Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Publicēts http://www.allbest.ru/

Nanomateriāli

Ja, samazinot kādas vielas tilpumu pa vienu, divām vai trim koordinātām līdz nanometru skalai, parādās jauna kvalitāte vai šī kvalitāte parādās šādu objektu sastāvā, tad šie veidojumi klasificējami kā nanomateriāli un tehnoloģijas. to ražošanai un turpmākajam darbam ar tiem _ uz nanotehnoloģiju. Lielākā daļa jauno fizikālo parādību nanomērogā izriet no daļiņu (elektronu utt.) viļņu rakstura, kuru uzvedība atbilst kvantu mehānikas likumiem. Vienkāršākais veids, kā to izskaidrot, ir pusvadītāju piemērs. Kad vienā vai vairākās koordinātēs izmēri kļūst par de Broglie lādiņa nesēju viļņa garumu vai mazāki par to, pusvadītāju struktūra kļūst par rezonatoru un lādiņu nesēju spektrs kļūst diskrēts. Tas pats ir ar rentgena spoguļiem. Slāņu biezums, kas spēj fāzē atspoguļot rentgena starojumu, ir nanometru diapazonā. Citos gadījumos jaunas kvalitātes rašanās var būt saistīta ar mazāk acīmredzamām parādībām. Šķiet, ka šī pieeja ļauj iegūt diezgan pilnīgu priekšstatu par nanomateriāliem un iespējamām to izmantošanas jomām.

Pusvadītāju nanostruktūras

Izmantojot "joslu inženierijas" un "viļņu funkciju inženierijas" metodes, ir iespējams konstruēt kvantu izmēra struktūras ar noteiktu elektronisko spektru un nepieciešamajām optiskajām, elektriskajām un citām īpašībām. Tāpēc tie ir ļoti piemēroti instrumentu lietojumiem. nanomateriāli pusvadītāju molekulārie magnētiskie

Kvantu akas.Šis termins apzīmē sistēmas, kurās notiek lādiņnesēju kustības dimensijas kvantēšana vienā virzienā. Sākotnēji galvenie kvantu urbumu pētījumi tika veikti silīcija MOS tranzistoru inversijas kanālos, vēlāk un līdz pat mūsdienām plaši tiek pētītas kvantu urbumu īpašības heterostruktūrās. Galvenās fizikālās parādības kvantu akās: elektroniskā spektra dimensiju kvantēšana, kvantu Hola efekts (vesels skaitlis un daļskaitlis), ar īpašu sagatavošanu, ļoti augsta elektronu mobilitāte. Galvenās metodes kvantu urbumu iegūšanai uz heterostruktūrām ir metālu-organisko gāzu epitaksija un molekulārā stara epitaksija.

Ierīču pielietojums: augstfrekvences lauka efekta tranzistori ar augstu elektronu mobilitāti, pusvadītāju heterolāzeri un gaismas diodes no tuvās IS līdz zilai gaismai, tālo infrasarkano staru lāzeri, vidējas IR parametriskās gaismas avoti, vidējas IR fotodetektori, tālu IR piedevu fotodetektori, tālu infrasarkano staru detektori uz kvantu Hola efektu, modulatori tuvējā IR diapazonā.

Kvantu vadi _ tās ir sistēmas, kurās lādiņnesēju kustība tiek kvantēta divos virzienos. Pirmie kvantu vadi tika izgatavoti, izmantojot kvantu akas, radot potenciālu reljefu, izmantojot divus vārtus, kas atrodas virs kvantu akas. Fizikālās pamata parādības kvantu vados: vadītspējas kvantēšana, cieši korelēta elektronu transportēšana. Pamatmetodes kvantu vadu ražošanai ir tādas pašas kā kvantu urbumiem, kā arī precīzas kodināšanas vai īpašu vārtu izmantošana. Vēl nav nevienas ierīces lietojumprogrammas.

Kvantu punkti _ nanoobjekti, kuros lādiņnesēju kustība tiek kvantēta visos trīs virzienos. Viņiem ir diskrēts enerģijas spektrs (mākslīgais atoms). Fizikālās pamatparādības kvantu punktos: viena elektrona un viena fotona parādības. Ražošanas metodes ir tādas pašas kā kvantu urbumiem, taču režīmi nedaudz atšķiras, ja notiek spontāna kvantu punktu augšana saskaņā ar Stranski-Krastanova mehānismu. Vai arī izmantojot precīzu litogrāfiju, lai izveidotu kvantu punktus no kvantu urbumiem.

Ierīču pielietojums: Tuvo infrasarkano staru lāzeri un gaismas diodes, vidējas IR fotodetektori, viena fotona detektori, viena fotona ģeneratori, viena elektrona tranzistori.

Konstrukcijas ar tunelim caurspīdīgām barjerām(kvantu aku sistēmas un superrežģi). Galvenās fiziskās parādības šādās sistēmās ir: rezonanses tunelēšana; minijoslas spektra veidošanās virsrežģī _ periodiskas sistēmas, kurā ir daudzas kvantu akas, kas atdalītas ar tuneļiem caurspīdīgām barjerām; nelineāro elektrisko un optiskās parādības superrežģos. Šo struktūru audzēšanas metodes ir tādas pašas kā kvantu urbumiem.

Ierīču pielietojums: rezonanses tuneļdiodes (ģeneratori un mikseri gigahercu un terahercu diapazonā); jaudīgi ģeneratori un mikseri uz superrežģiem: vidēja un tālā IR diapazona kaskādes lāzeri.

Fotoniskie kristāli _ sistēmas, kurās fotoniem ir frekvenču joslas spektrs. Pamata fizikālās parādības: gaismas caurlaidības (pilnīgas atstarošanas) trūkums noteiktā frekvenču diapazonā, rezonanses fotoniskie stāvokļi. Fotonisko kristālu izgatavošanai ir vairākas metodes, taču tās visas joprojām ir nepilnīgas.

Iespējamie instrumentu pielietojumi: efektīvi lāzeri ar zemu sliekšņa strāvu, gaismas plūsmas kontroles sistēmas.

Magnētiskās nanostruktūras

Ultraplānas plēves nogulsnēšanas un nanolitogrāfijas metožu izstrāde pēdējā desmitgadē ir novedusi pie aktīvas magnētisko nanostruktūru izpētes. Šīs aktivitātes stimuls ir ideja radīt jaunus magnētiskus nanomateriālus īpaši blīvai informācijas ierakstīšanai un uzglabāšanai. Tiek pieņemts, ka katra daļiņa nes vienu informācijas bitu. Ja attālums starp daļiņām ir 100 nm, tad paredzamais ieraksta blīvums ir 10 Gbit/cm 2 . Šīs pieejas ierakstīšanas blīvuma galvenie ierobežojumi ir daļiņu magnetostatiskā mijiedarbība un ievērojamas termiskās svārstības. Pēdējiem ir ievērojama specifika mazām feromagnētiskajām daļiņām, kas izpaužas kā eksponenciāls magnetizētā stāvokļa sabrukšanas varbūtības pieaugums, samazinoties daļiņu izmēram (superparamagnētisms).

Milzīgās magnētiskās pretestības efekta atklāšana ir jāatzīst par sasniegumu nanomateriālu magnētisma izpētē. Efekta būtība ir ļoti plānu feromagnētisko un diamagnētisko slāņu daudzslāņu struktūras pretestības izmaiņas (vairāku desmitu procentu apmērā) (piemēram, Co/Cu), kad feromagnētiskā secība struktūrā mainās uz antiferomagnētisko. Var teikt, ka šādas daudzslāņu struktūras ir jauna veida feromagnētiskā domēna struktūra, kurā feromagnētiskās plēves spēlē domēnu lomu, bet diamagnētiskās plēves darbojas kā domēna sienas. Šis efekts tiek izmantots jaunu sensoru izveidē magnētiskais lauks, kā arī izstrādājot vidi īpaši blīvai informācijas ierakstīšanai.

Turpmāka virzība uz maza izmēra reģionu noveda pie jaunas parādības atklāšanas: magnētiskā momenta tunelēšana īpaši mazās feromagnētiskās daļiņās. Šajā nanomateriālu grupā ietilpst mākslīgie kristāli, kas satur magnētiskas kopas Mn 12 un Fe 3. Šādu kopu magnētiskais moments ir vienāds ar 10 Bora magnetoniem, t.i. ieņem starpstāvokli starp atomu un makroskopisko daļiņu magnētisko momentu. Kristālā nav apmaiņas mijiedarbības starp kopām, un magnētiskā anizotropija ir ļoti augsta. Tādējādi klasteros parādās kvantu pāreju iespēja starp magnētiskā līdzsvara stāvokļiem. Šo procesu izpēte šķiet interesanta un svarīga no kvantu datoru elementārās bāzes izstrādes viedokļa.

Divdimensiju daudzslāņu struktūras, kas izgatavotas no nanometru biezām plēvēm

Šajā gadījumā mēs uzskatām tādas materiālu kombinācijas, kas nodrošina spēcīgāko elektromagnētisko viļņu atstarošanu. Starojuma viļņa garums, kas efektīvi mijiedarbojas ar daudzslāņu struktūru, un tā periods ir saistīts ar sakarību, kur _ ir krītošā staru kūļa slīpuma leņķis. Viļņu garumu diapazons, kurā šo ierīču izmantošana ir efektīva, sniedzas no ekstremāla ultravioletā starojuma (nm) līdz cietajiem rentgena stariem (nm), t.i. diapazons, kurā garākie viļņi ir 6000 reižu garāki nekā īsākie. Redzamajai gaismai šī attiecība ir ~2. Attiecīgi arī dabas parādību skaits, kuru fiziskās izpausmes atrodas šajā spektrālajā apgabalā, ir vienlīdz liels.

Struktūras ir mākslīgi viendimensionāli kristāli, kas izgatavoti no nanometru biezām plēvēm, un papildus iespējai tos izmantot starojuma kontrolei atkarībā no slāņa materiāliem (dielektriķis, pusvadītājs, metāls, supravadītājs), tie var interesēt arī citus fiziski pielietojumi. Tādējādi, ja viens no daudzslāņu nanostruktūru materiāliem ir supravadītājs, tad šī ir vairāku absolūti identisku Džozefsona savienojumu sistēma, kas savienota virknē. Ja metāls mijas ar pusvadītāju, tā ir sērijveidā savienotu Šotkija diožu sistēma.

Diapazona 0,01-0,02 nm īsākā viļņa garuma daļā rentgenstaru spoguļi ļauj fokusēt sinhrotronu vai rentgenstaru lampu starojumu uz pētāmajiem objektiem vai veidot paralēlus starus. Jo īpaši to izmantošana palielina rentgenstaru lampu efektivitāti 30-100 reizes, kas ļauj aizstāt sinhrotronu starojumu vairākos bioloģiskos, strukturālos un materiālu zinātnes pētījumos. Apmēram tajā pašā diapazonā atrodas augstas temperatūras plazmas (lāzera un TOKAMAK) starojums. Šeit spoguļi ir atraduši pielietojumu kā izkliedējoši elementi spektrālajos pētījumos.

0,6-6 nm diapazonā atrodas gaismas elementu raksturīgais starojums no bora līdz fosforam. Šeit rentgenstaru spoguļi tiek izmantoti arī, lai pētītu spektru instrumentos materiālu elementu analīzei.

Rentgenstaru daudzslāņu optika tiek plaši izmantota filtrēšanai un polarizācijas kontrolei sinhrotronu avotos. 10-60 nm apgabalā ir saules plazmas emisijas līnijas. Kosmiskā teleskopa lēcas, kas izgatavotas no rentgenstaru spoguļiem, joprojām atrodas orbītā un regulāri pārraida uz Zemi Saules attēlus Fe IX_Fe XI (17,5 nm) un He II (30,4 nm) līnijās.

Īpašu vietu ieņem daudzslāņu spoguļu izmantošana mikroelektronikas tehnoloģijās. Mēs esam liecinieki un piedalāmies lielākajā attīstībā cietvielu elektronikas jomā: pāreja uz viļņu garumiem, kas ir vairāk nekā 10 reizes īsāki (no 157 nm līdz 13 nm) litogrāfijā, process, kas rada modeļus uz pusvadītāju ierīcēm un integrālajām shēmām. Tas ir starojuma viļņa garums, ko izmanto, lai izveidotu modeli, kas ir atbildīgs par tā minimālo elementu izmēriem. Līdz šim litogrāfisko iekārtu radiācijas viļņa garuma izmaiņas no paaudzes paaudzē nav pārsniegušas 25%. Tajā pašā laikā 10 reizes tiek palielinātas prasības visu optisko elementu un regulēšanas un ekspozīcijas mehānismu izgatavošanas precizitātei. Faktiski tas nozīmē visu apstrādes tehnoloģiju pāreju uz atomu precizitāti. Nepiedalīšanās šajā procesā var atstāt valsti pagātnes civilizācijā.

Molekulārās nanostruktūras

Organiskie materiāli pēdējā laikā ir intensīvi iesaistīti nanotehnoloģijās gan kā neatņemami tehnoloģiskā procesa dalībnieki (piemēram, nanolitogrāfijā), gan kā neatkarīgi objekti un ierīces tā dēvētajā molekulārajā elektronikā.

Organiskās pasaules daudzveidība ir labi zināma (apmēram 2 miljoni sintezētu savienojumu, un šis skaits nepārtraukti pieaug) - no “daļēji neorganiskiem” kompleksiem (oglekļa kopas, metālorganiskie materiāli) līdz bioloģiskiem objektiem (DNS, hemes). No nanotehnoloģiju un molekulārās elektronikas materiālu viedokļa var aptuveni izšķirt trīs galvenās klases: polimērus, molekulāros mezglus (molekulāras mezglus, pašsagregētās sistēmas) un atsevišķas molekulas: pēdējās sauc arī par “gudrajām” vai “funkcionālajām”. molekulas.

Pirmā klase ir pētīts visilgāk un, ņemot vērā kopējo darbu apjomu, iespējams, visintensīvāk. Turklāt dažādu poli- un oligomēru dielektriskās, optiskās un luminiscējošās īpašības jau tiek plaši izmantotas tehnoloģijā un elektronikā, tās ir vistuvākās tirgum un ekonomiskajam efektam.

Otrā klase _ nanometru lieluma molekulārie mezgli ir pētīti salīdzinoši nesen. Tajos ietilpst, piemēram, agregāti, kuru pamatā ir porfirīni (ieskaitot hlorofilu) un citas amfifilas molekulas, kas iegūtas no šķīdumiem. Supramolekulārā (t.i. supramolekulārā, hierarhiskā) organizācija ir sarežģīta un interesanta, tās izpēte un saistība ar (foto)elektriskajām īpašībām izgaismo bioloģiskos un dabiskos procesus (šūnu transportu, fotosintēzi). Atklāta šādu sistēmu jutība un, galvenais, unikāla selektivitāte pret ārējām ietekmēm (gaisma, atmosfēra, vibrācija), kas ļauj tās izmantot dažādos sensoros, arī tajos ar jauktu elektronu jonu vadītspēju. Tiek pētīti nanoizmēra molekulārie stieņi un stieples, tostarp kā saskarne starp neorganiskiem materiāliem (piemēram, diviem metāla elektrodiem). Paredzams, ka ar laiku notiks integrācija ar klasisko instrumentu bāzi.

Kopumā sistēmas, kas veidotas galvenokārt uz Van der Waals vai ūdeņraža saitēm, ir ļoti daudzsološs objekts no cietvielu dizaina viedokļa ar diviem brīvības līmeņiem: intramolekulāra struktūra, kuru var modificēt (mainīt sintēzes laikā) un kas ir atbildīga, piemēram, gaismas absorbcijai vai emisijai; starpmolekulārā struktūra, kas var mainīties kristāla augšanas laikā (plēve, epitaksiskais slānis), un kas ir atbildīga par fāzes parādībām, lādiņnesēju transportu un magnētiskajām īpašībām. Piemēram, vara ftalocianīns un perifēriski fluorētais vara ftalocianīns ir strukturāli izomorfi, bet ir attiecīgi - un - tipa pusvadītāji. Pašlaik tiek intensīvi pētīti pilnīgi organiski rektifikācijas savienojumi, kuru pamatā ir vakuuma pārklājuma slāņi. Tajā pašā laikā ftalocianīna plēvju dopings ar spēcīgu akceptoru (piemēram, jodu) maina fāzes struktūru, līdz tiek iegūta kvazi-viendimensionāla metāla vadītspēja.

Svarīgu grupu veido arī pašsamontēti monoslāņi (SAM), kuru pamatā ir dažādas struktūras organiskās molekulas vai ķēdes, kas tiek pētīti kā perspektīvi caurlaidīgi materiāli litogrāfijā un elektriskās pārneses pētīšanai pa molekulas saskarnes kontūru. Sākas trešā klase. šeit.

Trešā klase jeb organisko materiālu izmantošanas metode nanotehnoloģijā ir jaunākā. Tas ir tas, ko Rietumu konkursos sauc par jaunām vai futūristiskām tehnoloģijām. Ja šķidro kristālu displeji, CD-R tehnoloģijas, fotokonverteri, sensori un citas ierīces, kuru pamatā ir organiskie materiāli, ir labi zināmi un pakāpeniski (kaut arī lēnām _ saprotamā bremzēšanas dēļ no jau plaši ieguldītās un reklamētās “silīcija” un GaAs prioritātes) nonāk tirgū, tad vienas molekulas ierīču (ierīču) reālajā ražošanā nav. Turklāt, ja klasisko organisko cieto vielu (molekulāro kristālu) makroskopiskajām īpašībām ir apmierinošs teorētiskais apraksts, tad vienmolekulārajās ierīcēs sagaidāmie procesi ir redzami daudz mazāk skaidri. Visvienkāršākā pieeja: mēs ņemam noteiktu molekulu, kas ir labi sakārtota kvantu sistēma, izgatavojam tai elektrodus un iegūstam, piemēram, diodi. Šeit uzreiz rodas daudz jaunu jautājumu. Jo īpaši metāla/molekulāra pusvadītāju saskarne pat makro līmenī ir ļoti nenoteikta.

Tomēr šajā klasē ir sagaidāmi patiesi “nanomēroga” efekti. Tiek projektētas molekulārās nanomašīnas un nanomotori (rotori), dinamiskie molekulārie slēdži, enerģijas transportieri, atpazīšanas un informācijas uzglabāšanas ierīces. Tiek uzlabotas zondes mikroskopijas metodes, lai pētītu nesēja injekciju un tuneļu strāvu atsevišķās molekulās.

Tomēr nevajadzētu aizmirst, ka starp galvenajām organisko vielu priekšrocībām (ja ne vissvarīgākajām) ir zemās izmaksas un pieejamība. Sarežģītā jaunu savienojumu sintēze padara tos gandrīz dārgākus par augstas tīrības neorganiskām vielām, tāpēc lielākās praktiskās perspektīvas ir plaši izplatītu un pētītu (vairāk vai mazāk) savienojumu ar augstu stabilitāti un spēju integrēties izpēte un modificēšana (optimizācija). (ne obligāti) attīstītajos tehnoloģiskajos procesos. Slavenākie ir ftalocianīni, fullerēni, politiofēni un poliarēni.

Fullerēnam līdzīgi materiāli

Grafīts, dimants un mazāk pazīstamais karbīns jau sen tiek uzskatīti par galvenajiem oglekļa alotroniskajiem stāvokļiem. Tos izmantoja daudzās rūpniecības un tehnoloģiju nozarēs, tostarp mikro- un optoelektronikā. 10 gadus pirms 20. gadsimta beigām jaunas oglekļa molekulārās formas - fullerēni un fullerēnam līdzīgas atsevišķas vielas un materiāli - vispirms tika atklātas kosmosā un pēc tam iegūtas laboratorijā. Pagājušā gadsimta beigās par fullerēniem (to ražošanu, pētniecību un pielietojumu) katru gadu tika izdotas līdz pat 1000 un vairāk publikāciju. Ir atklāts, ka fullerēna struktūru pašorganizēšanās notiek visur: kosmosā, dabas procesos uz Zemes, rūpnieciskajos procesos (melnajā metalurģijā), laboratorijās. Šo materiālu īpašības un struktūra ir tik daudzveidīga un interesanta, ka fullerēna materiālus sāk plaši izmantot rūpniecībā: no mikro- un nanoelektronikas līdz efektīvām zālēm.

Iegūtie un pašlaik pētītie fullerēna materiāli ir šādi:

? Fullerēni. Tie veido molekulāri kristāliskas cietvielas, bieži vien to molekulu lielā izmēra un augstās simetrijas dēļ - plastmasas kristālus bez kušanas temperatūras. Tos veido molekulas, kas veidotas kā sfēras vai elipses, lai gan ir iespējamas arī citas kombinācijas (puslodes ar oglekļa cilindriem). Iespējamas daudzslāņu sfēras vai elipses (“oolitiskas” vai “sīpolu” struktūras). Fullerēnu galvenā pārstāvja molekulu izmērs ir 1 nm, un šķīdumā molekulām ir Brauna daļiņas īpašības;

Oglekļa nanocaurules. Tās veidotas no dažādos virzienos velmētām grafīta plaknēm un galos noslēgtas ar tīklveida oglekļa puslodēm. Šādas "grafīta" nanocaurules var būt vienas sienas vai daudzsienu. Pēdējos ar oksidēšanu un kodināšanu var pārveidot par viena slāņa. Oglekļa nanocaurulēm var būt zari un līkumi. Šajā gadījumā tie zaudē savu sākotnējo “grafīta” struktūru un netiek saukti par “grafītu”. Vienas sienas nanocaurules diametrs ir no 1 līdz 10 nm un garums ir 100-1000 nm vai vairāk, savukārt daudzsienu nanocauruļu diametrs un garums ir 10-100 reizes lielāks. Cietvielas var veidoties no nanocauruļu kūlīšiem vai kolineāriem (bet īsākiem) veidojumiem;

Pildīti fullerēni (endo-atvasinājumi). Pildījums var būt inertu vai citu gāzu molekulas, mazas organiskas un neorganiskas molekulas, metālu atomi (sārmu, sārmzemju, lantanīda u.c.). Neskatoties uz grūtībām iegūt šādus atvasinājumus un zemo iznākumu, to raksturīgās īpašības liek izpētīt to sintēzi un iespējamos pielietojumus. Šiem atvasinājumiem parasti ir ārkārtīgi zems jonizācijas potenciāls salīdzinājumā ar metāliem, un šķiet, ka tiem piemīt metāliskas īpašības;

Piepildītas oglekļa nanocaurules. Papildus iepriekšminētajam pildījumam var izmantot mazāka diametra fullerēnus;

Neorganiskās nanocaurules (u.c.).

Patentu literatūra un fullerēnam līdzīgu materiālu pielietojumi ir ļoti dažādi. Fullerēnam līdzīgiem materiāliem ir vairākas ievērojamas īpašības, tostarp ķīmiskā izturība, augsta izturība, stingrība, stingrība, siltumvadītspēja un (varbūt vissvarīgākais) elektriskā vadītspēja. Atkarībā no molekulārās simetrijas smalkajām iezīmēm fullerēni un nanocaurules var būt izolatori, pusvadītāji, metāla vadītspēja un augstas temperatūras supravadītspēja. Šīs īpašības apvienojumā ar nanomēroga ģeometriju padara tos par gandrīz ideāliem _ varbūt pat unikāliem _ materiāliem elektrisko vadu, supravadītāju savienojumu vai veselu ierīču ražošanai, ko var pamatoti saukt par molekulārās elektronikas produktiem. Dažādu shēmu elementu ķīmisko salikšanu veicina fullerēna īpašības, kas var veidot jonus no +6 līdz _6 un dažādās matricās _ saites ar donoriem, akceptoriem, brīvajiem radikāļiem un joniem. Fullerēnus var izmantot arī, lai izveidotu molekulāro optoelektroniku femtosekundes optiskās šķiedras informācijas pārraidei. Fullerēnu polimerizācija elektronu staru vai jonizējošā iedarbībā ļauj iegūt jaunas paaudzes rezistentus.

Oglekļa nanocaurules tiek izmantotas kā adatu zondes skenēšanas zondes mikroskopos un lauka emisijas displejos, augstas stiprības kompozītmateriālos un elektroniskās ierīcēs ar īsu nanocauruļu ķēdēm, kuras tiek manipulētas un samontētas. Fullerēna materiālu molekulārā būtība ļauj izstrādāt ķīmisku stratēģiju šo elementu salikšanai izmantojamās struktūrās, materiālos un, iespējams, pat molekulārās elektroniskās ierīcēs.

Strukturālie nanomateriāli

Mūsdienu konstrukcijas materiālu izmantošanu parasti ierobežo fakts, ka stiprības palielināšanās noved pie elastības samazināšanās. Dati par nanokompozītiem liecina, ka konstrukcijas elementu samazināšana un padziļināta deformācijas procesu fizikas izpēte, kas nosaka nanostrukturētu materiālu plastiskumu, var novest pie jauna veida materiālu radīšanas, kas apvieno augstu izturību un elastību.

Pēdējos gados veikto pašmāju un ārvalstu pētījumu analīze liecina par šādu galveno strukturālo materiālu izstrādes virzienu solījumu: precīzas formas nanostrukturētu keramikas un kompozītmateriālu ražošana, nanostrukturētu cieto sakausējumu radīšana griešanas materiālu ražošanai. instrumenti ar paaugstinātu nodilumizturību un triecienizturību, nanostrukturētu aizsargājošu termiski un korozijizturīgu pārklājumu izveide, ar nanodaļiņām pildītu polimēru kompozītmateriālu izveide un nanocaurules ar paaugstinātu izturību un zemu uzliesmojamību.

Laboratorijas pētījumos tika iegūti izstrādājumu paraugi, kas izgatavoti no nanofāzes keramikas (blīvums 0,98-0,99 līmenī no teorētiskās vērtības), kuru pamatā ir alumīnija oksīdi un vairāki pārejas metāli. Eksperimentāli ir apstiprināts, ka blīvai nanostrukturētai keramikai ir salīdzinoši neliela palielinājusies plastiskums augstas temperatūras Ak. Plastiskuma palielināšanos līdz ar daļiņu izmēra samazināšanos izraisa nanokristālisko graudu bīdes kustība vienam pret otru, kad tiek pielietota slodze. Šajā gadījumā starpgranulārās saites pārrāvuma neesamība ir izskaidrojama ar efektīvu atomu difūzijas pārnesi daļiņu virsmas slānī. Nākotnē palielināta plastiskums nozīmē keramikas un kompozītmateriālu izstrādājumu superplastiskas formēšanas iespēju, kas novērš nepieciešamību pēc darbietilpīgas un enerģiju patērējošas augstas cietības materiālu apdares apstrādes.

Pēdējos gados ir īpaši izstrādāti nanokompozītu metālkeramikas materiāli, kuru pamatā ir nodilumizturība, izturība un triecienizturība, un tie ir ievērojami labāki par analogiem ar parasto mikrostruktūru. Nanokompozītmateriālu paaugstinātās veiktspējas īpašības ir saistītas ar specifisku vienlaidu vītnēm līdzīgu struktūru veidošanos, kas veidojas dažādu fāžu nanodaļiņu trīsdimensiju kontaktu rezultātā. Nanokompozītu izstrādājumu radīšanas tehnoloģijas izstrāde un ieviešana rūpnieciskajā ražošanā palīdzēs atrisināt augstas kvalitātes griezējinstrumentu ražošanas problēmu.

Nanostrukturētu pārklājumu izturības pret koroziju palielināšanās, pirmkārt, ir saistīta ar piemaisījumu īpatnējās koncentrācijas samazināšanos uz graudu virsmas, samazinoties to izmēriem. Tīrāka virsma nodrošina vienmērīgāku graudu robežu morfoloģiju un augstāku izturību pret koroziju. Nanostrukturētajiem pārklājumiem ir raksturīga īpaši augsta izturība. Viens no galvenajiem stiprināšanas mehānismiem ir saistīts ar dislokāciju uzkrāšanās efektu šķēršļu tuvumā, kas, graudu izmēram samazinoties, ir to robežas. Svarīga priekšrocība pārklājumiem ar nanomēroga struktūru ir spēja samazināt tajos atlikušos spriegumus to palielinātās plastiskuma dēļ, kas ļauj izgatavot milimetru biezuma pārklājumus.

Neorganisko pildvielu izmantošana no nanoizmēra pulveriem, kas izkliedēti polimēru matricā, var ievērojami palielināt plastmasu ugunsizturību, kas ir viens no galvenajiem trūkumiem, izmantojot tos kā strukturālos materiālus, jo polimēru sadegšanas produkti parasti ir toksiskas vielas. Pētījumu rezultāti liecina, ka uzliesmojamības samazināšanos var panākt, līdz liesma pati nodziest. Tajā pašā laikā nano izmēra pulvera pildvielas nesamazina materiālu mehānisko izturību un apstrādājamību. Polimēru nanokompozītiem ir augsta ablācijas pretestība, kas paver perspektīvas to izmantošanai, lai aizsargātu augstām temperatūrām pakļauto izstrādājumu virsmu.

Ievietots vietnē Allbest.ru

...

Līdzīgi dokumenti

Nanomateriālu iegūšanas metodes. Nanodaļiņu sintēze amorfās un sakārtotās matricās. Nanodaļiņu ražošana nulles un viendimensijas nanoreaktoros. Strukturālā tipa ceolīti. Mezoporainie aluminosilikāti, molekulārie sieti. Slāņaini dubulthidroksīdi.

kursa darbs, pievienots 12.01.2014


Toksicitātes jēdziens un nanotehnoloģijas. Nanomateriālu izmantošanas priekšrocības un trūkumi. Laboratorijas pētījumi par nanomateriālu toksicitāti. Pētījumi par nanomateriālu toksicitāti uz dzīviem organismiem. Nanomateriālu pielietojums medicīnā.

abstrakts, pievienots 30.08.2011


Gāzes sensoru pielietojums automātiskajās ugunsgrēka signalizācijas sistēmās. Nanodaļiņu un nanomateriālu galvenie posmi. Nanomateriālu mehāniskās īpašības. Micelārie un polimēru gēli. Sol-gēla metode plānu kārtiņu sintēzei ar metālu sāļiem.

kursa darbs, pievienots 21.12.2016


Krāsaino metālu klasifikācija, pielietojuma un apstrādes īpatnības. Efektīvas metodes krāsaino metālu aizsardzībai pret atmosfēras koroziju. Alumīnijs un alumīnija sakausējumi. Metāla vadītāju un pusvadītāju materiāli, magnētiskie materiāli.

kursa darbs, pievienots 09.02.2011


Nanotehnoloģiju rašanās un attīstība. vispārīgās īpašības konsolidēto materiālu tehnoloģijas (pulverveida, plastiskā deformācija, kristalizācija no amorfā stāvokļa), polimēru, porainu, cauruļveida un bioloģisko nanomateriālu tehnoloģijas.

abstrakts, pievienots 19.04.2010


Krāsaino metālu klasifikācija, to apstrādes īpatnības un pielietojuma jomas. Alumīnija ražošana un tās īpašības. Elektrisko materiālu klasifikācija. Enerģijas atšķirība starp metāla vadītājiem un pusvadītājiem un dielektriķiem.

kursa darbs, pievienots 05.12.2010


Siltumizolācijas materiālu un izstrādājumu klasifikācija un pamatīpašības. To raksturojums atsevišķas sugas radīts uz sintētisku izejvielu bāzes. Ēku ārsienu siltuma pārneses pretestība. Metodes ļoti porainas materiālu struktūras iegūšanai.

abstrakts, pievienots 01.05.2017


Mūsdienīgu plānu plēvju ražošanas iekārtu apskats. Magnetronu materiāli un konstrukcijas plānu kārtiņu jonu izsmidzināšanai. Oratorija-5 instalācijas darba kameras mērķis, konstrukcijas elementi. Pamata darbības traucējumi, to novēršanas metodes.

kursa darbs, pievienots 24.03.2013


Nogulsnēšanās apstākļu ietekme uz kobalta plēvju struktūru, elektriskām un magnētiskajām īpašībām. Kobalta plēvju rentgena struktūras pētījumi. Nogulsnēšanās apstākļu ietekme uz virsmas morfoloģiju un plēves biezumu. Iekārtu nolietojuma izmaksas.

diplomdarbs, pievienots 24.07.2014


Cietie sakausējumi un īpaši cietie kompozītmateriāli: instrumentāli, strukturāli, karstumizturīgi; to īpašības un pielietojums. Sakausējumu tehnoloģijas pilnveidošana, moderna attīstība bezvolframa minerālkeramikas savienojumu ražošanā.

Izgudrojums attiecas uz nanomateriālu ražošanas metodi. Metode ietver elektriskās izlādes pielietošanu elektrodam ūdens elektriski vadošā vidē. Šajā gadījumā vismaz divi elektrodi izgatavoti no dažādi materiāli. Ķīmiskais sastāvs viens no elektrodiem, kuram ir mazāks kontakta laukums ar elektriski vadošo vidi, atbilst vajadzīgajam iegūtā nanomateriāla sastāvam. Lai iegūtu nanomateriālu, minētais elektrods tiek pakļauts elektriskās izlādes iedarbībai ar īpatnējo jaudu 0,1-0,9 kVA/cm 2 istabas temperatūrā un atmosfēras spiedienā, veidojot stacionāru plazmas izlādi, veidojot nanomateriālu. Tehniskais rezultāts ir vienkāršība, metodes pieejamība un lēts aprīkojums. 3 ill., 2 ave.

Tehnoloģiju joma

Izgudrojums attiecas uz nanomateriālu ražošanas jomu no elektrību vadošiem materiāliem, kurus var izmantot enerģētikā, metalurģijā, leģēto pulvertēraudu ražošanā, ķīmiskajā un biomedicīnas rūpniecībā, detaļu ar elektriski vadošām īpašībām ražošanai.

Iepriekšējā Art

Ir zināma metode, izmantojot koncentrētas enerģijas plūsmas, piemēram, elektriskā loka erozija grafīta stieņam ar šķērsgriezumu 30...160 mm 2 pie strāvas blīvuma 80-200 A/cm 2 un I = 20-28 V hēlija atmosfērā pie P = 40-100 torr (izgudrojuma patents RF Nr. 2196731, 2000).

Ir zināma metāla mērķa lāzerablācijas metode (Kozlovs G.I. “Vēstules ISTF”, 2003, 29. sēj., 18. izdevums, 88.-94. lpp.). Lāzera apstarošanas ietekmē atomi un kopas iztvaiko no virsmas un pēc tam kondensējas nanodaļiņās.

Zināmās metodes ietver augstas temperatūras, zema spiediena radīšanu un sarežģītu, enerģiju patērējošu iekārtu izmantošanu.

Ir arī zināma metode šķidruma pakļaušanai sonoplazmas izlādei, ko ierosina ultraskaņas lauks, ko raksturo tilpuma mirdzums visā telpā starp elektrodiem, kas iegremdēti šķidrā daudzfāzu vidē. Nanomateriālu sintēze ar zināmu metodi tiek realizēta, pateicoties šādas daudzfāzu vides sadalīšanās (Abramov V.O. et al. “Fizikāli ķīmiskie procesi sonoplazmas izlādē”, Materials Science, Nr. 7, 2010). Instalācija sonoplazmas tehnoloģijai nanomateriālu sintēzei, kuras pamatā ir plaši pazīstama metode (Krievijas Zinātņu akadēmijas Vispārējās ekonomikas institūta Ultraskaņas tehnoloģiju laboratorija) darbojas frekvenču diapazonā 21,0-26,0 kHz ar sonoplazmas izlādes sadegšanas spriegumu 30 -400V.

Tuvākā zināmā nanomateriālu ražošanas metode, kas ņemta par prototipu, ietver elektriskās izlādes darbību uz elektrodu ūdens elektriski vadošā vidē, ko raksturo impulsu elektriskās izlādes izmantošana ūdens šķīdumos nanomateriālu iegūšanai un to izmantošana ūdens attīrīšanai. (N.B. Danilenko et al. “ Impulsu elektrisko izlāžu izmantošana ūdens šķīdumos nanomateriālu ražošanai un to izmantošana ūdens attīrīšanai”, Nanotehnikas žurnāls Nr. 4(8), 81.-91. lpp.).

Iemesli, kas neļauj sasniegt tālāk norādīto tehnisko rezultātu, izmantojot zināmās metodes, ietver faktu, ka in zināmās metodes Instalācijā nepieciešams izmantot augstsprieguma impulsu transformatoru, ultraskaņas ģeneratoru ar emitētāju, kā arī iegūt daudzfāzu šķidro vidi, kas sarežģī tehnoloģisko procesu, padara to energoietilpīgu un dārgu.

Izgudrojuma izpaušana

Problēma, kas jāatrisina ar izvirzīto izgudrojumu, ir nanomateriālu ražošanas metodes izstrāde, kas ir lēta lietošanā ar minimālām materiālu un enerģijas resursu izmaksām.

Izgudrojuma tehniskais rezultāts ir stacionāras izlādes veidošanās istabas temperatūrā un atmosfēras spiedienā, kas vienkāršo nanomateriālu iegūšanas procesu, neizmantojot dārgas iekārtas un materiālus.

Tehniskais rezultāts tiek sasniegts ar to, ka nanomateriālu ražošanas metode, ieskaitot elektriskās izlādes iedarbību uz elektrodu ūdens elektriski vadošā vidē, saskaņā ar izgudrojumu vismaz divus elektrodus, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem, tiek iegremdēti ūdenī. elektriski vadoša vide ar īpatnējo elektrisko vadītspēju 0,3-0,7 S/cm, savukārt vienas ķīmiskais sastāvs, kas ir mazāks saskares laukā ar elektrību vadošo vidi, atbilst vajadzīgajam iegūtā nanomateriāla sastāvam, un minētais elektrods tiek pakļauts elektriskās izlādes iedarbībai ar īpatnējo jaudu 0,1-0,9 kVA/cm2 istabas temperatūrā un atmosfēras spiedienā, veidojot stacionāru plazmas izlādi nanomateriālu daļiņu veidošanai.

Starp funkciju kopu un iepriekš minēto tehnisko rezultātu pastāv šāda cēloņsakarība.

Iegūstot nanostruktūras ūdens elektriski vadošā vidē istabas temperatūrā un atmosfēras spiedienā no elektrodu materiāla, kura ķīmiskais sastāvs atbilst nepieciešamajam iegūtā nanomateriāla sastāvam, tiek izslēgta iespēja izmantot dārgas, enerģiju patērējošas iekārtas un daudzfāzu šķidru vidi.

Piedāvātās metodes ieviešanai nepieciešams lēts aprīkojums, kas sastāv no līdzstrāvas barošanas avota N>1,0 kVA, tvertnes ar elektriski vadošu vidi - elektrolītu, elektrodiem ar to stiprinājuma bloku, savukārt mazāka elektroda kontakta laukuma ziņā ar elektrolīts ir izgatavots no elektriski vadoša materiāla, kura ķīmiskais sastāvs atbilst iegūto nanodaļiņu sastāvam. Tādējādi nanografīta iegūšanai izmanto spektrāli tīru grafītu, sudraba iegūšanai - sudraba elektrodu, VK-8 (volframa-kobalta) pulvera iegūšanai - atbilstošā sakausējuma plāksni utt. Nanodaļiņu ražošanai paredzētais elektrods var būt jebkuras formas - plakans, cilindrisks, diskveida utt. Vairāku elektrodu vienlaicīga iegremdēšana nanodaļiņu iegūšanai palielina iekārtas produktivitāti. Metode neprasa augstas temperatūras vai zema spiediena radīšanu. Nanomateriālus ražo istabas temperatūrā (18-22°C) un atmosfēras spiedienā.

Elektriski vadoša barotne (elektrolīts) var būt balstīta uz skābi, sārmu vai sāli.

Īss zīmējumu apraksts

1. attēlā parādīta nanomateriālu ražošanas metodes ieviešanas iekārtas shēma. 2. attēlā parādīta stacionāras plazmas izlādes fotogrāfija. 3. attēlā ir iegūtā nanomateriāla fotogrāfija.

Izgudrojuma īstenošana

Nanomateriālu ražošanas metode ir šāda. Elektrods 1, kura ķīmiskais sastāvs atbilst nepieciešamajam iegūtā nanomateriāla sastāvam, ir savienots ar strāvas avota negatīvo polu (nav attēlots), otrs, lielākais elektrods 2 ir savienots ar barošanas avota pozitīvo polu. Elektrods 2 ir izgatavots no inerta materiāla. Abi elektrodi 1 un 2 ir iegremdēti elektriski vadošā vidē ar īpatnējo elektrisko vadītspēju 0,3 S/cm (elektrolīts) 3. Elektrodi ir iegremdēti elektrolītā, un elektroda 1 saskares laukums ar elektrolītu ir vairākas reizes. mazāks par elektroda 2 saskares laukumu ar šo elektrolītu. Attālums starp iegremdētajiem elektrodiem ir izvēlēts vismaz 10 mm. Iekārtai pieliekot 100-300 V spriegumu, tuvu elektroda potenciāla krituma dēļ uz 1. elektroda (2. attēls) veidojas mikroplazmas izlādes, kuru ietekme izraisa metāla plīsumu (kušanu, iztvaikošanu). daļiņas. Instalācijai darbojoties, elektronu vidējā enerģija izlādes kolonnā ir 3-5 eV, gāzes temperatūra svārstās no 300 K līdz 1700 K atkarībā no izlādes īpatnējās jaudas. Nanodaļiņas tīrā veidā tiek izņemtas no elektrolīta, centrifugējot vai iztvaicējot.

Lai instalācijā izmantotu risinājumus, kuru īpatnējā elektrovadītspēja ir mazāka par 0,3 S/cm, elektrolīta pretestības radīto zudumu dēļ ir jāpalielina ievades jauda. Tādu risinājumu izmantošana, kuru elektrovadītspēja ir lielāka par 0,7 S/cm, ir tehniski un ekonomiski nepraktiska.

Ar īpatnējās jaudas padevi iekārtai, kas ir mazāka par 0,1 kVA/cm 2, nepietiek, lai izveidotu stabilu izlādi, un šādas jaudas pārsniegšana virs 0,9 kVA/cm 2 noved pie elektroda kušanas, tāpēc īpatnējā jauda aprakstītajā instalācijā ir izmanto diapazonā no 0,1-0 ,9 kVA/cm2.

Izpildes piemēri:

Pieprasītais izgudrojums ir ilustrēts ar konkrētas realizācijas piemēriem.

Divi spektrāli tīri grafīta elektrodi ar diametru 6 mm tiek iegremdēti elektrolītiskā vannā, kas piepildīta ar HCl šķīdumu ar īpatnējo elektrisko vadītspēju 0,55 S/cm attiecīgi līdz 5,0 un 50,0 mm dziļumam. Pieliekot spriegumu U=100V un strāvu I=1,8A, kas ir 0,18 kVA/cm 2 īpatnējā izlādes jauda, ​​uz nanodaļiņu ražošanai paredzētā elektroda veidojas stacionāra plazmas izlāde, kuras ietekme uz elektrodu izraisa grafīta nanodaļiņas, kas mazākas par 100 nm.

Pirmais elektrods plāksnes formā ar laukumu 1 cm 2 izgatavots no VK-8 sakausējuma, otrais elektrods svina gredzena formā ar diametru 60 mm ir iegremdēts elektrolītiskā vannā, kas piepildīta ar NaOH šķīdums ar īpatnējo elektrisko vadītspēju 0,3 S/cm. Pie U=190V un strāvas I=3 A, Nsp=0,57 kVA/cm 2, iegūtā volframa-kobalta pulvera izmēri ir 3-5 nm.

2. attēlā parādīta fotogrāfija, kas uzņemta ar elektronu mikroskopu EVM-100L. Iegūto nanodaļiņu izmērs ir 3-5 nm.

Paņēmiens nanomateriālu iegūšanai, ieskaitot elektriskās izlādes ietekmi uz elektrodu ūdens elektrību vadošā vidē, kas raksturīgs ar to, ka vismaz divi elektrodi, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem, ir iegremdēti elektriski vadošā ūdenī ar īpatnējo elektrisko vadītspēju 0,3- 0,7 S/cm, savukārt vienas ķīmiskās vielas sastāvs, kas ir mazāks saskares laukumā ar elektriski vadošo vidi, atbilst vajadzīgajam iegūtā nanomateriāla sastāvam, un minētais elektrods tiek pakļauts elektriskās izlādes iedarbībai ar īpatnējā jauda 0,1-0,9 kVA/cm 2, istabas temperatūrā un atmosfēras spiedienā, veidojot stacionāru plazmas izlādi nanomateriāla veidošanai.

Līdzīgi patenti:

Izgudrojums attiecas uz metālu elektrolītisko attīrīšanu, kas veido ievērojamu daudzumu anoda nosēdumu, un to var izmantot, lai modelētu metālu elektrolītiskās attīrīšanas procesu rūpnieciskos apstākļos.

Izgudrojums attiecas uz metalurģijas jomu, konkrētāk, uz smago krāsaino metālu metalurģiju un jo īpaši uz diafragmas elementu strukturālo elementu ražošanas metodēm, ko izmanto metālu elektrolītiskās ekstrakcijas procesā no ūdens šķīdumiem, piemēram, niķelis, kobalts un citi metāli.

Izgudrojums attiecas uz elektroķīmijas jomu, un to var izmantot kā sagatavošanās posmu elektrokatalizatoru ražošanai. Ir aprakstīta elektroķīmiskā katalizatora oglekļa nesēja pirmapstrādes metode, kas sastāv no tā, ka elektroķīmiskā katalizatora oglekļa nesējs tiek apstrādāts vakuuma kamerā, kas aprīkota ar atomu daļiņu plūsmas avotu un oglekļa pulvera turētāju. konfigurēts pulvera sajaukšanai, oglekļa nesēja pulveris tiek sajaukts un nesēja virsma tiek bombardēta ar staru atomu daļiņām, savukārt, lai novietotu oglekļa nesēja pulveri, turētājā uzstādītu porainu substrātu ar atvērtu porainību, kas izgatavots no inerta materiāla. materiāls, tiek izmantots pneimatiski savienots ar autonomu gāzes padeves ierīci, uz substrāta tiek novietoti oglekļa nesēju daļiņu slāņi, caur porainu substrātu tiek izpūsta inerta gāze, lai virs substrāta veidojas pseidoviršanas oglekļa nesēja daļiņu slānis, un oglekļa nesējdaļiņu virsmas bombardēšanu veic ar jona enerģiju vismaz 7,41 eV/atom.

Izgudrojums attiecas uz molekulārās bioloģijas, bioorganiskās ķīmijas un medicīnas jomu. Apgalvotie nanokompozītmateriāli ir paredzēti, lai mērķētu uz ģenētisko materiālu šūnā un nomāktu tā turpmāko darbību.

Izgudrojums attiecas uz jaunu fullerenola C84 ražošanas metodi, kurā sausas oglekļa dūņas (oglekļa nanoklasteru sulfoadduktu ražošanas atkritumi) tiek ievietotas Soksleta tipa ekstraktorā un fullerenols tiek ekstrahēts amonjaka ūdens šķīduma veidā. fullerenola sāls ar amonjaka šķīdumu, karsējot to ekstraktora iztvaicēšanas daļā.

Izgudrojums attiecas uz ierosināšanas līdzekļu radīšanas jomu, un to var izmantot elektrisko detonatoru (ED) ražošanā, kas ir droši gan iekārtās, gan darbībā bez sprāgstvielu ierosināšanas.

Izgudrojums attiecas uz metodi neorganiskā oksīda virsmas modificēšanai. Metode ietver neorganiskā oksīda apstrādi ar ūdenī šķīstošu niķeļa (II) sāli, kam seko niķeļa (II) oksīda nanodaļiņu veidošanās uz neorganiskā oksīda virsmas.

Izgudrojums attiecas uz metalurģijas jomu, proti, feromagnētisko sakausējumu Co35Ni35Al30 monokristālu termomehānisko apstrādi. Lai palielinātu mehāniskās un funkcionālās īpašības, izveidojiet materiālu ar dubultas formas atmiņas efektu un augstas temperatūras superelastību nanokompozīta iegūšanas metodē ar dubultas formas atmiņas efektu, pamatojoties uz feromagnētiskā sakausējuma Co35Ni35Al30 monokristālu, monokristāla primāro atlaidināšanu. tiek veikta 1330-1340°C temperatūrā 8,5 stundas inertas gāzes atmosfērā.

Izgudrojums attiecas uz materiālu zinātnes jomu. Antifrikcijas polimēru kompozītmateriāla ražošanas metode uz politetrafluoretilēna bāzes ietver iepriekšēju fizikāli ķīmisku ultrasmalkas detonācijas dimanta pulvera apstrādi, politetrafluoretilēna un īpaši smalku detonācijas dimanta pulveru maisījuma mehānisku dispersiju, kompozītmateriāla presēšanu un termisko saķepināšanu inertā vidē.

Izgudrojums attiecas uz ķīmisko rūpniecību. Fullerēnu saturošus sodrējus sajauc ar šķidrumu, kas mijiedarbojas ar sodrēju sastāvā esošajiem fullerēniem, piemēram, ar sārma ūdens šķīdumu, kura koncentrācija ir vismaz 0,5 masas%, no sērijas, kurā ietilpst KOH, NaOH, Ba(OH) 2 un/vai ūdeņraža peroksīds H2O2, attiecībā pret kvēpiem 1:(20-300) ml/g.

Izgudrojums attiecas uz dažādām tehnoloģiju jomām, izmantojot materiālus ar izstrādātām virsmām daudzslāņu nanostruktūru veidā saules bateriju, fotodetektoru, katalizatoru un ļoti efektīvu luminiscējošu gaismas avotu ražošanai. Daudzslāņu nanostruktūras veidošanas metodē uz vienas no lāzera starojumam caurspīdīga materiāla virsmām tiek uzklāts difrakcijas režģis un šis materiāls tiek pakļauts lāzera starojuma impulsam, izraisot difrakciju un lāzera stara daudzstaru traucējumus plkst. difrakcijas režģa virsma lāzera plankuma zonā, veidojot šajā zonā daudz atstarojumu no lāzera staru difrakcijas režģiem, secīgi izraisa to atstarošanas punktos no difrakcijas režģa lokālu lāzera stara enerģijas izdalīšanos , lāzera starojumam caurspīdīga materiāla kušana, kristalizācijas centru veidošanās, lāzera starojumam caurspīdīga materiāla sprādzienbīstama kristalizācija no difrakcijas režģa atstarotajiem stariem pēc lāzera starojuma impulsa beigām, un tajā pašā laikā daudzi slāņi. ir izveidoti no lāzera starojumam caurspīdīga materiāla, kas savienoti kopā. Izgudrojums dod iespēju viena lāzera impulsa laikā izveidot daudzslāņu nanostruktūras no daudziem simtiem slāņu. 4 alga f-ly, 2 slim.

Izgudrojums attiecas uz nanomateriālu ražošanas metodi. Metode ietver elektriskās izlādes pielietošanu elektrodam ūdens elektriski vadošā vidē. Tajā pašā laikā vismaz divi elektrodi, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem, tiek iegremdēti elektriski vadošā ūdens vidē ar īpatnējo elektrovadītspēju 0,3-0,7 Scm. Viena elektroda ķīmiskais sastāvs, kuram ir mazāks kontakta laukums ar elektriski vadošo vidi, atbilst vajadzīgajam iegūtā nanomateriāla sastāvam. Lai iegūtu nanomateriālu, minētais elektrods tiek pakļauts elektriskās izlādes iedarbībai ar īpatnējo jaudu 0,1-0,9 kVAcm2, istabas temperatūrā un atmosfēras spiedienā, veidojot stacionāru plazmas izlādi, veidojot nanomateriālu. Tehniskais rezultāts ir vienkāršība, metodes pieejamība un lēts aprīkojums. 3 ill., 2 ave.

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Ievietots vietnē http://www.allbest.ru/

Nanotehnoloģijas ir fundamentālās un lietišķās zinātnes un tehnoloģiju joma, kas nodarbojas ar teorētisko pamatojumu kopumu, praktiskās metodes pētniecība, analīze un sintēze, kā arī metodes tādu produktu ražošanai un pielietošanai, kuriem ir noteikta atomu struktūra, kontrolējot atsevišķu atomu un molekulu manipulācijas.

Visas nanotehnoloģijas pamatā ir četrvērtīgo elementu (visbiežāk oglekļa) spēja veidot poliatomiskas un pēc tam daudzmolekulāras struktūras. Šādām struktūrām visbiežāk ir specifiskas (atkarībā no iegūtās molekulas sastāva, formas un citiem tās parametriem) īpašības, kas nav raksturīgas nevienam citam zināmam savienojumam, kas padara tās tik interesantas zinātnei un paver milzīgas jomas nanomolekulu un nanotehnoloģiju izmantošanai. vispār. nanotehnoloģiju tehnoloģiju materiāls

Piemēram, izrādījās, ka dažu materiālu nanodaļiņām ir ļoti labas katalītiskās un adsorbcijas īpašības. Citi materiāli uzrāda pārsteidzošas optiskās īpašības, piemēram, saules bateriju izgatavošanai tiek izmantotas īpaši plānas organisko materiālu plēves.

Savukārt četrvērtīgo elementu, piemēram, oglekļa, spēja veidot četras saites ar citiem atomiem no fizikas viedokļa ir skaidrojama ar četru valences elektronu klātbūtni ārējā enerģijas līmenī.

Protams, jāsaka, ka šāds skaidrojums pilnībā neatbild uz jautājumu un ir vairāk ķīmisks nekā fizikāls. Bet, ja jūs rakāties tālāk, jūs varat redzēt, ka visa pamatā ir fiziska parādība, kas izskaidro saišu veidošanos starp atomiem.

Mēs arī atzīmējam, ka mūsdienu ķīmiskās saites apraksts tiek veikts, pamatojoties uz kvantu mehāniku, kas ir fizikas nozare. Ķīmisko saiti nosaka mijiedarbība starp lādētām daļiņām (kodoliem un elektroniem). Šo mijiedarbību sauc par elektromagnētisko.

Nanomateriālu ražošanas metodes iedala mehāniskās, fizikālās, ķīmiskās un bioloģiskās. Tie. Šīs klasifikācijas pamatā ir nanomateriālu sintēzes procesa būtība. Mehāniskās ražošanas metodes balstās uz lielu deformējošu slodžu ietekmi: berzi, spiedienu, presēšanu, vibrāciju, kavitācijas procesiem u.c. Fizikālās ražošanas metodes balstās uz fizikālām pārvērtībām: iztvaikošanu, kondensāciju, sublimāciju, pēkšņu dzesēšanu vai sildīšanu, kausējuma izsmidzināšanu utt. (Klasifikācijas pilnībai un atsaucei) Ķīmiskās metodes ietver metodes, kuru galvenā izkliedes stadija ir: elektrolīze, reducēšana, termiskā sadalīšanās. Bioloģiskās ražošanas metodes ir balstītas uz proteīnu ķermeņos notiekošo bioķīmisko procesu izmantošanu.

Mehāniskās metodes Mehāniskā darbība, slīpējot materiālus pulsējot, t.i. Sprieguma lauka rašanās un sekojošā relaksācija nenotiek visā daļiņu uzturēšanās laikā reaktorā, bet tikai daļiņu sadursmes brīdī un neilgā laikā pēc tās. Mehāniskais efekts ir arī lokāls, jo tas nenotiek visā cietās vielas masā, bet gan tur, kur rodas sprieguma lauks un pēc tam atslābst. Pateicoties impulsivitātei un lokalitātei, lielas slodzes uz īsu laiku tiek koncentrētas nelielās materiāla vietās. Tas noved pie defektu, spriegumu, bīdes joslu, deformāciju un plaisu parādīšanos materiālā. Rezultātā viela tiek sasmalcināta, paātrināta masas pārnešana un komponentu sajaukšanās, kā arī tiek aktivizēta cieto reaģentu ķīmiskā mijiedarbība. Mehāniskās noberšanās un mehāniskās saplūšanas rezultātā var panākt lielāku atsevišķu elementu savstarpēju šķīdību cietā stāvoklī, nekā tas ir iespējams līdzsvara apstākļos. Slīpēšana tiek veikta lodīšu, planētu, vibrācijas, virpuļdzirnavu, žiroskopiskās, reaktīvo dzirnavās un attritoros. Slīpēšana šajās ierīcēs notiek triecienu un noberšanās rezultātā.Mehāniskās slīpēšanas metodes variācija ir mehāniskā ķīmiskā metode. Smalki samaļot dažādu komponentu maisījumu, to savstarpējā mijiedarbība paātrinās. Turklāt ir iespējamas ķīmiskas reakcijas, kas saskares laikā, ko nepavada slīpēšana, šādās temperatūrās nemaz nenotiek. Šīs reakcijas sauc par mehāniski ķīmiskām. Nanostruktūras veidošanai beramos materiālos tiek izmantotas speciālas mehāniskās deformācijas shēmas, kas ļauj panākt lielus paraugu struktūras izkropļojumus salīdzinoši zemās temperatūrās.Attiecīgi pie smagas plastiskas deformācijas pieder sekojošas metodes:

Augstspiediena vērpes;

Vienā kanāla leņķiskā presēšana (ECA-presēšana);

Vispusīga kalšanas metode;

Vienādu kanālu stūra pārsegs (RKU-hood);

Smilšu pulksteņa metode;

Intensīvās slīdošās berzes metode.

Pašlaik lielāko daļu rezultātu iegūst ar pirmajām divām metodēm. Nesen ir izstrādātas metodes nanomateriālu ražošanai, izmantojot dažādu mediju mehānisko darbību. Šīs metodes ietver kavitācijas-hidrodinamisko, vibrācijas metodes, triecienviļņu metodi, ultraskaņas slīpēšanu un detonācijas sintēzi.

Kavitācijas-hidrodinamisko metodi izmanto, lai iegūtu nanopulveru suspensijas dažādās dispersijas vidēs. Kavitācija - no lat. vārds "tukšums" ir dobumu (kavitācijas burbuļu vai dobumu) veidošanās šķidrumā, kas piepildīti ar gāzi, tvaiku vai to maisījumu. Procesa laikā kavitācijas efekti, ko izraisa tvaika-gāzu mikroburbuļu veidošanās un iznīcināšana šķidrumā 10-3 - 10-5 s laikā pie spiediena 100-1000 MPa, izraisa ne tikai šķidrumu, bet arī cietvielas. Šīs darbības rezultātā cietās daļiņas tiek sasmalcinātas.

Ultraskaņas slīpēšana balstās arī uz kavitācijas triecienu ķīļveida efektu. Vibrācijas metode nanomateriālu ražošanai ir balstīta uz efektu un parādību rezonanses raksturu, kas nodrošina minimālu enerģijas patēriņu, veicot procesus un augsta pakāpe daudzfāzu mediju homogenizācija. Darbības princips ir tāds, ka kuģis tiek pakļauts vibrācijai ar noteiktu frekvenci un amplitūdu.

Dimanta nanodaļiņas var iegūt ar detonācijas sintēzi. Metode izmanto sprādziena enerģiju, sasniedzot simtiem tūkstošu atmosfēru spiedienu un temperatūru līdz vairākiem tūkstošiem grādu. Šie apstākļi atbilst dimanta fāzes termodinamiskās stabilitātes apgabalam. Fizikālās metodes UD materiālu ražošanai ietver izsmidzināšanas metodes, iztvaikošanas-kondensācijas procesus, vakuumsublimācijas tehnoloģiju un cietvielu transformācijas metodes.

Metode, kā izsmidzināt kausējuma strūklu ar šķidrumu vai gāzi, ir tāda, ka plāna šķidra materiāla strūkla tiek ievadīta kamerā, kur saspiestas inertas gāzes vai šķidruma strūklas rezultātā to sadala mazos pilienos. Šajā metodē izmantotās gāzes ir argons vai slāpeklis; kā šķidrumi - ūdens, spirti, acetons, acetaldehīds. Nanostruktūru veidošanās iespējama, dzesējot no šķidrā stāvokļa vai vērpjot. Metode sastāv no plānu lentu iegūšanas, izmantojot ātru (vismaz 106 K/s) kausējuma dzesēšanu uz rotējoša diska vai cilindra virsmas.

Fiziskās metodes. Iztvaikošanas-kondensācijas metodes ir balstītas uz pulveru ražošanu tvaiku-cietās vai tvaika-šķidruma-cietās fāzes pārejas rezultātā gāzes tilpumā vai uz atdzesētas virsmas.

Metodes būtība ir tāda, ka izejviela tiek iztvaicēta intensīvi karsējot un pēc tam strauji atdzesēta. Iztvaicētā materiāla sildīšanu var veikt dažādos veidos: rezistīvā, lāzera, plazmas, elektriskā loka, indukcijas, jonu. Iztvaikošanas-kondensācijas procesu var veikt vakuuma vai neitrālas gāzes vidē. Vadītāju elektriskā eksplozija tiek veikta argonā vai hēlijā ar spiedienu 0,1 - 60 MPa. Šajā metodē tievas metāla stieples ar diametru 0,1 - 1 mm tiek ievietotas kamerā, un tām tiek impulsa liela strāva.

Impulsa ilgums 10-5 - 10-7 s, strāvas blīvums 104 - 106 A/mm2. Šajā gadījumā vadi uzreiz uzsilst un eksplodē. Daļiņu veidošanās notiek brīvā lidojumā. Vakuuma sublimācijas tehnoloģija nanomateriālu ražošanai ietver trīs galvenos posmus. Pirmajā posmā tiek sagatavots apstrādātās vielas vai vairāku vielu sākotnējais šķīdums. Otrā posma - šķīduma sasaldēšana - mērķis ir noteikt šķidrumam raksturīgo komponentu vienmērīgu telpisko sadalījumu, lai iegūtu minimālu. iespējamais izmērs kristalīti cietā fāzē. Trešais posms ir šķīdinātāja kristalītu noņemšana no sasaldēta šķīduma ar sublimāciju.

Ir vairākas nanomateriālu ražošanas metodes, kurās dispersiju veic cietā vielā, nemainot agregācijas stāvokli. Viena no metodēm lielapjoma nanomateriālu iegūšanai ir kontrolētas kristalizācijas metode no amorfā stāvokļa. Metode ietver amorfa materiāla iegūšanu, dzesējot no šķidrā stāvokļa, un pēc tam kontrolētos karsēšanas apstākļos veic vielas kristalizāciju. Pašlaik visizplatītākā oglekļa nanocauruļu ražošanas metode ir grafīta elektrodu termiskā izsmidzināšana loka izlādes plazmā.

Sintēzes process tiek veikts kamerā, kas piepildīta ar hēliju zem augsta spiediena. Plazmai sadedzinot, notiek intensīva anoda termiskā iztvaikošana un uz katoda gala virsmas veidojas nogulsnes, kurās veidojas oglekļa nanocaurules. Iegūtās daudzās nanocaurules ir aptuveni 40 µm garas. Tie aug uz katoda perpendikulāri tā gala plakanajai virsmai un tiek savākti cilindriskos saišķos, kuru diametrs ir aptuveni 50 mikroni.

Nanocauruļu kūļi regulāri pārklāj katoda virsmu, veidojot šūnveida struktūru. To var noteikt, ar neapbruņotu aci pārbaudot nogulsnes uz katoda. Telpa starp nanocauruļu kūļiem ir piepildīta ar nesakārtotu nanodaļiņu un atsevišķu nanocauruļu maisījumu. Nanocauruļu saturs oglekļa nogulsnēs (nogulsnēs) var tuvoties 60%.

Pēc neliela pētījuma, ko veicu par modernajām tehnoloģijām, kas tiek ieviestas apģērbu ražošanā, varu teikt, ka dažas tehnoloģijas jau tiek aktīvi izmantotas apģērbu un apavu materiālu radīšanā, bet, kas attiecas uz bio- un nanotehnoloģijām, pagaidām nav informācijas par šādiem eksperimentiem, piemēram, Olivia Ong , ļoti maz un internetā tas ir diezgan reti. Atradu aptuveni 10 piemērus, kā pieminēt nanomateriālu izmantošanu apģērba veidošanā.
...Neparastu apģērbu izstrādāja Japānas pētnieku grupa Life BEANS...

...vai Kričevskis Germans Evsevičs, profesors, tehnisko zinātņu doktors, Krievijas Federācijas goda darbinieks, UNESCO eksperts, RIA un MIA akadēmiķis, MSR valsts balvas laureāts, runā rakstā vietnei nanonewsnet. ru par savu pieredzi nanotehnoloģiju ieviešanā tekstila ražošanā...

...Ķīnas zinātnieki ir radījuši nanoaudumu, kas pats attīrās, pakļaujoties saules starojumam...

...Portugāle izstrādā jaunus materiālus un ierīces, kas ir jaunākās inovācijas, izmantojot Eiropas pētniecības projektu DEPHOTEX...

Un daži citi pieminējumi par citiem projektiem.

Diemžēl, neskatoties uz dažiem panākumiem bio- un nanotehnoloģiju jomā un pat īpaši apģērbu jomā, iegūtie produkti paliek pārmērīgi dārgi gan ražotājam, gan pircējam, tāpēc nanotehnoloģiju apģērbi vēl nav gatavi ražot lielākos apjomos. Mūsdienās šī joma aktīvi attīstās un joprojām ir daudzsološs virziens nanotehnoloģiju jomā.

Pēc dažu zinātnieku domām, augsto tehnoloģiju pieejamības nozīme nākotnē tiks sasniegta, meklējot racionālas metodes un tehnoloģijas dažādu nanomateriālu ražošanai, un galu galā tas novedīs pie tradicionālo materiālu plašas aizstāšanas ar tiem, kas iegūti, izmantojot augstās tehnoloģijas.

Līderis nanomateriālu ražošanas metožu izpētē ir NSTU un TPU, jo īpaši Biotehnoloģijas katedra, pamatojoties uz Augsto tehnoloģiju fizikas institūtu.

Ievietots vietnē Allbest.ru

...

Līdzīgi dokumenti

Vispārīga informācija par nanodaļiņu iegūšanas metodēm. Krioķīmiskās nanotehnoloģijas pamatprocesi. Šķīdumu sagatavošana un izkliedēšana. Bioķīmiskās metodes nanomateriālu iegūšanai. Saldēšanas šķidruma pilieni. Virsskaņas gāzu aizplūšana no sprauslas.

kursa darbs, pievienots 21.11.2010


Lielapjoma nanostrukturētu materiālu īpašību izpēte. Nanotehnoloģiju attīstības vēsture. Plašās intereses par nanotehnoloģiju un nanomateriāliem iemesli. Nanopulveru iegūšanas metodes. Plazmaķīmiskā un krioķīmiskā sintēze. Kriotehnoloģijas produkti.

prezentācija, pievienota 25.12.2015


Fullerīts kā lielu oglekļa molekulu kristāls Cn-fullerēni. Ievads nanokristālisko materiālu galvenajās iezīmēs, priekšrocību analīze: augsta viskozitāte, paaugstināta nodilumizturība. Nanomateriālu mehānisko īpašību raksturojums.

abstrakts, pievienots 20.05.2014


Kvantitatīvās ķīmiskās analīzes metožu grupa, kuras pamatā ir elektrolīzes izmantošana (elektroķīmiskās analīzes metodes). Elektrogravimetriskās metodes īpatnības, tās būtība un pielietojums. Pamataprīkojums, iekšējās elektrolīzes metode.

abstrakts, pievienots 15.11.2014


Nanokatalīze ir strauji augoša zinātnes nozare, kas ietver nanomateriālu izmantošanu kā katalizatorus dažādiem katalīzes procesiem. Nanoizmēra katalizatoru ar 100% selektivitāti un augstu aktivitāti ražošanas iezīmes.

abstrakts, pievienots 01.06.2014


Mehāniskās aktivācijas ietekme uz izkliedēto materiālu ģeometriskajiem parametriem. Materiālu sedimentācijas analīzes pamatiekārtas. Materiālu izpētes objekta izstrāde, šī procesa priekšizpēte.

diplomdarbs, pievienots 16.04.2014


Paraugu analīzes ķīmisko metožu jēdziens un mērķis, to ieviešanas kārtība un efektivitātes novērtēšana. Šo metožu klasifikācija un šķirnes, veikto ķīmisko reakciju veidi. Dažādu materiālu fizikālo un ķīmisko īpašību prognozēšana un aprēķināšana.

lekcija, pievienota 05.08.2010


Teorētiskie aspekti metodes. Testēšanas materiālu būtība izturībai pret mikroskopiskām sēnītēm un baktērijām. Bioluminiscences intensitātes un toksicitātes indeksa mērīšanas iezīmes. Galvenie parametri būvmateriālu biostabilitātes novērtēšanai.

abstrakts, pievienots 13.01.2015


Viena no perspektīvākajām un perspektīvākajām mūsdienu zinātnes attīstības jomām ir nanotehnoloģija. No keramikas un polimēriem izgatavotu nanokompozītu, metālus vai pusvadītājus saturošu nanokompozītu izpēte. Nanotehnoloģiju iespējas.

abstrakts, pievienots 26.01.2011


Pulveru ražošanas ķīmisko metožu izpēte: metālu oksīdu un sāļu reducēšana ar cietiem vai gāzveida reducētājiem, karbonilgrupu un nestabilu savienojumu disociācija, metalotermija. Dzelzs ieguve no lietotām automašīnu riepām.

Fullerēnus ražo ar dažādām metodēm, tostarp loka metode, ražošana liesmā, lāzera karsēšana, grafīta iztvaicēšana ar fokusētu saules starojumu un ķīmiskā sintēze.

Lielākā daļa efektīvs veids fullerēnu iegūšana ir grafīta elektroda termiskā izsmidzināšana loka izlādes plazmā, hēlija degšana atmosfērā. Starp diviem grafīta elektrodiem tiek aizdedzināts elektriskais loks, kurā anods iztvaiko. Uz reaktora sienām nogulsnējas sodrēji, kas satur no 1 līdz 40% (atkarībā no ģeometriskajiem un tehnoloģiskajiem parametriem) fullerēnu. Fullerēnu ekstrakcijai no fullerēnu saturošiem sodrējiem izmanto atdalīšanu un attīrīšanu, šķidruma ekstrakciju un kolonnu hromatogrāfiju. Produktivitāte ir ne vairāk kā 10% no sākotnējā grafīta kvēpu svara, savukārt galaproduktā attiecība C 60: C 70 ir 90:10. Līdz šim visi tirgū pieejamie fullerēni ir iegūti, izmantojot šo metodi. Metodes trūkumi ietver grūtības izolēt, attīrīt un atdalīt dažādus fullerēnus no ogļu, zemo fullerēnu iznākumu un līdz ar to arī to augstās izmaksas.

Visizplatītākās nanocauruļu sintezēšanas metodes ir elektriskā loka izlāde, lāzerablācija un ķīmiskā tvaiku pārklāšana.

Izmantojot elektriskā loka izlāde notiek intensīva grafīta anoda termiskā iztvaikošana, un uz katoda gala virsmas veidojas nogulsnes (~90% no anoda masas) apmēram 40 μm garumā. Nanocauruļu saišķi nogulsnēs uz katoda ir redzami pat ar neapbruņotu aci. Telpa starp saišķiem ir piepildīta ar nesakārtotu nanodaļiņu un atsevišķu nanocauruļu maisījumu. Nanocauruļu saturs oglekļa atradnē var sasniegt pat 60%, un iegūto vienas sienas nanocauruļu garums var būt līdz vairākiem mikrometriem ar mazu diametru (1-5 nm).

Metodes trūkumi ietver tehnoloģiskas grūtības, kas saistītas ar produkta daudzpakāpju attīrīšanu no kvēpu ieslēgumiem un citiem piemaisījumiem. Vienas sienas oglekļa nanocaurules iznākums nepārsniedz 20-40%. Liels skaits kontroles parametru (spriegums, stiprums un strāvas blīvums, plazmas temperatūra, kopējais spiediens sistēmā, inertās gāzes īpašības un padeves ātrums, reakcijas kameras izmēri, sintēzes ilgums, dzesēšanas ierīču klātbūtne un ģeometrija, raksturs un tīrība elektrodu materiāla, to ģeometrisko izmēru attiecība, kā arī virkne citu grūti kvantitatīvi nosakāmu parametru, piemēram, oglekļa tvaiku dzesēšanas ātrums) būtiski sarežģī procesa regulēšanu, sintēzes iekārtu instrumentēšanu un novērš to pavairošana rūpnieciskā mērogā. Tas arī traucē oglekļa nanocauruļu loka saplūšanas simulācijas.

Plkst lāzera ablācija grafīta mērķa iztvaikošana notiek augstas temperatūras reaktorā, kam seko kondensācija, un produkta iznākums sasniedz 70%. Ar šo metodi pārsvarā tiek iegūtas vienas sienas oglekļa nanocaurules ar kontrolētu diametru. Neskatoties uz iegūtā materiāla augstajām izmaksām, lāzerablācijas tehnoloģiju var mērogot līdz rūpnieciskam līmenim, tāpēc ir svarīgi apsvērt, kā novērst nanocauruļu iekļūšanas risku darba zonas atmosfērā. Pēdējais ir iespējams, pilnībā automatizējot procesus un novēršot roku darbu produktu iepakošanas stadijā.

Ķīmiskā tvaiku nogulsnēšanās rodas uz pamatnes ar katalizatora slāni, kas izgatavots no metāla daļiņām (visbiežāk niķeļa, kobalta, dzelzs vai to maisījuma). Lai ierosinātu nanocauruļu augšanu, reaktorā tiek ievadītas divu veidu gāzes: procesa gāze (piemēram, amonjaks, slāpeklis, ūdeņradis) un oglekli saturoša gāze (acilēns, etilēns, etanols, metāns). Nanocaurules sāk augt uz metāla katalizatoru daļiņām. Šī metode ir daudzsološākā rūpnieciskā mērogā, pateicoties tās zemākajām izmaksām, relatīvajai vienkāršībai un nanocauruļu augšanas kontrolējamībai, izmantojot katalizatoru.

Detalizēta ķīmiskās tvaiku pārklāšanas rezultātā iegūto produktu analīze parādīja vismaz 15 aromātisko ogļūdeņražu klātbūtni, tostarp 4 toksiskus policikliskus oglekļa savienojumus. Tika konstatēts, ka policikliskais benzopirēns, plaši pazīstams kancerogēns, ir viskaitīgākais ražošanas blakusproduktos. Citi piemaisījumi apdraud planētas ozona slāni.

Vairāki Krievijas uzņēmumi jau ir sākuši ražot oglekļa nanocaurules. Tādējādi zinātniski tehniskajā centrā "GranaT" (Maskavas apgabals) ir izveidota pilotinstalācija oglekļa nanomateriālu sintēzei, izmantojot ķīmiskās pārklāšanas metodi, kas izstrādāta pašu spēkiem ar produktivitāti līdz 200 g/h. vārdā nosaukta AS "Tambovas rūpnīca "Komsomolets". N. S. Artemova” kopš 2005. gada attīsta oglekļa nanomateriāla Taunit ražošanu, kas ir daudzsienu oglekļa nanocaurules, kas ražotas ar gāzfāzes ķīmisko nogulsnēšanos uz metāla katalizatora. Krievijas ražotāju oglekļa nanocauruļu ražošanas reaktoru kopējā jauda pārsniedz 10 t/g.

Metālu un to savienojumu nanopulveri ir visizplatītākais nanomateriālu veids, un to ražošana katru gadu pieaug. Kopumā nanopulveru ražošanas metodes var iedalīt ķīmisks(plazmoķīmiskā sintēze, lāzersintēze, termiskā sintēze, pašvairojoša augstas temperatūras sintēze (SHS), mehāniskā ķīmiskā sintēze, elektroķīmiskā sintēze, nogulsnēšanās no ūdens šķīdumiem, krioķīmiskā sintēze) un fiziskais(iztvaikošana un kondensācija inertā vai reakcijas gāzē, vadītāju elektriskā eksplozija (ECE), mehāniskā slīpēšana, detonācijas apstrāde). Perspektīvākie no tiem rūpnieciskai ražošanai ir gāzes fāzes sintēze, plazmas ķīmiskā sintēze, slīpēšana un vadītāju elektriskā sprādziens.

Plkst gāzes fāzes sintēze kontrolētā temperatūrā veikt cieta materiāla (metāla, sakausējuma, pusvadītāja) iztvaikošanu dažādu gāzu (Ar, Xe, N 2, He 2, gaisa) atmosfērā, kam seko intensīva iegūtās vielas tvaiku atdzesēšana. Šajā gadījumā veidojas polidisperss pulveris (daļiņu izmērs 10-500 nm).

Metāla iztvaikošana var notikt no tīģeļa, vai metāls nonāk sildīšanas un iztvaikošanas zonā stieples, metāla pulvera vai šķidruma plūsmā. Dažreiz metālu apsmidzina ar argona jonu staru. Enerģijas padevi var veikt ar tiešu karsēšanu, elektriskās strāvas novadīšanu caur vadu, elektriskā loka izlādi plazmā, indukcijas sildīšanu ar augstas un vidējas frekvences strāvu, lāzera starojumu, elektronu staru sildīšanu. Iztvaikošana un kondensācija var notikt vakuumā, stacionārā inertā gāzē, gāzes plūsmā, ieskaitot plazmas strūklu.

Pateicoties šai tehnoloģijai, produktivitāte sasniedz desmitiem kilogramu stundā. Tādā veidā tiek iegūti metālu oksīdi (MgO, Al 2 0 3, CuO), dažu metālu (Ni, Al, T1, Mo) un pusvadītāju materiāli ar unikālām īpašībām. Metodes priekšrocības ietver zemu enerģijas patēriņu, nepārtrauktību, vienpakāpes darbību un augstu produktivitāti. Nanopulveru tīrība ir atkarīga tikai no izejmateriāla tīrības. Tradicionāli gāzes fāzes sintēzi veic slēgtā tilpumā augstā temperatūrā, tāpēc nanodaļiņu iekļūšanas risku darba zonā var noteikt tikai pēc ārkārtas vai operatoru neprofesionalitāte.

Plazmoķīmiskā sintēze izmanto, lai iegūtu nitrīdu, karbīdu, metālu oksīdu nanopulverus, daudzkomponentu maisījumus ar daļiņu izmēru 10-200 nm. Sintēzē tiek izmantota zemas temperatūras (10 5 K) argona, ogļūdeņraža, amonjaka vai slāpekļa plazma ar dažāda veida izlādi (loka, spīduma, augstfrekvences un mikroviļņu). Šādā plazmā visas vielas sadalās līdz atomiem, no tām ar turpmāku strauju dzesēšanu veidojas vienkāršas un sarežģītas vielas, kuru sastāvs, struktūra un stāvoklis ir ļoti atkarīgs no dzesēšanas ātruma.

Metodes priekšrocības ir augsts savienojumu veidošanās un kondensācijas ātrums un augsta produktivitāte. Plazmas ķīmiskās sintēzes galvenie trūkumi ir plašais daļiņu izmēru sadalījums (no desmitiem līdz tūkstošiem nanometru) un lielais piemaisījumu saturs pulverī. Šīs metodes specifika prasa procesus veikt slēgtā tilpumā, tāpēc pēc atdzesēšanas nanopulveri var nonākt darba zonas atmosfērā tikai tad, ja tie ir nepareizi izpakoti un transportēti.

Līdz šim tikai fiziskais nanopulveru ražošanas metodes. Šīs tehnoloģijas pieder ļoti nelielai daļai ražošanas uzņēmumu, kas atrodas galvenokārt ASV, Lielbritānijā, Vācijā, Krievijā un Ukrainā. Nanopulveru ražošanas fizikālās metodes ir balstītas uz metālu, sakausējumu vai oksīdu iztvaicēšanu ar sekojošu to kondensāciju kontrolētā temperatūrā un atmosfērā. Fāzu pārejas "tvaiki-šķidrums-ciets" vai "tvaiki-ciets" notiek reaktora tilpumā vai uz atdzesēta substrāta vai sienām. Izejmateriāls tiek iztvaicēts intensīvi karsējot, un tvaiks ar nesējgāzes palīdzību tiek ievadīts reakcijas telpā, kur tas tiek ātri atdzesēts. Sildīšanu veic, izmantojot plazmu, lāzera starojumu, elektrisko loku, pretestības krāsnis, indukcijas strāvas u.c. Atkarībā no izejmateriālu veida un iegūtā produkta iztvaikošanu un kondensāciju veic vakuumā, inertas gāzes plūsmā vai plazma. Daļiņu izmērs un forma ir atkarīga no procesa temperatūras, atmosfēras sastāva un spiediena reakcijas telpā. Piemēram, hēlija atmosfērā daļiņas ir mazākas nekā smagākas gāzes - argona - atmosfērā. Metode dod iespēju iegūt Ni, Mo, Fe, Ti, A1 pulverus, kuru daļiņu izmērs ir mazāks par 100 nm. Priekšrocības, trūkumi un briesmas, kas saistītas ar šādu metožu ieviešanu, tiks aplūkotas turpmāk, izmantojot stieples elektriskās sprādziena metodes piemēru.

Tā ir arī plaši izmantota metode mehāniski slīpēt materiālus, kurās tiek izmantotas lodveida, planetārās, centrbēdzes, vibrācijas dzirnavas, kā arī žiroskopiskās ierīces, atritori un simoloieri. SIA "Sairšanas tehnika un tehnoloģija" ražo smalkus pulverus, kā arī nanopulverus, izmantojot rūpnieciskās planetārās dzirnavas. Šī tehnoloģija ļauj sasniegt produktivitāti no 10 kg/h līdz 1 t/h, raksturo zemas izmaksas un augsta produkta tīrība, kontrolētas daļiņu īpašības.

Metāli, keramika, polimēri, oksīdi un trausli materiāli tiek mehāniski sasmalcināti, un slīpēšanas pakāpe ir atkarīga no materiāla veida. Tādējādi volframa un molibdēna oksīdiem daļiņu izmērs ir aptuveni 5 nm, dzelzs - 10-20 nm. Šīs metodes priekšrocība ir leģētu sakausējumu, intermetālisku savienojumu, silicīdu un ar dispersiju stiprinātu kompozītu (daļiņu izmērs ~5-15 nm) nanopulveru ražošana.

Metode ir viegli īstenojama un ļauj iegūt materiālu lielos daudzumos. Ērti ir arī tas, ka mehāniskajām slīpēšanas metodēm ir piemērotas salīdzinoši vienkāršas iekārtas un tehnoloģijas, iespējams slīpēt dažādus materiālus un iegūt sakausējuma pulverus. Trūkumi ietver plašu daļiņu izmēru sadalījumu, kā arī produkta piesārņojumu ar materiāliem no mehānismu abrazīvām daļām.

No visām uzskaitītajām metodēm slīpmašīnu izmantošana ietver nanomateriālu novadīšanu kanalizācijā pēc izmantoto ierīču tīrīšanas, un šīs iekārtas daļu manuālas tīrīšanas gadījumā personāls atrodas tiešā saskarē ar nanodaļiņām.

• Lāzerablācija ir metode vielas noņemšanai no virsmas ar lāzera impulsu.
• Attritori un simoloieri ir augstas enerģijas slīpēšanas ierīces ar fiksētu korpusu (bungas ar maisītājiem, kas nodrošina kustību tajā esošajām bumbiņām). Attritoriem ir vertikāls bungu izvietojums, savukārt simoloeriem ir horizontāls bungu izvietojums. Slīpējamā materiāla slīpēšana ar slīpbumbām, atšķirībā no cita veida slīpēšanas ierīcēm, galvenokārt notiek nevis ar triecienu, bet ar abrazīvu mehānismu.

Fizikālo metožu klasifikācija 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. izsmidzināšana (dispersija), iztvaikošanas-kondensācijas metodes, vakuumsublimācijas tehnoloģija, cietvielu transformācijas metodes gāzes fāzes sintēze vadītāju elektriskā eksplozija iekapsulēšana kausējuma dzesēšana

Iztvaikošanas-kondensācijas metodes ir balstītas uz pulvera nanoobjektu sintēzi tvaiku-cietās vai tvaika-šķidrums-cietās fāzes pārejas rezultātā gāzes tilpumā vai uz atdzesētas virsmas. Metodes būtība ir tāda, ka izejviela tiek iztvaicēta intensīvi karsējot un pēc tam strauji atdzesēta.

Kondensācijas iztvaicēšanas metožu klasifikācija 1) pēc iztvaicētā materiāla sildīšanas iespējas: rezistīvā, lāzera, plazmas, elektriskā loka, indukcijas, jonu metodes 2) vide: vakuums, neitrāla gāze 3) dažādas metodes dzesēšana

Iekārtas shēma nanopulvera iegūšanai iztvaicējot un kondensējot 1 - iztvaicēta viela; 2 - sildītājs; 3 - nosēšanās virsma; 4 - trauka izsūknēšana Tīģeļa iztvaicēšana Iztvaicēto vielu parasti ievieto tīģelī vai laivā, kas izgatavota no ugunsizturīgiem, ķīmiski inertiem materiāliem: volframa, tantala, grafīta vai stiklveida oglekļa Beztīģeļa iztvaikošana, izmantojot spēcīgus strāvas impulsus, lāzera vai plazmas sildīšanu. Tajā pašā laikā palielinās kondensāta tīrība.

Plazmas tehnoloģija Plazma ir daļēji vai pilnībā jonizēta gāze, kas veidojas atomu un molekulu termiskās jonizācijas rezultātā augstā temperatūrā. Ir: vāji jonizēta vai zemas temperatūras plazma, vidēji jonizēta, pilnībā jonizēta vai augstas temperatūras plazma. Tehnoloģiskajos procesos parasti izmanto zemas temperatūras plazmu, kas iegūta 20 000 K temperatūrā un spiediena diapazonā no 10 ~ 5 103 MPa.

Plazmas ģenerēšanai tiek izmantoti lieljaudas elektriskā loka, augstas frekvences, īpaši augstas frekvences plazmas lāpas, kas uzsilda gāzi līdz ļoti augstām temperatūrām. Stabilu zema spiediena plazmu var iegūt, izmantojot inertu gāzi, pievienojot ūdeņradi.

Iekārtas shēma nanopulveru ražošanai, izmantojot plazmas strūklas metodi Disperģējamā materiāla uzkarsēšana un iztvaikošana tiek panākta, pateicoties zemas temperatūras plazmas strūklas enerģijai, ko izstaro no plazmas degļa Iztvaicētā viela tiek ievadīta plazmas zonā. pulvera vai patērējamā elektroda (anoda) forma Veidojas ļoti uzkarsēta gāze, kuras dzesēšanas ātrums ir kritisks dispersijai, pulvera struktūrai, produktivitātei 1 - tīģelis ar paraugu; 2 - plazmatrons; 3 - plazma; 4 - kondensācijas zona; 5 - nanomateriāla plākšņu kolektori ar ūdens dzesēšanu; b - konteiners produkta savākšanai

Disperģējamās vielas kondensāciju plazmas procesos veic dzesēšanas šķidruma gāzes plūsma pa atdzesētajām virsmām. Dzesēšanas ātrums: ugunsizturīgo metālu pulveriem ar daļiņu izmēru 5-100 nm pietiek ar lielāku par 10 5°C/m. 105 108 °C/s Al pulveri ar daļiņu izmēru 0,5 50 nm un īpatnējo virsmu Ssp (70 30) 103 m 2 /kg. keramikas un intermetāliski materiāli, piemēram, bora nitrīds (sintēze no tvaiku-gāzes fāzes ar BBr 3, H 2, N 2); titāna karbīds (sākotnējās fāzes Ti. Cl 4, CH 4, H 2); kompozīcijas Ti Mo C un Fe Ti C (izejmateriāli Ti. Cl 4, Mo. C 15, Fe (CO) 5). Plazmā iegūto daļiņu forma pārsvarā ir sfēriska, dažreiz tajās ir daļiņas ar izteiktu slīpumu

Priekšrocība ir materiālu ar augstu kušanas temperatūru un zemu tvaika spiedienu (volframa, molibdēna, tantala, silīcija oksīda, oglekļa) stabilas iztvaikošanas iespēja. Trūkumi: nav pilnībā atrisinātas problēmas ar plazmas strūklas fokusēšanu zem 25 k. Neuzticama plazmas pistoles darbība ilgstošas ​​sildīšanas režīmos (samazina šīs nanomateriālu iegūšanas metodes efektivitāti)

Plazmas instalācija ar rotējošu elektrodu pulveru ražošanai, modelis UCR Paredzēts ļoti reaģējošu metālu, titāna sakausējumu metāla pulveru (granulu) ražošanai ar centrbēdzes apsmidzināšanu sagataves, kausēts ar plazmas sildītāju inertās gāzes vidē. Titāna sakausējuma granulu ražošana ir vērsta uz produktu ražošanu stacionārās enerģijas gāzturbīnu iekārtām, maģistrālo gāzesvadu sūkņu stacijām, porainu sprauslu (filtru, katalizatoru uc) ražošanu ķīmiskajā rūpniecībā u.c.

Kombinētā plazmas metode Disperģējamās vielas efektīvāka iztvaicēšana. Metode izmanto divas plazmas: 1) līdzstrāvas plazmu materiāla sildīšanai, 2) augstfrekvences izlādes plazmu, kas izkausē un iztvaicē sākotnējo lielo pulveri vai skaidas. Izmanto, lai iegūtu daudzu metālu un metālu savienojumu pulverus ar sfēriskām daļiņām, kuru izmērs ir lielāks par 50 nm

Lāzera sildīšanas metode Lāzers ir optiskais kvantu ģenerators. ir optiski koherenta starojuma avots, kam raksturīga augsta virziena spēja un augsts enerģijas blīvums. Lāzeri ir: gāzes, šķidrums, cietvielu. Lāzera sildīšanas izmantošana ļauj izvairīties no trūkumiem, kas raksturīgi plazmas metodei, vienlaikus saglabājot darba temperatūru. Izmantojot šo iztvaicēšanas tehnoloģiju, tika iegūti Ti, Ni, Mo, Fe, Al nanopulveri ar vidējo daļiņu izmēru vairāki desmiti nanometru.

Sildīšana ar elektrisko loku Reaktora diagramma ar līdzstrāvas elektriskā loka plazmatronu: 1 - plazmas veidojošās gāzes ievade; 2 - elektrodi; 3 - plazma; 4 - izkliedētās vielas ievadīšana; 5 - pilota aukstās gāzes ievade; 6 - produkta izlaide

1) Inerta vide 2) Jaukta, inerta ūdeņraža vide (Ag H 2) - efektīvāka. Šajā gadījumā metāls mijiedarbojas ar atomu ūdeņradi, kura šķīdība ir daudz augstāka nekā molekulārajam ūdeņradim. Kausējuma pārsātināšana ar ūdeņradi izraisa paātrinātu metāla iztvaikošanu. Procesa produktivitāte palielinās 10 104 reizes, salīdzinot ar tradicionālo versiju. To izmanto Fe, Ni, Co, Cu un citu metālu nanopulveru iegūšanai, kā arī dubultkompozīcijas, piemēram, Fe Cu, Fe Si. Daļiņu forma ir tuvu sfēriskai.

Vadu elektriskā eksplozija Nanopulvera iegūšanas instalācijas shematiska shēma, eksplodējot vadītāju: 1 - vadītājs; 2 - aizturētājs; 3 - pildviela Plānas metāla stieples ar diametru 0,1-1 mm ievieto kamerā, kur tām tiek impulsa liela strāva. Impulsa ilgums ir 10 5 10 7 s, strāvas blīvums ir 104 106 A/mm 2. Vadi acumirklī uzsilst un iztvaiko. Process tiek veikts argonā vai hēlijā ar spiedienu 0,1-60 MPa. Vadītāja elektrisko sprādzienu pavada krasas metāla agregācijas stāvokļa izmaiņas, ko izraisa intensīva enerģijas izdalīšanās tajā, kā arī triecienviļņu rašanās, kas rada apstākļus ātrai (ar ātrumu). vairāk nekā 1 * 107 K/s) metālu karsēšana līdz augstām temperatūrām (T > 104 K)

Sprādziena stadijā metāls tiek pārkarsēts virs kušanas temperatūras, 3 notiek vielas izplešanās ar ātrumu līdz 5 * 10 m/s, un pārkarsušais metāls tiek sprādzienbīstami izkliedēts.Spiediens un temperatūra priekšējā daļā. topošais triecienvilnis sasniedz vairākus simtus megapaskālu (tūkstošiem atmosfēru) un ~ 4 K Daļiņu veidošanās notiek brīvā lidojumā. Metāla kondensāts tiek nogulsnēts uz kameras sienām izkliedēta pulvera veidā. Pielāgojot sprādziena apstākļus, iespējams iegūt pulverus ar daļiņu izmēru no 100 mikroniem līdz 50 nm. Vidējais izmērs daļiņas monotoni samazinās, palielinoties strāvas blīvumam un saīsinot impulsa ilgumu.Fe, Ti, W, Mo, Co sfēriskie pulveri ar daļiņu izmēru 40–100 nm ir inerta vide, pulveri ir pirofori (gaisā aizdegas), to pasivācija tiek veikta, lēni oksidējot vai pārklājot ar metālu oksīdiem Al, Ti, Zr, nitrīdiem, karbīdiem vai to maisījumiem ar daļiņu izmēru 10–50 nm – vidē ar gaisu, destilētu ūdeni, parafīnu, tehnisko eļļu

Metāla izkliede ir nestabilitātes (magnetohidrodinamikas, sašaurināšanās vai virsmas spraiguma spēku izraisītas) attīstības sekas. Vadītāja iznīcināšana notiek nevienmērīgi visā tā garumā. Iztvaikošana ir lokalizēta sašaurinājumu zonās. Šajā gadījumā, pirms sākas vadītāja iznīcināšana, salīdzinoši neliela daļa no tā iztvaiko. Lielākā daļa no tā tiek izsmidzināta šķidra metāla pilienu veidā, kas pēc tam var iztvaikot enerģijas dēļ, kas izdalās lokos, kas rodas starp pilieniem. Strāvas blīvums lēna elektriskā sprādziena laikā nav lielāks par 107 A/cm2.

Ātrs sprādziens - enerģijas ievadīšanas laiks vadītājā ir mazāks par nestabilitātes attīstības laiku. Izplešanās procesa laikā sprādzienbīstamie produkti saglabā cilindrisku simetriju bez līkumiem vai sašaurinājumiem. Tas nodrošina vienmērīgu vadītāja materiāla uzsilšanu sprādziena laikā, kas ir viens no būtiskākajiem faktoriem, kas ietekmē daļiņu veidošanos EEW apstākļos. 7 Straujš sprādziens notiek pie strāvas blīvuma, kas lielāks par 10 A/cm2. Šajā gadījumā ievadītā enerģija, kā likums, ir pietiekama, lai pilnībā iztvaicētu vadītāju.

Īpaši ātrs sprādziens parasti notiek pie strāvas blīvuma, kas lielāks par 108 A/cm 2, galvenokārt uz liela diametra vadītājiem. Šajā režīmā iznīcināšanas process attīstās nevienmērīgi visā vadītāja rādiusā. Tikai tās virsmas slāņi eksplodē secīgi, savukārt centrālie reģioni var palikt salīdzinoši auksti. X

Cits vadītāju iznīcināšanas veids, kas nav saistīts ar sprādzienu, bet bieži notiek, kad caur vadītāju plūst izlādes strāva. Tas ir vadītāja sadalīšanās pilienos pēc tā kušanas, gadījums, kad piegādātā enerģija ir nepietiekama, lai iztvaicētu vadītāju.

Atkarībā no blīvuma vidi(ϒ) vadītāju elektriskos sprādzienus nosacīti iedala trīs klasēs: sprādzieni pie zema vides blīvuma (vakuumā, ϒ 10 1 g/cm 3); sprādzieni kondensētā vidē (ūdenī, citos šķidrumos, cietās vielās, ϒ > 0,6 0,8 g/cm 3) Vadītāja novietošana blīvākā vidē aizkavē neviendabīgumu veidošanos un iztvaikotā materiāla izplešanos

Instalācija "UDP 150" nanopulveru ražošanai, izmantojot vadītāju elektriskās spridzināšanas metodi No augstsprieguma barošanas avota - 1, tiek uzlādēta kapacitatīvā enerģijas uzkrāšanas ierīce - 2. Stieples padeves mehānisms - 3 nodrošina automātisku sprāgstošā gabala uzstādīšanu. vads - 4 starp diviem elektrodiem. Tiklīdz stieples gabals ieņem norādīto pozīciju, tas ieslēdz komutatoru - 5, akumulators tiek izlādēts uz šī stieples gabala, un tas uzsprāgst. Iegūtais pulveris tiek savākts akumulatorā - 6 ,pasivēts un nosūtīts tālākai apstrādei.Kameras tilpums - 7 tiek evakuēts un pēc tam piepildīts ar gāzes atmosfēru.Šīs funkcijas veic gāzes padeves sistēma - 8.

Stieples metāls Uzstādīšanas jauda, ​​g/stundā Al 50 Cu 100 W 80 Volframa nanopulvera daļiņu mikrogrāfija (100 nm vai mazāk)

Vidēja vakuuma procesi ir efektīvi pulveru ar īpašām īpašībām ražošanai, kā arī lielam skaitam grūti gaistošu un ugunsizturīgu materiālu. Tiek iegūti metālu Ni, Al, Zn, Pb, Mn, Fe, Co nanopulveri, kā arī sakausējumu pulveri ar daļiņu izmēru 50–100 nm. Process inertās gāzes vidē parasti tiek uzturēts 10–102 Pa spiedienā. Inerta gāze hēlijs, argons, ksenons vai slāpeklis. Sārmu un sārmzemju pulveri, t.i., ķīmiski aktīvo metālu, iegūst ar aptuveni 1 atm spiedienu argona vidē. Ar šo metodi iegūto daļiņu izmērs ir 10–100 nm.

Dzesēšanas metodes Efektīvi samazina daļiņu izmēru. dzesēšanas virsmas, kondensācija vakuumā uz kustīga eļļas apakšslāņa ļauj iegūt daļiņas ar diametru 10 nm un dažos gadījumos pat mazāk. Procesa produkts ir pulvera suspensija eļļā, ko bieži var izmantot bez turpmākas atdalīšanas. Tāpat, izmantojot šo metodi, tika iegūti amorfie metālu pulveri ar īpatnējo virsmu 10 25 m/g.

Nanomateriālu aizsardzība no oksidēšanās, kondensējoties dažādos medijos Metāla nanodaļiņu matricas sintēze: metālu atomu kondensācija vakuumā uz stacionāru vai augošu organisko matricu plēvju virsmu zemā temperatūrā (~77 K). Šajā gadījumā metālu iztvaicēšanai izmanto pretestības un elektronu staru sildīšanu. Rezultātā veidojas ļoti mazas daļiņas ar izmēru 1–10 nm vai amorfas nogulsnes. Šī metode radīja Cr, Ni un An daļiņas benzola matricā. Salīdzinot ar metālu kondensāciju uz neorganiskām pamatnēm, matricas metodei ir priekšrocības: salīdzinoši viegla metāla-organisko kompozītmateriālu sagatavošana, no kuriem dažos gadījumos iespējams izolēt metāla pulverus; katalīzes iespēja tieši procesa laikā bez starpposmiem. katalizatora izolēšana un sagatavošana

Iztvaikošanas kondensācijas metožu priekšrocības: augsta veiktspēja; izkliedes iespēja bez saskares ar aprīkojumu; plēvju, aizsargpārklājumu, emulsiju, kompozītmateriālu vienposma ražošanas iespēja. Metožu trūkumi: nepieciešamība pēc sarežģītas iekārtas, augsta darba intensitāte; par izejvielu izmantojot gatavus metālus vai vajadzīgā sastāva materiālus; plašs daļiņu izmēru sadalījums

Vakuumsublimācijas tehnoloģija Metodes pamatā ir vielas agregācijas stāvokļa maiņa - sublimācija.Nanopulveru iegūšanas process ietver 3 galvenos posmus. 1. Tiek sagatavots apstrādājamās vielas vai vairāku vielu sākotnējais šķīdums. 2. Šķīduma sasaldēšana - mērķis ir fiksēt šķidrumam raksturīgo komponentu vienmērīgu telpisko sadalījumu, lai iegūtu minimālo iespējamo kristalītu izmēru cietajā fāzē. 3. Trešais posms ir šķīdinātāja kristalītu atdalīšana no sasaldētā šķīduma ar sublimāciju.

Visu tehnoloģisko darbību rezultātā tiek iegūts porains ķermenis, ko veido izšķīdušo vielu kristalīti, kas vāji savienoti viens ar otru caur “tiltiem”. Neliela mehāniska iedarbība iznīcina poraino ķermeni, kā rezultātā veidojas pulveris, kura daļiņu izmērs ir vienāds ar sasalšanas stadijā izveidojušos izšķīdušo sāļu daļiņu izmēru. Vakuuma sublimācijas tehnoloģijas izmantošanas efektivitāte ir atkarīga no 2. posma, jo tieši izejvielu šķīduma sasaldēšanas stadija nosaka produkta struktūru un īpašības. Piemēram, palielinoties sasalšanas ātrumam, iegūto strukturālo elementu izmērs, kā likums, samazinās un palielinās komponentu telpiskā sadalījuma vienmērīgums.

Galvenās nanopulveru iegūšanai izmantotā sākotnējā šķīduma sasaldēšanas metodes ir: 1. izsmidzināšana kriogēnos šķidrumos (parasti šķidrā slāpeklī), 2. izsmidzināšana vakuumā (iztvaikošanas sasaldēšana), 3. šķīduma izsmidzināšana vai plānslāņa uzklāšana uz atdzesēta metāla virsma (kontaktkristalizācija) Pietiekama efektivitāte un ilgtspējīga tehnoloģiskā procesa realizācija - 2. un 3. metodei

Iztvaikošanas saldēšana 1 - maisītājs; 2 - vakuuma kamera un ledusskapis; 3 - sildītājs; 4 - akumulators Šķīdumu iztvaikošanas sasaldēšana (jeb pašsasaldēšana) tiek realizēta šķīdinātāja intensīvas iztvaikošanas rezultātā vakuumā, pie spiediena, kas ir zemāks par trīskāršajam punktam atbilstošu spiedienu Saldēšanas iekārtā, kur darba spiediens ir uzturēts pie 0,05 mm Hg. Art. un temperatūra nav augstāka par 40 °C, sākotnējais šķīdums tiek piegādāts no maisītāja. Šajā gadījumā šķidruma strūkla tiek izkliedēta pilienos, kas sasalst lidojuma laikā. Iegūtās kriogranulas piepilda sildītāja trauku, kurā tiek veikts šķīdinātāja sublimācijas process no tām. Rezultāts ir produkts sfērisku granulu masas veidā, kas sastāv no izšķīdušas vielas.

Nanomateriāli: ferīti, oksīdi, nitrīdi, karbīdi, savienojumi ar augstas temperatūras supravadītspēju uc Vakuuma sublimācijas tehnoloģijas priekšrocības: produkta granularitāte, kas atvieglo tā transportēšanu ar minimālu putekļu veidošanos un veicina ilgstošu uzglabāšanu bez manāmām īpašību izmaiņām; zema putekļu veidošanās, kas palielina nanomateriālu sintēzes drošību; labvēlīgi priekšnoteikumi nepārtrauktas ražošanas organizēšanai. Trūkumi: šķīdības ierobežojumi sašaurina ar šo metodi iegūto materiālu sarakstu; Lai veiktu sublimācijas procesu, ir nepieciešams īpašs aprīkojums.

Nanomateriālu sagatavošana, izmantojot cietās fāzes transformācijas Dispersiju veic cietā vielā, nemainot agregācijas stāvokli Kontrolēta kristalizācija no amorfā stāvokļa ir viena no metodēm beztaras nanomateriālu iegūšanai. Metode sastāv no amorfa materiāla iegūšanas, piemēram, rūdīšanas no šķidrā stāvokļa un pēc tam kristalizējot to kontrolētos karsēšanas apstākļos. Šo metodi var izmantot, lai iegūtu nanomateriālus ar noslieci uz amorfizāciju: dažādus pārejas metālu sakausējumus ar nemetāliem, piemēram, Fe B, Fe Si B, Fe Cr B, Fe Mo Si B, Ti Ni Si, Ni P, Fe Cn Nb B, kā arī Se , Fe Zr, Al Cr Ce Co u.c.

Iegūtie kristalītu izmēri ir atkarīgi no materiāla īpašībām un termiskās apstrādes veida. Piemēram, graudu izmērs sešstūra modifikācijas selēnā atkarībā no atkausēšanas temperatūras svārstījās no 3 līdz 70 nm, bet FeMoSiB sakausējumā - no 15 līdz 200 nm. Kontrolētas kristalizācijas no amorfā stāvokļa metodes priekšrocības: iespēja iegūt plēvi un masveida nano un amorfos kristāliskos materiālus; neporainu materiālu ražošana. Ierobežojumi: kompozīcijām, kuras var amorfizēt; atbilstoši saņemto produktu izmēram.

Sakausējumu ar augstas enerģijas daļiņām apstarošanas metode Radiācijas iedarbības rezultātā veidojas dislokācijas cilpas, kas tiek pārkārtotas nanokristālu apakšrobežās un robežās. Apstarošanu veic ar Kr joniem ar enerģiju 1,5 Me. B 500–700 °C temperatūrā iekārtā, kurā apvienots elektronu mikroskops un jonu paātrinātājs. Nanostruktūras veidošana tika veikta uz austenīta tēraudiem X 15 N 15 MZT 1 un X 16 N 8 MZ. Nanomateriālu graudu izmērs bija 20–85 nm.