátodo con un ojo que se muestra. El espacio entre las vigas del nanotubo se llena con una mezcla de nanopartículas desordenadas y nanotubos individuales. El contenido de los nanotubos en el sedimento de carbono (depósito) puede acercarse al 60%.
Según un pequeño estudio realizado por mí en las tecnologías modernas que se introducen en la fabricación de ropa, puedo decir que algunas tecnologías ya se usan activamente cuando se crean materiales para la ropa y los zapatos, pero en cuanto a los biocótes y la nanotecnología, mientras la información sobre la información sobre Tales experimentos, como Olivia Ong, muy poco y es lo suficientemente raro en la red. Encontré unos 10 ejemplos de mencionar el uso de nanomateriales en la creación de ropa.
... Ropa inusual desarrollada por el equipo de investigación japonés de los frijoles de vida ...
... o Krichevsky Herman Essayevich, profesor, médico de ciencias técnicas, trabajador honrado de la Federación de Rusia, expertos en la UNESCO, académica RIA y MIA, eleado del Sr. MSR, habla en el artículo para Nanonewsnet.ru sobre su experiencia en la introducción de Nanotecnología sobre producción textil ...
... Los científicos chinos han creado un nódulo, que se limpia por la influencia de la radiación solar ...
... Portugal está desarrollando nuevos materiales y dispositivos que son la última palabra en la innovación en el marco del Proyecto Europeo de Investigación Déxico ...
Y varias otras referencias a otros proyectos.
Desafortunadamente, a pesar de algunos éxitos en el campo de la biografía y la nanotecnología, e incluso específicamente el área de la ropa, los productos obtenidos siguen siendo exormamente costosos para el fabricante y para el comprador, por lo que la ropa de nanotecnología aún no está lista para ser realizada en cantidades más grandes. Hoy en día, esta área se está desarrollando activamente y sigue siendo una dirección prometedora en el campo de la nanotecnología.
Según los pronósticos de algunos científicos, la importancia de la accesibilidad. altas tecnologías En el futuro, se logrará a través de la búsqueda de métodos y tecnologías racionales para obtener varios nanomateriales y, en última instancia, llevará a la reemplazo generalizado de materiales ordinarios en aquellos que se obtuvieron utilizando altas tecnologías.
El líder en el estudio de los métodos para obtener nanomateriales es NSTU y TPU en particular, el Departamento de Biotecnología sobre la base del Instituto de Física de Alta Tecnología.
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1. Síntesis de fase gaseosa de nanopartículas.
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Síntesis de fase gaseosa de nanopartículas.
Las nanopartículas separadas en la síntesis de fase gaseosa se obtienen en el proceso de evaporación y la condensación posterior del material en el medio de gas inerte.
En la etapa de evaporación, se puede calentar el material evaporado de las corrientes de alta frecuencia, una descarga eléctrica del arco, un láser o un haz de electrones, pase de corriente, así como el calentamiento de radiación.
La condensación del par formado se produce cuando choca con moléculas de gas inerte, con las paredes de la cámara de reacción, así como debido a la expansión adiabática al ingresar un gran volumen o uso de la boquilla de laval.
La síntesis de fase gaseosa le permite obtener partículas de 2 a varios cientos de nanómetros
La forma de los nanoclusters con un tamaño de menos de 20 nm está cerca de esférico, con tamaños grandes adquiere corte. La distribución de los nanoclústeres en tamaño obedece una ley logarítmicamente normal.
Para recoger polvos, se utilizan filtros especiales y deposición centrífuga; En algunos casos, se aplica la captura de película líquida.
El tamaño y la ubicación de la región de condensación dependen de la presión del gas inerte en la cámara. Con una gran presión, el área de condensación se concentra cerca del evaporador, con una disminución de la presión, el límite exterior está fuera de la cámara de reacción.
El uso de moléculas de gases inertes más pesadas conduce a un aumento en los nanoclústeres.
Al formar dentro del volumen de la cámara, se forman nanoclusters de una forma redondeada, y en las paredes, como regla general, nanoclusters con corte. Bajo las mismas condiciones de evaporación y condensación, los materiales que tienen un punto de fusión más alto forman partículas más pequeñas.
Si hay más de un elemento en la cámara, es posible sintetizar los compuestos, y para dar partículas con diferentes formas.
Una de las plantas para la fuente levitacional, la síntesis de fase gaseosa (Fig.) Es una columna, en la parte superior de la cual se evapora de la superficie de una caída líquida al final del cable.
Higo. 1.1. Instalación de enfermería levitacional para obtener polvos metálicos altamente dispersos: 1 - evaporador, 2 - gota, 3 inductor, 4 - aerosol, 5 - refrigerador, 6 - filtro, 7 - contenedor, 8 -PCOS, 9 - Mecanismo de suministro de 9 hilos
El fundido de alambre se logra mediante alta frecuencia. campo electromagnetico Inductor. El material rociado es disfrutado por la corriente de gas inerte en la parte media de la columna, que es la cámara de reacción. Ante las moléculas de gas inerte, así como con las paredes de la cámara, los átomos evaporados se inhiben con la formación de nanoclústeres. Un aumento en la velocidad de flujo de gas reduce el tamaño de partícula promedio y reduce la distribución del tamaño de partícula.
Nanoclusters, pasando el filtro, recogido en el contenedor.
En la instalación, los polvos se obtienen con un tamaño de 5 a 200 nm.
Se pueden obtener nanoclusters más pequeños utilizando un canal de masa magnético o de tiempo.
El principio de operación del espectrómetro de masas magnéticos se basa en la fuerza de Lorentz F, actuando sobre una carga positiva Q se mueve a una velocidad V en un campo magnético con inducción B, perpendicular a las líneas de potencia magnética.
Se sabe que, en este caso, la partícula de masa M con carga Q, se moverá alrededor del círculo del radio R
Al determinar, por lo tanto, la masa de la partícula M puede estimar su tamaño transversal D, conocer su densidad R y la forma
El espectrómetro de masas (Fig.) Consiste en una fuente de partículas ionizadas, un canal de masas y un colector de partículas.
Higo. Massanitizador
La fuente tiene lugar:
ionización de partículas debido al bombardeo por el haz de electrones 1,
aceleración de partículas con un campo eléctrico con una diferencia de potencial u para dar una velocidad V constante, que se basa en la igualdad de energías de partículas potenciales (U * Q) y cinética (MV 2/2).
centrándose con lentes magnéticas 2.
Las partículas con la misma carga q, volando al vacío a una velocidad de V, caen en el campo magnético B del multivorizador, donde se produce su selección dependiendo de la masa M. Dejando el nombrador de masas, las partículas llegan al detector en los colectores de iones. La brecha del coleccionista incluye partículas con cierta masa M. Para registrar y recolectar partículas de varios tamaños, puede cambiar los valores de B o U, controlar la trayectoria de las partículas.
En el momento del analizador de Therent, los pares metálicos ionizados se pasan a través de una célula con una presión bajo una presión bajo una presión de aproximadamente 1000-1500 PA, acelerando a una cierta velocidad V en un campo eléctrico con una diferencia potencial U, luego admitida en el vacío Cámara (~ 10 5 PA), donde el tamaño del grupo se establece a través del peso del tiempo de vuelo en el campo eléctrico de frenado E.
Para la síntesis de diamantes, se crea una fase de gas, por ejemplo, CO 2, que está deserregida por el contenido de carbono. Como resultado, en el borde de la sección, el gas de cuerpo sólido se produce a la condensación del carbono de la fase gaseosa y la formación de gérmenes de diamante. La síntesis de la fase de gas se realiza en la metaable para las condiciones de diamante: a una presión de varias paginaciones a varios cientos de GPA y una temperatura de 870-1070 K. Debido a la baja tasa de crecimiento (~ 100 nm / hora), diamante nanoescala Se pueden obtener partículas. La deposición de nanopartículas de diamante encontradas. la mayor aplicación Para crear películas y revestimientos diamantados y diamantes ...
Las nanopartículas de plata, litio y cobre, asediadas en el vidrio, se obtuvieron por evaporación de metales en una atmósfera inerte a una presión de 0.01 - 0.13 PA. Al 2 O 3, ZRO 2, Y2 O 3 Los óxidos nanocristalinos fueron la evaporación de los espacios en blanco de óxido en una atmósfera de helio, la pulverización magnetrona del circonio en una mezcla de argón y oxígeno, controlado por la oxidación de los nanocristales de Yttrium.
Uno de los métodos más efectivos para aplicar películas en tecnología plana es el método de pulverización de materiales de magnetrón. Este método es un tipo de pulverización de ión-plasma. La pulverización del material en estos sistemas se produce debido al bombardeo de la superficie objetivo de los iones de gas de trabajo. La tasa de pulverización en el sistema magnetrón es de 50 a 100 veces más alta que un spray de plasma ION convencional. La alta velocidad de pulverización del material en el sistema de pulverización magnetrona está determinada por la alta densidad de la corriente de iones en el objetivo. La alta densidad de la corriente iónica se logra debido a la localización del plasma en la superficie objetivo con un campo magnético transversal fuerte.
Higo. 1.1. El diagrama del sistema de pulverización magnetrón:
1 - objetivo; 2 - Sistema magnético; 3 - Zona de pulverización; 4 - líneas de poder magnético; 5 - Corriente de sustancia pulverizada; 6 - Sustrato; 7 - Soporte de sustrato.
El diagrama del sistema de pulverización magnetrón se muestra en la Figura 1.1. Los elementos principales del sistema son el sistema objetivo 1 y el sistema magnético 2. Las líneas de potencia magnética 4 se cierran entre los polos del sistema magnético. Entre el objetivo 1 y el soporte del sustrato 7, se aplica un campo eléctrico y se emociona una descarga anormal brillante. Un campo magnético cerrado cerca de la superficie objetivo localiza la descarga cerca de esta superficie. Los iones positivos del plasma de una descarga de inteligencia anormal se aceleran por un campo eléctrico y bombardean el objetivo (cátodo). Bajo la influencia del bombardeo de iones, se produce la pulverización diana. Los electrones emitidos desde el cátodo bajo la acción del bombardeo de iones caen en el área de campos eléctricos y magnéticos cruzados y están atrapados. Las trayectorias del movimiento de electrones en una trampa están cerca de cicloidal. La eficiencia de ionización y la densidad de plasma en esta área aumentan significativamente. Esto conduce a un aumento en la concentración de iones en la superficie objetivo, un aumento en la intensidad del bombardeo iónico del objetivo y a un aumento significativo en la tasa de pulverización diana.
Nanopowders nitrides metales de transición Formado con calefacción electrónicamente y posterior evaporación en una atmósfera de nitrógeno o amoníaco a una presión de 130 PA.
Las nanopartículas de carburos, óxidos y nitruros también se obtienen mediante calentamiento láser pulsado de metales en una atmósfera enrarecida de los reactivos de gases: metano (carburos), oxígeno (óxidos), nitrógeno o amoníaco (nitridos). En una atmósfera de gas inerte (no AG) y un panel de gas (O 2, N 2, NH3 3, CH 4), se forman mezclas de óxidos de nanoclúster de varios metales, así como mezclas de oxidedendrid o puente de carburo.
La composición y el tamaño de las nanopartículas están reguladas por la presión y la composición de los gases, la capacidad del pulso del láser, la diferencia de temperatura entre el objetivo evaporado y la superficie de precipitación.
En la instalación para obtener nanopowers de cerámica de los precursores orgánicos metálicos (Fig.) El evaporador es un reactor tubular en el que el precursor (producto de reacción intermedio) se mezcla con el gas independiente y se descompone. Las formas del flujo continuo de grupos o nanopartículas caen del reactor a la cámara de trabajo y se condensan en un cilindro giratorio en frío. La formación de nanoclústeres está garantizada por una baja concentración del precursor en el gas inerte, la rápida expansión y enfriamiento del flujo de gas al salir del reactor a la cámara de trabajo, baja presión en la cámara de trabajo.
Arroz .. Esquema de equipo para obtener polvos de cerámica nanocristalina por condensación de vapor (CVC) utilizando precursores de metal orgánico como fuente de par condensada
Síntesis plasmochémica
En la primera etapa de la síntesis de plasma-química, la formación de partículas activas en arco, alta frecuencia y frecuencia ultra rápida en la acción de un arco eléctrico, campos de microondas en reactores de plasma.
En la segunda etapa, las nanopartículas se resaltan como resultado del enfriamiento.
La síntesis plasmoquímica se utiliza para obtener polvos de nitruro altamente dispersos, carburos, boruros y óxidos.
Síntesis plasmoquímica Es recomendable llevar a cabo convenientemente una alta tasa de enfriamiento del flujo de plasma en el que se produce la condensación de las nanopartículas de fase gaseosa; Debido a lo que el tamaño de la generación de partículas disminuye, y también se suprime la combinación de partículas en una colisión.
Como uso de la materia prima. elementos químicos y sus compuestos, en particular, haluros. En este caso, la síntesis utiliza nitrógeno, amoníaco, hidrocarburos, argón de arco de plasma de baja temperatura, descargas de frecuencia ardiente, altamente o de ultrastro (40008000 k).
Las partículas resultantes de los polvos de plasma-químicos son cristales individuales y tienen dimensiones de 10 a 200 nm y más. Las desventajas de la síntesis química de plasma (gran dispersión de tamaño de partícula, alto contenido de impureza) se compensa con un gran rendimiento del proceso y una gran variedad de polvos: (nitridos (titanio, circonio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, boro, aluminio y silicio) , Carburos (titanio, niobio, tantalio, tungsteno, boro y silicio), óxidos (magnesio, yttria y aluminio).
Los polvos plasmóticos de carburos metálicos, boro y silicio generalmente se obtienen mediante la interacción de los cloruros de los elementos correspondientes con hidrógeno y metano u otros hidrocarburos en la alta frecuencia del argón o el plasma de arco; Los nitridos se obtienen mediante la interacción de los cloruros con amoníaco o una mezcla de nitrógeno e hidrógeno en bccplaz de baja temperatura. Con la ayuda de la síntesis química plasma, también se toman polvos submicrocrocristalinos multicomponentes, que son mezclas de carburos y nitruros, nitridos y boruros, nitridos de diferentes elementos, etc.
La síntesis de óxidos en el plasma de la descarga eléctrica del arco se realiza mediante la evaporación del metal con la oxidación posterior del vapor o la oxidación de las partículas metálicas en el plasma que contiene oxígeno.
El método plasmópico se utiliza para obtener polvos metálicos. Por ejemplo, los polvos de cobre submicrocrocresalinos con un tamaño de partícula de menos de 100 nm y una distribución relativamente estrecha de partículas en tamaño se obtienen mediante la reducción del cloruro de hidrógeno en el plasma de arco eléctrico argón con una temperatura de hasta 1800 k.
Síntesis de fase gaseosa
La síntesis de fase gaseosa es una de las variedades de síntesis química plasmática, en la que el calentamiento, la evaporación y el flujo de reacciones de fase gaseosa de la materia prima original se realizan mediante un rayo láser.
La calefacción por láser garantiza la formación de tamaño homogéneo y composición de nanopartículas.
Las partículas de silicio con un diámetro de 50 ± 20 nm se obtienen de SIH 4 gaseoso utilizando el láser de CO 2. El polvo SI de polvo esférico tenía y consistía en varios cristalitos con un tamaño de ~ 15 nm.
Los polvos de nitruro de silicio SI 3 N 4 se sintetizaron de la mezcla de gases SIH 4 y Amonia NH3. El polvo resultante era amorfo, el grano del polvo tenía una forma esférica y un tamaño promedio de 17 ± 4 nm, y la distribución del tamaño del grano es más estrecha, que en el polvo SI (para SI 3 N 4, los límites de dispersión en tamaño de 10 a 25 nm). En contraste con la nanopowder de silicona, SI 3 N 4 no tenía una estructura interna. Para la síntesis de Carburo de silicio SIC, se utilizaron mezclas de gas con metano o etileno. El tamaño del grano en el polvo SIC cristalino resultante varió de 18 a 26 nm, el tamaño promedio fue de 21 nm. El estudio mostró que el tamaño de las partículas nanocristalinas disminuye con la intensidad creciente (potencia referida al área de la unidad) radiación láser Debido al aumento de la temperatura y la velocidad de calentamiento de los estearteadores de gas. El encendido de nanopowers, sintetizado con el uso de calentamiento láser, se distingue por una distribución estrecha en tamaño y una forma esférica.
Síntesis de fase de gas utilizando radiación láser para crear y mantener el plasma en el que se produce una reacción química, resultó ser un método eficaz para producir grupos moleculares.
Los clústeres moleculares ocupan un lugar muy especial entre las sustancias que tienen una nanoestructura. Los más famosos entre ellos son una nueva modificación de carbono alotrópico junto con el grafito y el diamante.
El método de la síntesis de fase gaseosa de plasma de plasma se obtuvo mediante clústeres TI 8 C 12. El helio fue utilizado como un gas inerte; Los reactivos fueron hidrocarburos (metano, etileno, acetileno, propileno y benceno) y pares de titanio; La presión de la mezcla de gases en el reactor fue de 93 PA. Para evaporar la varilla de metal giratoria de titanio y la creación de un haz ionizado de vapores metálicos se usó en la radiación enfocada del ndladzer con una longitud de onda de 532 nm. En los espectros de masas de los productos de reacción, se detectó un pico afilado correspondiente a la molécula TI 8 C 12. La alta estabilidad del clúster TI 8 C 12 es, una consecuencia imaginaria de una estructura geométrica y electrónica especial inherente a tales grupos.
Los aglutinantes del clúster TI 8 C 12 están formados por una combinación de TI 3D y orbitales moleculares con 2, y el nivel lleno con la energía más alta se encuentra entre las aglutinantes y los estados anti-vinculantes del titanio, lo que garantiza la estabilidad de el clúster.
Tecnología SOL-GEL
Salado (Losoli): sistemas coloides altamente dispersos con un medio de dispersión de líquidos. Partículas de la fase dispersada del sol, junto con la funda de solvato circundante de moléculas (iones) del medio de dispersión, llamado. Micelas.
Son gratuitos e independientemente, participan en movimiento browniano y llenan uniformemente todo el volumen del medio de dispersión. El tamaño de partícula de LIOSOL generalmente se encuentra dentro de 10 -7 -10 -5 cm. Sague con medio de dispersión de agua. Hidrosoles, con org. Miércoles - organofores. Los males se dividen en liofílicos y liofóbicos (con fuerza y \u200b\u200bdébilmente interactúcidos de D.F. con D.S.). La estructura de micelas, por ejemplo, Hydrosol AGBR, KVR estabilizada, se puede registrar utilizando productos químicos. Símbolos: (T PVR - (P - X) K +) HC +
Geles - Sistemas dispersos en gel con un medio de dispersión de líquidos, en los que las partículas de los espacios de forma de fase dispersada. Rejilla estructural. Son de forma sólida ("centros") del cuerpo, capaces de preservar la forma con elasticidad (elasticidad) y la plasticidad. Los geles típicos tienen una estructura de coagulación, es decir,. Las partículas de la fase dispersada están conectadas en los lugares de contacto por las fuerzas de la intermol. Interacción directa o a través de una capa delgada de medio de dispersión. Se caracterizan por la capacidad de isotermich. Las condiciones restauran espontáneamente su estructura después de la piel. destrucción.
Tecnología SOL-GEL (TECNOLOGÍA DEL GEL) - MATERIALES DE TECNOLOGÍA DE MATERIAL MANTENIMIENTO AL OBJETIVO DE COLOR Y COMPRA EN GEL. Las tecnologías SOL-GEL se utilizan en la producción de sorbentes inorgánicos, catalizadores y portadores de catalizadores, zeolitas sintéticas, sustancias inorgánicas de unión, cerámica con propiedades termofísicas, ópticas, magnéticas y eléctricas especiales, vidrio, vidrio-cerámica, fibras, et al. En La primera etapa de la tecnología de Sol-Gel. composición química El producto que se obtiene en forma de una solución coloidal altamente dispersada es SOL. El tamaño de partícula de la fase dispersada en una ceniza estable 1 - 1000 nm. Un aumento en la concentración de la fase dispersa conduce a la aparición de los contactos de coagulación entre las partículas y el comienzo de la estructuración: gelificación (segunda etapa de la tecnología SOL-GEL). Para aumentar la estabilidad de las estructuras y los procesos de control de la formación estructural, afectan la resistencia de los contactos modificando la superficie de las partículas con aditivos de surfactantes o creando una estructura espacial de un polímero orgánico de alto peso molecular. Los sistemas dispersos altamente concentrados se utilizan en la producción de aglutinantes inorgánicos y varias pastas. Tales sistemas tienen alta plasticidad. Las fuerzas de coagulación son capaces no solo para preservar la forma del gel, lo que es importante al formar productos, sino para causar un sello gradual del gel, acompañado por la separación de la fase dispersa del gel, una disminución en su volumen, una disminución de su volumen Incremento de densidad y fuerza. Al eliminar el medio de dispersión (la tercera etapa del proceso), aparecen contactos de fase sólidos. Cuando se seca, el gel se convierte en un cuerpo de cuerda de cuerda sólida (Xerogel). En el proceso de secado, puede ocurrir un sello notable del gel y el cambio en su estructura. Se han desarrollado métodos de secado que reducen este efecto y garantizan materiales con una alta porosidad abierta. Debido a la alta dispersión de los xerogeles (tamaño de partícula de 10-100 nm) por moldeo y sinterización, productos duraderos y densos, con una forma geométrica de cierta forma geométrica, se producen de materiales refractarios.
Deposición de soluciones coloidales.
Conseguir ash.
El desarrollo de métodos para la síntesis de sistemas coloidales altamente dispersos comenzó a mediados del siglo XIX, después de recibir la fadea de cenizas de oro estable (2-50 nm) con la restauración de la sal diluida de oro con fósforo amarillo.
AUSL 3 + 3H 2 O + P ® AU + P (OH) 3 + 3HCL.
Más tarde, se desarrollaron métodos clásicos de síntesis de solishes de oro monodisperso con un grado dado de dispersión de oro con peróxido de hidrógeno y formaldehído.
2 Haucl 4 + 3H 2 O 2 ® 2 AU + 8HCl + 3O 2,
2 haucl 4 + 3hcho + 11koh ® 2au + 3hcook + 8kcl + 8h 2 O
El proceso tiene lugar en dos etapas. Primero, los embriones de la nueva fase se forman, y luego en la ceniza, se crea la superestruction débil, en la que ya no se produce la formación de nuevos embriones, sino que solo su crecimiento es. De esta manera, puede obtener una evaluación de oro amarilla (D ~ 20 NM), rojo (D ~ 40 NM) y azul (D ~ 100 NM).
Para obtener hidróxidos de óxido e hidróxido, se utilizan reacciones de hidrólisis de metales inorgánicos o Avlexides de metal. Por ejemplo, el hidroxide sol del hierro se puede obtener por reacción:
FECL 3 + 3H 2 O + T (90 - 100ºC) "FE (OH) 3 + 3HCL
Se promueve la presencia de un gran exceso de energía asociado con una superficie interfacial altamente desarrollada de la partición en sistemas ultrafaces de un gran exceso de la secesión. Para obtener partículas de una dispersión dada, es necesario detener el crecimiento de las partículas en el tiempo. Para este fin, la superficie de las partículas de fase dispersada inhibe debido a la formación de la capa protectora del surfactante o debido a la formación de compuestos complejos en ella.
La formación de sistemas micelares. .
Para obtener sistemas micelar, es necesario usar surfactantes: sustancias orgánicas (sintéticas y naturales), que tienen solubilidad limitada en el agua y capaces de adsortar en la superficie de la separación de fases, reduciendo la tensión interfacial. Estas sustancias tienen una destilación: una molécula o ion de PAV contiene una parte hidrófoba y un grupo polar de una u otra naturaleza. La parte hidrófoba representa un radical hidrocarburo (C n H 2 N + 1, con N H 2 N - 1, con N H 2 N + 1, C 6 H 4 y otros), que contienen de 8 a 18 átomos de carbono. El agua a temperatura ambiente es un líquido estructurado, tiene un orden sumergido (r< 0,8 нм). При растворении ПАВ происходит дальнейшее структурирование молекул воды вокруг неполярных углеводородных радикалов ПАВ, что приводит к уменьшению энтропии системы. Поскольку система стремится к максимуму энтропии, то при достижении определённой концентрации, называемой критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), молекулы или ионы ПАВ начинают самопроизвольно мицелл. Образование мицелл фиксируется обычно по изменению какого либо физического свойства раствора ПАВ (например, поверхностного натяжения, электропроводности, плотности, вязкости, светорассеяния и т. д.) в зависимости от концентрации ПАВ. При концентрациях, близких к ККМ, мицеллы представляют собой примерно сферические образования, в которых полярные группы контактируют с водой, а гидрофобные радикалы находятся внутри, образуя неполярное ядро. Молекулы или ионы, входящие в состав мицеллы, находятся в динамическом равновесии с объёмом раствора. Это является одной из причин «шероховатости» внешней поверхности мицелл.
En concentraciones de surfactantes, KKM grande, la formación de varios tipos de micelas (Fig.) Diferente en forma: esférica, cilíndrica, envasada hexagonal, laminar. Por lo tanto, las micelas pueden considerarse como nanoobjetos unidimensionales, bidimensionales y volumétricos. Dependiendo de la naturaleza de la oleada del número de agregación ( nORTE.) Pueden variar de docenas a varios cientos, mientras que las dimensiones de la micélola cambiarán.
Las moléculas de pavimentación insolubles en agua con un largo radical hidrocarburo y un grupo polar débil se pueden disolver en fases líquidas no polares. En este caso, a una cierta concentración de surfactantes, también se observan micelas, que se debe a interacciones específicas entre los grupos polares PAVAR. Tales micelas se devuelven hacia atrás. La forma de micelas inversas depende de la concentración de surfactantes y puede ser diferente.
Figura 1. Estructuras que surgen en soluciones de surfactantes.
1 - Monómeros, 2 - micelas, micelas 3 - cilíndricas, 4 - micelas cilíndricas empacadas hexagonalmente, 5 - micelas laminares, 6 - gotas de agua empacadas hexagonalmente en el sistema de micelar inversa.
Educación de microemulsiones.
Las microemulsiones son dispersiones isotrópicas termodinámicamente estables de dos líquidos fallidos. Al mezclar tales líquidos de una gota de uno de ellos, estabilizados por el surfactante de película interfacial y SOPAV, que se utilizan alcoholes de peso bajo peso molecular, se distribuyen a otro. Las microemulsiones se relacionan con los sistemas dispersos liofílicos y se pueden obtener mediante dispersión espontánea de dos líquidos fallidos como resultado de una fuerte disminución en la tensión interfacial, o en el proceso de solubilización, como se indica anteriormente. La estabilidad termodinámica de los sistemas de microemulsión se debe a una baja tensión interfacial, que puede ser de 10 a 5 mJ. M - 2 para tensioactivos de iones y 10 - 4 MJ. M - 2 para tensioactivos no iónicos. Dependiendo de qué fase se dispersa, y qué continua, la microemulsión puede ser recta - aceite en agua (m / c), o de agua inverso en aceite (IN / M). El término "aceite" significa líquido orgánico no polar. En ambos casos, la fase dispersa consiste en gotitas, cuyo tamaño no supera los 100 nm.
Como regla general, las microemulsiones son sistemas multicomponentes que consisten en varias estructuras (bicapa, cilíndrica, micelas esféricas). En el proceso de formación de micelle, además de las fases micelar isotrópicas líquidas, se forman fases micelares ópticamente anisotrópicas, por ejemplo,, por ejemplo, fases smécticas y hexagonales en capas que consisten en unidades en forma de varilla de longitud interminable, es decir, las microemulsiones tienen una microestructura interna, que Actualmente es estudiado intensivamente por varios métodos. En el caso de que el contenido de agua y aceite en el sistema sea comparable, es posible la formación de sistemas biscinuales.
Las propiedades de las microemulsiones se determinan en gran medida por el tamaño y la forma de partículas de la fase dispersada, así como las propiedades reológicas de las capas de adsorción interfacial formadas por surfactantes. Dado que las microemulsiones tienen una gran movilidad y una gran superficie de la partición entre las fases, pueden servir como un entorno universal para muchas síntesis químicas, incluso para obtener nanopartículas sólidas.
Formación de partículas sólidas en microemulsiones.
En el sistema de microemulsión, la partícula de la fase dispersada se enfrenta constantemente, se unen y destruye de nuevo, lo que conduce a un intercambio continuo de sus contenidos. El proceso de una colisión de las gotas depende de la difusión de gotas en la fase de aceite (para el sistema de microemulsión inversa), mientras que el proceso de intercambio se determina mediante la interacción de las capas de adsorción del surfactante y la flexibilidad de la superficie interfacial ( La última circunstancia es extremadamente importante cuando realiza reacciones químicas en tales sistemas)
Higo. El esquema de reacción que fluye en el sistema de microemulsión inversa.
Los sistemas de microemulsión inversa se usan a menudo para obtener nanopartículas sólidas. Para este propósito, se mezclan dos sistemas de microemulsión idénticos en / m, cuyas fases acuosas contienen sustancias A y B, que tienen un compuesto de C soluble en el trabajo durante la reacción química, durante la coalescencia de las caídas en ellas como resultado de El metabolismo, se forma una nueva conexión (Fig.). Las dimensiones de las partículas de la nueva fase se limitarán al tamaño de las gotas de fase polar.
Las nanopartículas metálicas también se pueden obtener cuando se introdujeron en una microemulsión que contiene una sal metálica, un agente reductor (por ejemplo, hidrógeno o hidrazina) o cuando pasa el gas (por ejemplo, CO o H 2 s) a través de la emulsión. Es de esta manera (la restauración de la sal del metal o hidrazina correspondiente) se obtuvo por primera vez por partículas metálicas Monodisperse PT, PD, RH y IR (con un tamaño de partícula de 3 a 5 nm). Se utilizó un método similar para sintetizar los nanopartículas de platino bimetálico y paladio.
Actualmente, las reacciones de deposición en los sistemas de microemulsión se usan ampliamente para sintetizar nanopartículas metálicas, semiconductores, carbonatos y sulfatos de bario, calcio, estroncio de partículas de monodisperse de Sio 2, cerámica de alta temperatura.
A pesar del hecho de que finalmente no se establece el mecanismo de formación de nanopartículas, se pueden distinguir varios factores que afectan el flujo de reacción. El efecto de la fase dispersa también tiene la influencia de la naturaleza del surfactante, que son estabilizantes de un sistema de microemulsión. Sin embargo, en todos los casos, el tamaño de las nanopartículas formadas en los procesos de reacción se controla mediante el tamaño de las gotitas de la emulsión inicial.
También se debe tener en cuenta el uso de sistemas de microemulsión para obtener compuestos orgánicosLo que es importante al crear nuevas formas de dosificación.
La mayoría de los estudios en esta área se refieren a la síntesis de nanopartículas esféricas. Al mismo tiempo, el gran interés científico y práctico es la preparación de partículas asimétricas (hilos, discos, elipsoides) y control preciso sobre su forma. La realización de la síntesis en los sistemas de microemulsión inversa hizo posible obtener nanofires baco 3, así como nanopartículas asimétricas de varias sustancias con propiedades magnéticas inusuales.
Del gran interés es la síntesis de los nanocompuestos que consisten en partículas de un material (tamaño de partícula 50 - 100 nm) recubierto con una capa delgada de otro material.
Obtención de capas mono- y polimoleculares.
Los surfactantes son capaces de formar películas monomoleculares en varias superficies de la separación de fases: agua - aire; cuerpo sólido - líquido; Líquido - Líquido. Dichas películas pueden considerarse como nanosistemas bidimensionales. Los monótuidos del surfactante en la superficie del agua se investigaron por primera vez por Langmyur, quien desarrolló un método experimental para estudiar dichas películas (escalas Langmur).
Las películas monomoleculares en la superficie del líquido se pueden ubicar en varios estados: gaseoso, líquido y sólido. Estos estados se caracterizan energía diferente Interacciones entre moléculas de surfactantes.
Bajo ciertas condiciones (pH, temperatura) en la superficie de la sección de agua, se formó espontáneamente las estructuras con alto grado El orden en que las moléculas de surfactantes (o iones) están dispuestas de tal manera que el grupo polar está en solución, y el radical hidrocarburo está orientado hacia el aire en un ángulo bajo a la superficie interfacial. Los procesos de autoorganización en la película se deben a la presencia de dilución en las moléculas de surfactantes y se pueden analizar desde el punto de vista de la interacción del grupo polar con un sustrato acuoso y la interacción de los radicales de hidrocarburos.
El interés significativo son las reacciones químicas que fluyen en las películas monomoleculares. Al cambiar la presión de la superficie, puede controlar la orientación de las moléculas en la capa superficial y, por lo tanto, afectar específicamente el flujo de reacciones. Por lo tanto, la película Langmuir - Brojett se usa para obtener nanopartículas sólidas sólidas de diferente naturaleza directamente en el proceso de reacción química o restauración fotoquímica de sales de metales. Tales procesos ocurren en sistemas biológicos.
Las películas depositadas en la superficie de los cuerpos sólidos pueden formar tanto mono como polis. Por ejemplo, si es una placa de vidrio, ubicada verticalmente, salga del agua a través del bario de estearato de monocapa, ubicado en la superficie del agua, la placa está cubierta con una capa de surfactante, en la que los radicales de hidrocarburos están orientados hacia afuera. Como resultado, la superficie de tal placa se vuelve hidrófoba. Se puede aplicar a la siguiente capa. Las superficies hidrófilas o hidrofóbicas se pueden obtener mediante una aplicación secuencial de las capas. Las películas construidas a partir de capas igualmente orientadas se llaman Xplots, y de los hilados orientados de manera opuesta. Por lo tanto, se pueden obtener recubrimientos de poliolato, cuyo espesor se encuentra dentro de los tamaños de nanómetros.
La estructura y forma de partículas ultrafinas.
Los problemas relacionados con los mecanismos para la formación y la estructura de las partículas de nanoescala se encuentran entre los temas más importantes y fundamentales de la química coloid. De hecho, las partículas de ultradisperso son un tipo de " partículas elementales»Química coloid. La transición de una simple determinación cualitativa del mismo concepto de partículas dispersas para determinar sus parámetros y proporciones cuantitativos requiere una clarificación detallada de la estructura de las partículas ultrafinas en diversos sistemas coloidales: ceniza, soluciones micelares, microemulsiones, geles, etc.
El concepto temprano de la estructura de las partículas ultrafinas sólidas se basó en la suposición de que su estructura es similar a la estructura de la macrofasa de la misma sustancia. Sin embargo, estudiar aún más el proceso de nucleación y crecimiento de la nueva fase mostró que, dependiendo de las condiciones de cristalización (la magnitud de la suspensión o la sobrecescicio, la presencia de impurezas y varias de otras razones) de las soluciones se pueden formar tanto amorfas como Partículas cristalinas ultrafinas. Incluso Weimarne encontró que la forma de la formidación durante la cristalización de una solución de partículas de baso 4 depende del grado de succión de la solución. Por lo tanto, obtuvieron males altamente dispersos, estructuras de escamas, microcristales bien cortados y cristales como agujas. La temperatura a la que se lleva a cabo la síntesis de nanopartículas. Por ejemplo, las nanopartículas de dióxido de titanio obtenidas por zolgel por el método a bajas temperaturas tienen el tipo de varillas, y en los cristales de alto-bipiramidales. Otra confirmación de la diversidad de las formas de nanopartículas es la formación de dendritas en la cristalización de fundidos y soluciones.
La variedad de formas se debe al hecho de que los procesos de la formación de una nueva fase (los procesos de autoorganización) proceden en condiciones puramente sin equilibrio, y el grado de perfección de la estructura depende de cuánto de las condiciones para La cristalización se desvía del equilibrio. Por ejemplo, en la síntesis de un diamante de una fase de gas denso y plasma, se forma una estructura más avanzada en condiciones de mayor no equilibrio.
Se puede proporcionar un efecto fuerte en el proceso de cristalización por surfactantes presentes en solución. Dependiendo de la naturaleza y la concentración, pueden cambiar la tasa de formación y el crecimiento del núcleo de la nueva fase, la distribución de nanopartículas en tamaño, así como la forma de cristales. Todos estos efectos están asociados con la adsorción electoral de las moléculas o los iones tensioactivos en diversas instalaciones de los cristales resultantes y, como resultado, con una desaceleración en el crecimiento de algunas caras en comparación con otras. Además, la naturaleza del surfactante afecta el polimorfismo de los compuestos formados.
Una característica importante de los procesos de cristalización que conduce a la formación de nanopartículas es que su forma no puede ser descrita por los métodos de geometría ordinaria. Para describir dichos sistemas, se atrae la geometría fractal, ya que con fuertes desviaciones del equilibrio y, por lo tanto, valores altos fuerza motriz El proceso de cristalización, la inestabilidad de la frontera de la partición de la fase, por regla general, a la formación de estructuras fractales.
Interesante, se presentan los resultados de las obras, en las que se muestra que con la co-cristalización de los haluros de amonio y el yoduro de cesio de vapores de curación altamente curativos, se forman cristales únicos primarios altamente dispersos. Debido a la superficie interfacial desarrollada, el sistema dispersado resultante tiene un gran exceso de energía, por lo tanto, los procesos de agregación se procesan, acompañan por la captura de las partículas monocristalinas iniciales de dimensiones aproximadamente iguales. Como resultado de dicha agregación, se forman pseudomonocristales.
Los FUROS se obtienen mediante diversos métodos, entre los que el método de arco es común, la producción en la llama, con calentamiento láser, cuando la evaporación del grafito, la radiación solar enfocada, así como la síntesis química.
La forma más efectiva de obtener Fulleries es pulverización térmica del electrodo de grafito en el plasma de la descarga del arco, Gelia ardiendo en la atmósfera. Hay un arco eléctrico entre dos electrodos de grafito, en la que se evapora el ánodo. En las paredes del reactor, se deposita un hollín que contiene del 1 al 40% (dependiendo de los parámetros geométricos y tecnológicos) de fullerenos. Para la extracción de fullerenos de hollín que contienen fullereno, se utilizan la separación y la purificación, la extracción de líquidos y la cromatografía en columna. El rendimiento no es más del 10% del peso del hollín de grafito original, mientras que en el producto final, la proporción de 60: de 70 es 90: 10. Hasta la fecha, todos los fullerenos presentados en el mercado se obtienen por este método. Las desventajas del método incluyen la complejidad de la descarga, la limpieza y la separación de diversos fullerenos del hollín de carbono, el bajo rendimiento de los fullerenos, y, como resultado, su alto costo.
Los métodos más comunes de síntesis de nanotubos son una descarga eléctrica del arco, la ablación láser y la precipitación química de la fase gaseosa.
Utilizando descarga de arco eléctrico Se produce la evaporación térmica intensiva del ánodo de grafito, y el sedimento (~ 90% de la masa de ánodo) se forma en la superficie del extremo del cátodo) de una longitud de aproximadamente 40 micrones. Los racimos de nanotubos en un sedimento en el cátodo son visibles incluso con un ojo desnudo. El espacio entre las vigas se llena con una mezcla de nanopartículas desordenadas y nanotubos individuales. El contenido de los nanotubos en el sedimento de carbono puede alcanzar hasta un 60%, y la longitud de los nanotubos de un solo eje resultantes es de hasta varios micrómetros a un diámetro pequeño (1-5 nm).
Las desventajas del método incluyen las dificultades tecnológicas asociadas con la implementación de la limpieza de múltiples etapas del producto de las inclusiones de partículas y otras impurezas. La salida de nanotubos de un solo carbono no excede del 20-40%. Cantidad hasida de parámetros de control (voltaje, resistencia y densidad de corriente, temperatura de plasma, presión general en el sistema, propiedades y velocidad de alimentación del gas inerte, el tamaño de la cámara de reacción, la duración de la síntesis, la presencia y la geometría de enfriamiento. Los dispositivos, la naturaleza y la pureza del material de los electrodos, la relación de sus tamaños geométricos, así como una serie de otros parámetros que son difíciles de dar una evaluación cuantitativa, por ejemplo, la velocidad de enfriamiento de los vapores de carbono) complica significativamente el Regulación del proceso, el diseño de hardware de la configuración de la síntesis y evita que se reproduzcan aplicaciones industriales. También interfiere con el modelado de la síntesis de arco de nanotubos de carbono.
Para ablación laser Existe la evaporación de un objetivo de grafito en un reactor de alta temperatura con condensación posterior, mientras que el rendimiento del producto alcanza el 70%. Con la ayuda de este método, es preferiblemente nanotubos de carbono de un solo sentido con un diámetro controlado. A pesar del alto costo del material obtenido, la tecnología de ablación láser se puede escalar a un nivel industrial, por lo que es importante considerar cómo excluir el riesgo de los nanotubos en la atmósfera del área de trabajo. Este último es posible con la automatización completa de los procesos y la exclusión del trabajo manual en la fase de envasado de productos.
Precipitación química de la fase gaseosa. Ocurre en el sustrato con una capa de catalizador de partículas metálicas (con mayor frecuencia de níquel, cobalto, hierro o mezclas de los mismos). Para iniciar el crecimiento de los nanotubos al reactor, se introducen dos tipos de gases: gas tecnológico (por ejemplo, amoníaco, nitrógeno, hidrógeno) y gas que contiene carbono (acitylemeno, etileno, etanol, metano). Los nanotubos comienzan a crecer en partículas de catalizadores metálicos. Este método se promueve más a escala industrial debido a un menor costo, simplicidad relativa y controlando el crecimiento de los nanotubos con un catalizador.
Se detectó un análisis detallado de los productos obtenidos por la deposición química en la fase gaseosa, mostró la presencia de al menos 15 hidrocarburos aromáticos, incluidos 4 compuestos de carbono de policiclo tóxicos. Los más dañinos en la composición de los subproductos de la producción fueron reconocidos por la benzapina policíclica, un carcinógeno ampliamente conocido. Otras impurezas son una amenaza para la capa de ozono del planeta.
Varias compañías rusas ya han comenzado la producción de nanotubos de carbono. Por lo tanto, el centro científico y técnico "Granada" (región de Moscú) ha desarrollado por su propia instalación piloto de la síntesis de nanomateriales de carbono mediante el método de precipitación química con una capacidad de hasta 200 g / h. OJSC "TAMBOV PLANTE" komsomolets "ellos. N. S. ARTEMOVA "Desde 2005, desarrolla la producción de taunit nanomateriales de carbono, que es un nanotubos de carbono de múltiples líneas obtenidas por la deposición química de fase gaseosa en un catalizador de metal. La capacidad total de los reactores para la producción de nanotubos de carbono de los fabricantes rusos supera los 10 t / g.
NanOpowders of Metals y sus conexiones.son el tipo más común de nanomateriales, mientras que su producción está creciendo cada año. En general, los métodos para obtener nanOpowders se pueden dividir en químico(Síntesis plasmópica, síntesis láser, síntesis térmica, síntesis de autoproporización de alta temperatura (SVS), síntesis mecanóquímica, síntesis electroquímica, precipitación de soluciones acuosas, síntesis crioquímica) y físico (evaporación y condensación en un gas inerte o de reacción, explosión de explosión eléctrica (EVP), rectificado mecánico, procesamiento de detonación). Los más prometedores de ellos para la producción industrial son la síntesis de fase gaseosa, la síntesis química plasmática, la esmerilización y la explosión de explosiones eléctricas.
Para síntesis de fase gaseosa La evaporación del material sólido (metal, aleación, semiconductor) se llevó a cabo a una temperatura controlada en la atmósfera de varios gases (AR, XE, N 2, NO 2, aire), seguido de enfriamiento intensivo de la variedad de la sustancia resultante . Al mismo tiempo, se forma un polvo de poliDisperso (tamaño de partícula de 10-500 nm).
La evaporación del metal puede ocurrir desde el crisol, o el metal ingresa a la zona de calentamiento y evaporación en forma de alambre, polvo de metal o en el chorro de fluido. A veces, el metal se rocía con un montón de iones de argón. El suministro de energía puede llevarse a cabo mediante calefacción directa, transmitiendo una corriente eléctrica a través de un cable, una descarga eléctrica de arco en plasma, corrientes de calentamiento de inducción de frecuencia alta y media, radiación láser, calentamiento de haz de electrones. La evaporación y la condensación pueden ocurrir al vacío, en un gas inerte fijo, en la corriente de gas, incluso en el jet de plasma.
Gracias a esta tecnología, el rendimiento alcanza las decenas de kilogramos por hora. De esta manera, se obtienen óxidos metálicos (MGO, A1 2 0 3, SIO), algunos metales (NI, AL, T1, MO) y materiales semiconductores con propiedades únicas . Las ventajas del método incluyen bajo consumo de energía, continuidad, dieta única y alto rendimiento. La pureza de los nanopowders depende solo de la pureza de la materia prima. Tradicionalmente, la síntesis a gas fase se lleva a cabo en un volumen cerrado a alta temperatura, por lo tanto, el riesgo de nanopartículas en el área de trabajo puede deberse a una situación de emergencia o no el celitismo de los operadores.
Síntesis plasmochémica Se utiliza para obtener nanopowders de nitruros, carburos, óxidos metálicos, mezclas multicomponentes con un tamaño de partícula de 10-200 nm. En síntesis, se usa el argón de baja temperatura (10 5 k), hidrocarburos, amonio o plasma nítrico de varios tipos de descargas (arco, gloria, alta frecuencia y ultrahof-frecuencia). En tal plasma, todas las sustancias se descomponen a los átomos, con un enfriamiento rápido de ellos, se forman sustancias simples y complejas, la composición, la estructura y el estado de las cuales dependen fuertemente de la velocidad de enfriamiento.
Las ventajas del método son altas velocidades de educación y condensación de compuestos y gran rendimiento. Las principales desventajas de la síntesis química de plasma son una amplia distribución de partículas en tamaño (de decenas a miles de nanómetros) y un alto contenido de impurezas en polvo. Los detalles de este método requieren procesos en un volumen cerrado, por lo tanto, después de enfriar, el nanopowdroke puede ingresar la atmósfera del área de trabajo solo con un desempaquetado y transporte incorrectos.
Hoy en día, solo se implementa el nivel semiindustrial. físico Métodos de obtención de nanopowders. Estas tecnologías son dueños de una parte muy pequeña de los fabricantes, ubicados, principalmente en los Estados Unidos, Gran Bretaña, Alemania, Rusia y Ucrania. Los métodos físicos de obtención de nanopowders se basan en la evaporación de metales, aleaciones u óxidos con su condensación posterior a temperatura y atmósfera controladas. Las transiciones de parrase "Cuerpo para-líquido-sólido" o "STAP-SOLID" se producen en el volumen del reactor o en un sustrato o paredes enfriados. El material de partida se evapora a través de un intenso calentamiento, el vapor con el gas portador se suministra al espacio de reacción, que se somete a un enfriamiento rápido. El calentamiento se realiza por plasma, la radiación láser, el arco eléctrico, los hornos de resistencia, las corrientes de inducción, etc., dependiendo del tipo de materiales de partida y el producto resultante, la evaporación y la condensación se realizan al vacío, en la corriente de gas inerte o plasma. . El tamaño y la forma de las partículas dependen de la temperatura del proceso, la composición de la atmósfera y la presión en el espacio de reacción. Por ejemplo, en la atmósfera de partículas de helio tiene un tamaño más pequeño que en una atmósfera de gas más pesado: argón. El método le permite obtener POWDERS NI, MO, FE, TI, A1 con un tamaño de partícula de menos de 100 nm. Las ventajas, las desventajas y los peligros asociados con la implementación de dichos métodos se discutirán a continuación sobre el ejemplo del método de explosión de alambre.
El método también está muy extendido. materiales de molienda mecánicamente En el que se utilizan la pelota, planetaria, centrífuga, molinos de vibración, así como dispositivos giroscópicos, atributos y simiolaomers. Tecnología y tecnología de disintegración LLC produce polvos finos, así como nanopowders que utilizan molinos planetarios industriales. Esta tecnología le permite alcanzar el rendimiento de 10 kg / h a 1 T / h, se caracteriza por un bajo costo y la alta pureza del producto controlado por las propiedades de las partículas.
Los metales mecánicamente cruzados, la cerámica, los polímeros, los óxidos, los materiales frágiles y el grado de molienda dependen del tipo de material. Entonces, para los óxidos de tungsteno y el molibdeno, el tamaño de partícula es de aproximadamente 5 nm, para hierro - 10-20 nm. La ventaja de este método es obtener nanopowers de aleaciones aleadas, intermetalizadas, silicidas y compuestos reforzados dispersos (tamaño de partícula de ~ 5-15 nm).
El método es fácil de implementar, permite obtener material en grandes cantidades. También es convenientemente que para los métodos mecánicos de molienda, la instalación y las tecnologías relativamente simples son adecuadas, puede moler varios materiales y obtener polvos de aleaciones. Las desventajas incluyen una amplia distribución de partículas de tamaño, así como la contaminación del producto con materiales de las partes abrasivas de los mecanismos.
Entre todos los métodos listados, el uso de los helicópteros implica drenar nanomateriales en la alcantarilla después de limpiar los dispositivos utilizados, y en el caso de la limpieza manual de partes de este equipo, el personal está en contacto directo con las nanopartículas.
- La ablación con láser es un método para eliminar una sustancia con un pulso de superficie.
- Los atrisores y los Simeloomers son dispositivos de molienda de alta energía con un cuerpo fijo (tambor con agitadores que hacen que el movimiento de bolas). Atritamimiza la ubicación vertical del tambor, Simoloomers -Gorizonal. El material de molienda de molienda con bolas de molienda, en contraste con otros tipos de dispositivos de molienda, se produce principalmente no para el tiempo de ejecución, sino según el mecanismo de abrasión.
Restricciones sobre el uso de nanomateriales.
Resultó que los materiales con grano nanoescala difieren en la fragilidad. Una limitación importante para el uso de materiales estructurales nanoestructurados es su tendencia a la corrosión intercorrallina debido a una fracción de volumen muy grande de los límites del grano. En este sentido, no se pueden recomendar para el trabajo en condiciones de contribuir a dicha corrosión. Otra limitación importante es la inestabilidad de la estructura de los nanomateriales, y, en consecuencia, la inestabilidad de sus propiedades fisicoquímicas y físicas y mecánicas. Así, con la radiación, la deformación, etc. Los impactos son inevitables procesos de relajación, segregación y homogeneización. Cuando se moldean los productos de nanopowders, el problema de competir (pegado de nanopartículas) en aglomerados también se sostiene, lo que puede complicar la preparación de materiales con una estructura y distribución dada de componentes.
Cabe señalar que el mercado comercial es actualmente.
los más ampliamente representados tales nanomateriales como nanopowders
metales y aleaciones, nanopowders óxidos (silicio, hierro, antimonio, aluminio, titanio), nanopowders de una fila de carburos, nanofibras de carbono, materiales de fullereno.
Los objetos de nanodisperso se obtienen en forma de sol, gel, dispersión concentrada o polvo, película delgada, cuerpo nanoporoso. La gama de métodos para su preparación es extremadamente ancha. Los métodos existentes para obtener nanObjects se clasifican de acuerdo con las siguientes características:
Estrategia de síntesis: el recibo puede basarse en el proceso de dispersión, ya sea en el proceso de condensación, en la literatura extranjera, estos métodos se dividen en dos grupos: "de arriba abajo": "de arriba abajo", es decir. Reduciendo el tamaño, la molienda y el "abajo-ur" - "abajo hacia arriba", es decir, La creación de nanoestructuras de componentes de origen más pequeños, más precisamente de átomos y moléculas (ambos enfoques vívidamente ilustran la FIG. 2.2);
La naturaleza del proceso de síntesis (físico, químico o biológico);
Utilizado en la síntesis de fuentes de energía (láser, plasma, calefacción, congelación, mecánica, hidrotermal, combustión, etc.);
El medio en el que se forman nanopartículas o nanocristales (NK) (gas, líquido o lateral).
La elección de esta o la tecnología está determinada por una serie de factores, que incluye las propiedades físicas y químicas de las partículas, productividad, intensidad energética del proceso, amabilidad ambiental, etc.
Los principales métodos para obtener nanomateriales pueden dividirse en una serie de grupos tecnológicos (Fig. 2.3): Métodos basados \u200b\u200ben polvo
metalurgia, métodos basados \u200b\u200ben la producción de precursores amorfos, tecnologías de superficie (la creación de recubrimientos y capas modificadas con nanoestructura), métodos basados \u200b\u200ben el uso de deformación de plástico intensivo y métodos complejos que utilizan varias tecnologías diferentes secuencialmente o paralelas.
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