Золь-гель методом

Переводя золь в гель, получают структурированные коллоидные системы. Твердые частицы дисперсной фазы соединены между собой в рыхлую пространственную сетку, которая содержит в своих ячейках жидкую дисперсионную среду, лишая текучести систему в целом. Контакты между частицами легко и обратимо разрушаются при механических и тепловых воздействиях.

Гели с водной дисперсионной средой называются гидрогелями, а с углеводородной – органогелями.

Высушиванием геля можно получать аэрогели или ксерогели – хрупкие микропористые тела (порошки). Порошки используют для формования изделий, плазменного напыления и так далее.

Гель можно использовать непосредственно для получения пленок или монолитных изделий. В настоящее время золь-гель метод широко используется для получения наночастиц из неорганических неметаллических материалов [9].

1.2.7 Вакуумное испарение

Метод заключается в испарении и последующей конденсации металлсодержащего образца в вакууме на твердую, в том числе и полимерную, или жидкую поверхность. При вакуумном ис­парении на поверхность раскола NaCl были сконденсированы сферообразные частицы Аu с гауссовым распределением по раз­мерам и средним диаметром 10 нм. Еще более мелкие час­тицы, агломерированные в цепочечные островки толщиной около 4,0 нм, были получены при испарении Аu в сверхвысоком вакууме (0,5 мкПа) и конденсации на стеклах Croning 7059. Они равномерно распределены по поверхности со средним межчастичным расстоянием около 21,0 нм.

Своеобразной модификацией метода является высокопроиз­водительный способ получения НРЧ путем конденсации ме­таллсодержащего пара на вращающуюся поверхность диска, по­крытую высокотемпературным маслом, оли­гомером. Он позволяет, как концентрировать суспендированные в масле неагломерированные порошки НРЧ путем последующей вакуумной дистилляции, так и полу­чать ферромагнитные жидкости.

Замена масла на жидкий азот позво­ляет осуществить одновременно кон­денсацию паров металлов и органических растворителей или легколетучих полимеров для стабилизации НРЧ металлов. Принципи­альная схема такой криогенной установки приведена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Схема криогенного реактора для получения матрично

Изолированных нрч

Криогенный реактор состоит из: 2 – ввод паров реагентов; 3 – подложка, охлаждаемая жидким азотом; 4 – вакуум.

Таким способом были получены порошки НРЧ Сu (50 нм), Ag (70 нм). Al (100 нм), Ni (20 нм). Со (20 нм), Fe (20 нм) с удельной по­верхностью соответственно 13,5; 3,0; 7,9; 43,8; 47,9; 46,0 м²/г. Этот криогенный вариант важен для получения матрично-изолиро­ванных НРЧ, стабилизированных полимерной матрицей [8].

1.3 Исследования структуры наночастиц различного состава, строения и технологии получения

1.3.1 Исследование габитуса наночастиц, полученных методом диспергирования

Анализ литературных источников свидетельствует о том, что технологии получения наночастиц существенно влияют на их модифицирующее действие в полимерных матрицах. В зависимости от технологии (диспергирование или конденсация), наночастица приобретает различный габитус.

При диспергировании кристаллов, начиная с размеров порядка долей миллиметра, форма микрочастиц определяется, в основном, особенностями их кристаллической структуры, т.е. их морфологическая симметрия соответствует точечной группе кристалла. Точечная симметрия характеризует объект, который при перемещении в пространстве при сохранении неподвижной хотя бы одной точки совпадают сами с собой.

На форму крупных кристаллов существенное влияние оказывает не только их точечная симметрия, но и различные дефекты: дислокации, включения, трещины, каверны и т.д. Чем меньше кристалл, тем большую роль играет их точечная симметрия.

Форма кристалла описывает габитус микрочастицы до тех пор, пока поверхностные силы не имеют решающего влияния на взаимоконфигурацию атомов. Когда поверхностные силы велики, то в кристаллических многогранниках в соответствии с принципом наименьшей энергии равновесных состояний форма микрочастицы преобразуется в сферы, эллипсоиды вращения или трёхосные эллипсоиды. Точечные группы кристаллов с большей степенью вероятности позволяют предсказать форму наночастиц, полученных на их основе. Точечные группы нанокристаллов являются предельными переходами точечных групп кристаллов, из которых путём их диспергирования получены нанокристаллы [10,11,13].

1.3.2 Исследование габитуса наночастиц, полученных методом конденсирования

Наночастицы можно получать не только методом диспергирования, но и конденсированием из жидкой или газовой сред. При этом центрами роста часто служат атомные агрегаты вещества, частицы или кристаллы ко­торого требуется получить.

Рассмотрим случай, когда вещество многоатомное. Форма атома моделируется сферой, а центром роста является отдельный атом. Следовательно, в рамках такого приближения можно использовать модели шаровых упаковок. Для такого вида атомных систем вводится ряд характеристик, из которых основными являются следующие: координационное число (КЧ) - это число шаров, контактиру­ющих с выбранным за начальный атом (шар); коэффициент упаковки (компактности) (К), который определяется отношением суммарного объема всех атомов в частице V_a к общему объему частицы V_ч. Для шаров одинакового радиуса r справедлива формула:

_(1.1)

где N- число атомов в объеме частицы или любом другом объеме.

Атомы, контактирующие с начальным, находятся на одинаковом от него расстоянии и их центры расположены на первой координационной сфере. Атомы, примыкающие к атомам пер­вой координационной сферы, формируют вторую координационную сферу и т. д. [12].

Рисунок 1.9 – Плотнейшая плоская шаровая упаковка (слева)