Nanaporok és eljárások azok előállítására
Előállítása és tulajdonságai
Folyamatok, amelyek eredményeként a képződését ultrafinom vagy nano-struktúrák - jelentése: a kristályosodás,
nagy mechanikai terhelés,
Nagymértékű képlékeny alakváltozás,
teljes vagy részleges kristályosításával amorf szerkezetek.
A módszer megválasztása nanoanyagok által meghatározott régió az alkalmazásuk, kívánatos, hogy állítsa be a végtermék tulajdonságait.
Így attól függően, az elkészítés feltételei, nanoporok lehet egy gömb alakú, hexagonális, pehely, tűkristályos formában, amorf vagy finom kristályos szerkezetű.
Előállítására szolgáló eljárásokat az ultra-diszpergált anyagok vannak osztva:
A kémiai szintézis módszerek közé tartoznak a különböző reakciók és eljárások, beleértve a folyamatok:
hőbomlás vagy pirolízise
gáz-fázisú kémiai reakciók,
Szabályozása mértékének kialakulását és növekedését új fázis nukleációs végzik megváltoztatásával A reagensek arányát, a túltelítettség foka, és a folyamat hőmérséklete. Mint általában, a kémiai módszerek - többfokozatú, és tartalmaz egy sor a fent megnevezett folyamatok és reakciók.
kicsapásos módszerrel abban áll különböző fémvegyületeket oldataiból sóik felhasználásával csapadékok.
Termék csapadék fém-hidroxidok.
Kicsapószerként alkalmazzunk lúgos oldatok a nátrium, kálium és mások.
A pH beállításával, és az oldat hőmérsékletét, olyan feltételek megteremtésére, amelyek mellett nagy kristályosodási sebességének kapunk, és a képződött finom hidroxid.
Ez a módszer képes porok, gömb, tűkristályos, pelyhes, vagy szabálytalan alakú, amelynek részecskemérete legfeljebb 100 nm.
Nanaporok komplex előállított készítmény együttes kicsapással [8]. Ebben az esetben a reaktorba adagolását egyszerre két vagy több oldatával alkálifém-só, és adott hőmérsékleten, és a keverést.
Az eredmény egy-hidroxid vegyület a kívánt készítményt.
Módszer heterofázisos kölcsönhatást úgy végezzük lépésenkénti fűtési keverékeit szilárd fémsók lúggal oldatot, szuszpenziót képezve a-oxid és ezt követő redukciója a fém.
Ezen a módon, a fém porok részecskemérete 10 és 100 nm.
Gel-módszer abban áll, a csapadék vizes oldatok oldhatatlan fémvegyületek a gél formájában.
A következő lépés - fém kinyeréséhez. Ezt a módszert használják porok előállítására a vasat és más fémeket.
Eljárás kinyerésére és hőbomlási - általában megszerzése után következő művelet oldatban ultrafinom oxidok vagy -hidroxidok, majd kicsapás és szárítás.
Ahogy redukálószerek, attól függően, hogy a kívánt terméket, a gáz-halmazállapotú redukálószerek - jellemzően hidrogén, szén-monoxid vagy szilárd redukálószerek.
Nanaporok Fe, W, Ni, Co, Cu és más fém-oxidok nyert hidrogénnel történő redukcióval.
Szilárd redukálószerek felhasználásával szén és fém vagy fém-hidridek. Ezen a módon, nanoporok fémek: Mo, Cr, Pt, Ni és mások. Jellemzően, a részecskeméret 10 30 nm.
Erősebb redukálószerek fém-hidridek - általában kálcium-hidriddel. Az így előállított nanoporok Zr, Hf, Ta, Nb.
Egyes esetekben a nanoporok által termelt bomlása formiátok, karbonátok, karbonilok, oxalátok, acetátok, fémek folyamatok miatt a termikus disszociációja vagy pirolízise.
Így, mivel a disszociációs fém-karbonilok kapott Ni por, Mo, Fe, W, Cr.
Hőbontásával a keveréket egy fűtött szubsztrát karbonilok elő Polymetal film. UDP fémek, oxidok és keverékei a fém-oxidok, és pirolízissel előállított fém formiátok.
Ezen a módon a porok fémek, beleértve Mn, Fe, Ca, Zr, Ni, Co, ezek oxidjai és keverékei fém-oxid.
Fizikai módszerek. bepárlásos eljárások (kondenzáció) vagy gáz fázisú szintézist Nanoporok fémek, alapján a párolgás a fémek, ötvözetek vagy oxidok, majd ezek kondenzációs a reaktorban szabályozott hőmérsékleten és atmoszféra.
Fázisátalakulások pár - folyadék - szilárd vagy gőz - szilárd előforduló reaktor térfogata, vagy a felületére hűtött szubsztrátumon vagy falak.
A találmány szerinti eljárás abban áll, hogy a kiindulási anyag elpárolog az intenzív hő, egy hordozóanyaggal együtt táplált gáz a reakciótérbe, ahol gyorsan lehűtjük.
A fűtés az anyagnak a bepárlunk plazma, lézer, elektromos ívkemencék, indukciós úton, áthaladó elektromos áram segítségével a vezetéket.
Az is lehetséges, lebegő-párolgás. Attól függően, hogy a fajta a kiindulási anyagok és a kapott terméket, párolgás és kondenzáció végezzük vákuumban, inert gázáram gáz vagy plazmában.
A mérete és alakja a részecskék függ a folyamat hőmérséklete, nyomása és összetétele a légkör a reakciótérben. A hélium atmoszférában, a részecskék kisebb lesz, mint az argon atmoszférában - sűrű gáz. Az így kapott Ni porok metol, Mo, Fe, Ti, Al. A részecskeméret ebben az esetben - tíz nanométer.
Egy időben úgy tűnt, továbbá létrehozott egy Eljárás nanoanyagok elektromos robbanás vezetékek (vezetékek). Ebben az esetben a reaktor van elhelyezve elektródák között a fém huzal, ahonnan a tervek a készítmény a nanopowder, átmérő 0,1. 1,0 mm.
Kapcsolunk az elektródokra egy nagy áramimpulzus (104. 106 A / mm2). Így tehát egy instant fűtés és elpárologtatás vezetékek.
scatter fémgőz hűtött és kondenzált. Az eljárást a légkörben hélium vagy argon.
Nanorészecskék letétbe a reaktorban. Ezen a módon, a fém (Ti, Co, W, Fe, Mo) és az oxid (TiO2, Al2O3, ZrO2) nanoporok egy részecskemérete legfeljebb 100 nm.
Mechanikai módszerek. Módszerek aprítás anyagok mechanikai eszközökkel a malmok a különböző típusú - globuláris, bolygókerekes, centrifugális, vibrációs, pörgettyűs eszközök és simoloyerah attritoros.
Attritor és simoloyery - magas-aprító járművek álló házban, dob agitátorok, mozgást közvetítsen a golyókat a dobban.
Attritor függőlegesen szerelt dob simoloyery - vízszintes.
Marás megőröljük őrlőgolyók ellentétben más típusú őrlőberendezésekre előfordul nem elsősorban ütésnek és súrlódásnak a mechanizmus.
Kapacitás dob egység a két típusú eléri a 400 600 liter.
Mechanikusan porítottuk fémek, kerámiák, polimerek, oxidok, törékeny anyagok. A mértéke őrlés függ az anyag típusától. Például, a volfrám és molibdén-oxidok kapott részecskemérete körülbelül 5 nm, vas - a sorrendben 10 és 20 nm.
A variáció mechanosynthesis mechanikai őrlés vagy mechanikai ötvözés, amikor az őrlési eljárás egy olyan kölcsönhatás aprított anyagot, hogy megkapjuk a őrölt anyagot az új készítmény.
Az így kapott nanoporok adalékolt ötvözetek intermetallilov, szilicidek és dispersnouprochnennyh kompozitok részecskemérete 5 15 nm.
Egy egyedülálló előnye a módszernek az, hogy mivel a kölcsönös diffúzió szilárd állapotban van lehetséges „ötvözetek” az ilyen elemek, a kölcsönös oldhatóság a folyékony fázisú eljárások elhanyagolható.
A pozitív oldalon a mechanikus őrlési módszerek a viszonylagos egyszerűsége berendezések és technológiák, a képesség, hogy őrölni különböző anyagok és porok előállítására az ötvözetek, valamint a lehetőséget, hogy megkapja anyag nagy mennyiségben.
Hátrányai módjai közé tartozik a szennyeződésének lehetősége a zúzott por Csiszolható anyagot, és a nehéz megszerzése porok szűk részecskeméret-eloszlás, a bonyolultsága szabályozása termék összetételét az őrlés alatt.
A készítmény a nanorészecskék bármilyen módszerrel látható egy másik jellemzője ezek - az a tendencia, hogy alkotnak részecskék szervezetek. Az ilyen szervezetek úgynevezett aggregátumok és agglomerát. Ennek eredményeként, amikor méretének meghatározásakor nanorészecskék, meg kell különböztetni a méretek az egyes részecskék (krisztallitok), és részecskeméret szervezetek.
A különbség az aggregátumok és agglomerációt nincs egyértelműen meghatározva. Úgy tartják, hogy a aggregátumok krisztallitok több szilárdan kötődik és szemcseközi porozitása kevesebb, mint az agglomerátumok.
A probléma társult az aggregáció a nanorészecskék akkor jelentkezik, ha a tömörítés. Például, ha a tömörítés az aggregált port szinterezzük, hogy elér egy bizonyos sűrűségű anyagból igényel a magasabb hőmérsékletű, mint a nagyobb egységek vannak nanorészecske por.
Ebben az összefüggésben a fejlesztési módszerek megszerzésének nanoporok folytatja a keresést intézkedések megszüntetésére vagy csökkentésére a kifejlődött nanorészecskék egyesületek.
Így a módszerek megszerzésének nanoporok kondenzálással a gőzfázisból előnyösnek bizonyult aktuális nanorészecske képződését hőmérséklet-szabályozás.
A kémiai módszerek hatékony kizárása vizet néhány szintézis-lépések csökkentésére az agglomeráció foka.
Eljárásokat is alkalmaznak, hogy csökkentsék az érintkezést a részecskék A bevonat által (encapsulation) [9], amelyet ezután, a tömörítés előtt, eltávolítjuk.
Mindazonáltal, összesítése és agglomerációja nanorészecskék nehéz megszerezni kompakt anyagokat.
Ez megköveteli a nagy mechanikai igénybevétel vagy a hőmérséklet emelkedése (a zsugorított), hogy legyőzzük az erőket az agglomerációs.
Nanaporok és eljárások azok előállítására
Az egyik legfontosabb területeit nanotechnológia -, hogy megkapjuk nanoméretű porok (nanoporok). Megváltoztatása alapvető tulajdonságait hagyományos anyagok nanodiszpergált állapot (leeresztett :. A kezdeti olvadáspontja, hője, ionizációs energia, az elektron kilépési munka, stb) nyit széles körben alkalmazható nanoporok az új anyagok és technológiák, alapvetően új eszközök és berendezések.
Különösen érdekes, hogy a nanopowder társítva alkalmazzák nyersanyagként a termelés kerámia, és a kompozit mágneses anyagok, szupravezetők, napelemek, szűrő, kenőanyag-adalékok, komponensek, alacsony hőmérsékletű forrasztóanyagok és a magas mások.
Kilátásai a használata nanoporok speciális tulajdonságokkal (alacsony szinterezési hőmérséklet (T<100°С), высокая химическая активность, наличие избыточной (запасенной) энергии) связаны с отработкой технологии их получения. Основными являются химические, физические и механические методы.
Kémiai módszerek megszerzésének nanoporok közé, mint egy szabály, különböző folyamatok:
gázfázisú kémiai reakció (redukció, hidrolízis);
Deposition fém-hidroxidok sóoldatok hajtjuk végre, különösen révén kicsapó, amelyeket oldatok a nátrium- és kálium-lúgok. Szabályozása pH és hőmérséklet a megoldás lehetővé teszi, hogy megkapjuk a magas kristályosodási sebessége és biztosítsa a nagymértékben-hidroxid. Gel-módszer porok előállítására a különböző fémek, és a csapadék vizes oldataiból gélek oldhatatlan fémvegyületek.
Recovery és hőbomlási - általában a következő műveletet Kicsapás és szárítás után a ultrafinom oxidok vagy hidroxidok. Attól függően, hogy a termék követelmények gáz alkalmazásával (hidrogén, szén-monoxid) vagy szilárd redukálószerek. A módszer lehetővé teszi, hogy készítsen porok, gömb, tűkristályos, pelyhes, vagy szabálytalan alakú.
Nanaporok Fe, W, Ni, Co, Cu és más fémek kapunk, például redukciójával oxidjaik hidrogénnel. A szén-dioxid-mint szilárd redukálószerek, fémek vagy hidridek.
Fizikai-szintézis módszereit Nanoporok alapulnak a párolgás a fémek, ötvözetek vagy oxidok majd azok kondenzációs hőmérséklet és a szabályozott atmoszférában. Fázisátalakulások pár - folyadék - szilárd vagy gőz - szilárd előforduló reaktor térfogata vagy hűtött szubsztrátumon (falak). A kiindulási anyagot lepároljuk az intenzív hő és egy vivőgázt betápláljuk a reakciótérbe, ahol ki van téve a gyors hűtés. A fűtés révén a plazma, lézer, elektromos ívkemencék, indukciós áramokat stb Attól függően, hogy a fajta a kiindulási anyagok és a kapott terméket bepárlás és a kondenzáció vákuumban végezzük, egy inert gázárammal vagy plazma. A mérete és alakja a részecskék függ a folyamat hőmérséklete, nyomása és összetétele a légkör a reakciótérben. Például, a légkörben hélium részecskék kisebbek, mint a légkörben több mint a sűrű gáz - argon. A módszer lehetővé teszi, hogy porok előállításához Ni, Mo, Fe, Ti, Al, amelynek részecskemérete a tíz nanométer. Ismert eljárás a nanoanyagok elektromos vezetékek robbanás. Egy fém huzal átmérője 0,1-1,0 mm helyezünk a reaktorba az elektródák között, amelyhez egy nagy teljesítményű áramimpulzus 104-106 A / mm2. Ez akkor fordul elő az azonnali fűtés és elpárologtatás vezetékek. scatter fémgőz hűtött és kondenzált. Az eredmény egy nanopowder. A folyamat zajlik atmoszférában hélium vagy argon. Ezen a módon, a fém (Ti, Co, W, Fe, Mo) és az oxid (TiO2, Al2O3, ZrO2) nanoporok részecskékkel legfeljebb 100 nm.
Mechanikai módszerek alapulnak csiszolóanyagok malmokban (labdát, bolygókerekes, centrifugális, vibrációs), pörgettyűs eszközök és simoloyerah attritoros.
Mechanikusan porítottuk fémek, kerámiák, polimerek, oxidok, és egyéb törékeny anyagok, ahol a csökkentési tényező attól függ, hogy a természet. Például, a volfrám és molibdén-oxid részecskék mérete körülbelül 5 nm, vas - a 10-20 nm.
A pozitív oldalon mechanikai módszerekkel - összehasonlító egyszerűség a technológia és berendezések használt, a lehetőséget a csiszoló nagy mennyiségű különböző anyagokat, és így ötvözetporokat.
Hátrányok - a szennyeződésének lehetősége az anyag Csiszolható anyagok, a nehéz megszerzése porok szűk részecskeméret-eloszlás, a bonyolultsága beállító termék összetételét.
Függetlenül attól, hogy az előállítására szolgáló eljárás nanoporok van egy közös jellemzője - a tendencia, hogy aggregátumokat képeznek, és agglomerátumokat. Úgy tartják, hogy a aggregátumok krisztallitok több szilárdan kötődik és szemcseközi porozitása kevesebb, mint az agglomerátumok.
A kémiai módszerek csökkentésére az agglomeráció foka hatékonyan kizárják a vizet néhány a folyamat lépéseit. Eljárásokat is alkalmaznak, hogy csökkentsék az érintkezést a részecskék révén kapszulázási.
A fenti tendencia a nanorészecskék nehéz megszerezni kompakt anyagokat. Különösen, hogy legyőzzük az erőket az agglomeráció, megköveteli a nagy mechanikai erők vagy növeli a szinterelés hőmérsékletét.
Figyelembe véve a fent említett jellemzők már kidolgozott előállítási módszerét nanoporok újdonság, amely alkalmazni a szabályozott elpárologtatással nyersdarabok a reaktorban a kombinált koherens polikromatikus fűtőelem (lézerfény-emitter és zafír) (2. ábra).
1 - koherens energiaforrás (lézer)
2 - többszínű emitter
3 - fűtendő anyag
5 - kezelt területen.
A módszer abban áll, melegítésével egy korlátozott része a felületi réteg részek a műanyag állami és helyi átadását fém segítségével egy speciális eszköz, a folyamatba épített áramkör.
Javasolt energiatakarékos módszer alapján folyamatok megszerzésére irányuló helyi módosítása nanoporok felületi rétegek különböző komponensek. Használata keverőeiemet folyamat, és átfedő több menetben (ábra. 2) lehet alkalmazni, hogy részei Nanoporok részleteit bármilyen kívánt méretű, míg elérése az őrlés szemek alapjául szubmikron és nanoméretű szinten. Ez viszont lehetővé teszi, hogy egy előre megadott súrlódási együttható a helyi (munka) nak és a részleteket 2-3-szeres növekedés kopófelületet teherbírású termékeket. Amint azt a vizsgálatok, hogy megszüntesse vagy csökkentse a kifejlődött az egyesülési nanorészecskék és leküzdeni megnyilvánult a saját tömörítés problémák a módszerek megszerzésének nanoporok PVD-eljárás megköveteli a pontos hőmérséklet-szabályozás. Különösen, a préselés közben a aggregált por szinterelést hogy optimális sűrűségű anyag helyi kikalapálás felületei kopó alkatrészek FSP-által a folyamat hőmérséklete nagyobb legyen, a nagyobb a Szövetség a nanorészecskék a por.
Hibrid lézer-fény feldolgozási technika a lehetőséget, hogy programozza a hőmérséklet a munkadarab egy adott pontján valós időben, és ezzel egyidejűleg integrálása révén az lézerfény fűtés és javított teljesítmény eléréséhez a folyamat megszerzése nanoporok előre meghatározott mérettartományban.