- •1. Аналитический обзор
- •Применение нанотехнологий в медицине
- •1.1.1 Наноматериалы
- •1.1.2 Наночастицы
- •1.1.3 Микро- и нанокапсулы
- •1.1.4 Нанотехнологические сенсоры и анализаторы
- •1.1.5 Медицинские применения сканирующих зондовых микроскопов
- •1.1.6 Наноманипуляторы
- •1.1.7 Микро- и наноустройства
- •1..2 Примеры применения наночастиц металлов
- •Биомедицинские применения d-металлов
- •1.2.2 Биомедицинские применения золотых наночастиц: современное состояние и перспективы развития.
- •1.2.4. Магнетиты
- •Новые дендримерные наночастицы, в состав которых входят направляющие молекулы и красители, способны находить в организме злокачественные клетки, специфически связываться с ними и уничтожать их.
- •1.3 Воздействие наночастиц на организм человека
- •2 Способы получения нанопорошков металлов
- •2.1 Производство металлических порошков электролизом
- •2.2 Электроосаждение на неподвижных твердых электродах
- •2.3 Выделение высокодисперсных порошков на жидких металлических катодах
- •2.4 Осаждение высокодисперсных металлов в двухслойной ванне
- •2.5 Электролиз расплавленных сред
- •2.6 Сравнение способов получения нанопорошков металлов
- •2. Получение монокристаллов в двухслойной ванне
- •2.1 Особенности процесса и его назначение
- •2.2 Верхний слой двухслойной ванны
- •2.3 Нижний слой двухслойной ванны
- •2.4 Форма нитевидных кристаллов, получаемых в двухслойной ванне
- •2.5 Плотность тока и изменение потенциала катода двухслойной ванны при электрокристаллизации
- •3 Устройства для получения порошков с нитевидными кристаллами
- •3.1 Основные требования к конструкции устройств
- •3.2 Катоды двухслойной ванны
- •3.2.1 Вращающиеся дисковые катоды
- •3.2.2 Электролизёр с неподвижным решётчатым катодом
- •3.3 Обработка порошка после его получения
- •4 Аппаратура и методика эксперимента
- •4.1 Приготовление растворов и условия эксперимента
- •5 Экспериментальная часть
- •5.1 Результаты исследований
- •5.1.1 Влияние условий электролиза на образование нитевидных порошков в двухслойной ванне
2.6 Сравнение способов получения нанопорошков металлов
Рассмотренные способы получения высокодисперсных порошков металлов имеют как преимущества, так и недостатки. Процесс получения порошков металлов на неподвижных твердых электродах осложняется необходимостью немедленных операций, связанных со стабилизацией порошков в отношении коррозии. При получении порошков в двухслойной ванне отсутствуют операции, связанные с защитой высокодисперсных металлов от окисления, но порошок надо отмывать от применяемого ПАВ, что несколько упрощает процесс последующей обработки полученных порошков. Электролиз водных растворов с применением ртути используется только для получения металлов, нерастворимых в ртути, например железа, кобольта и др. Игольчатые и нитевидные монокристаллы можно получать только в двухслойной ванне. Способ получения порошков металлов с подвижными катодами встречает некоторые трудности при внедрении его в производство, обусловленные необходимостью проектирования электролизеров со специальным токоподводом, вращающимся валом и катодами.
Выбор того или иного способа получения высокодисперсных порошков металлов зависит в конечном счете от требований, предъявляемых промышленностью к характеристикам порошков.
2. Получение монокристаллов в двухслойной ванне
2.1 Особенности процесса и его назначение
Метод получения наноразмерных (коллоидных) металлов с применением двухслойной ванны предложен Э.М. Натансоном [5]. Электролизёр такой ванны в два несмешивающихся слоя заполняется водным раствором соли выделяемого металла – нижний слой, и раствором поверхностно-активного вещества (ПАВ) в органической жидкости – верхний слой. Ниже границы раздела слоёв, пересекая верхний слой, периодически погружается в водный раствор рабочая поверхность катода. Одним из видов периодического погружения поверхности катода является применение вращающегося диска. Ось такого вращающегося катода параллельна границе раздела слоев. Рабочая поверхность катода опущена ниже этой границы. Металлические аноды располагаются в водном растворе электролита. При пропускании тока на катоде выделяются мелкие порошковые частицы, слабо связанные с поверхностью катода. С переходом рабочей поверхности катода в верхний слой частицы отделяются от неё. Смоченные органическим раствором ПАВ они накапливаются в верхнем слое, образуя органозоль. Органический слой оказывался хорошей защитой от окисления весьма активных частиц порошков металлов.
Условия электролиза при получении высокодисперсных порошков в работах Натансона и его школы характеризуются высокой скоростью вращения катода (30 – 60 оборотов в минуту), низким содержанием ПАВ в верхнем слое (0,03 – 0,05 % объёмных).
Авторы [5] объясняют образование мелкодисперсных частиц тем, что рост кристаллов происходит только на активных участках поверхности катода, расположенных ниже границы раздела слоёв на участках десорбции ПАВ. Процесс идёт с высокими скоростями, что в присутствии ПАВ обеспечивает малые размеры отдельных частиц. Полагают, что при прохождении поверхностью катода органического слоя, она пассивируется растворённым в нём ПАВ. При этом катод в рассматриваемых условиях, как установлено в опытах [7] полностью отделён от нижнего слоя неэлектропроводной плёнкой раствора верхнего слоя. Когда на электролизёр подаётся напряжение, электрическое поле, возникающее между нижним слоем и соответственно катодом, заставляет нижний слой притягиваться к катоду. Этот нижний слой вблизи вершин микровыступов катода выдавливает плёнку верхнего слоя (тангенциально поверхности катода), и нижний слой входит в соприкосновение с поверхностью катода – неэлектропроводная плёнка верхнего слоя «продавливается» силами электрического поля. ПАВ на активных участках поверхности катода частично десорбируются и на запассивированной поверхности образуется зародыш.
В двухслойной ванне получены монокристаллические нитевидные ультратонкие частицы железа, кобальта, меди, серебра, сплавов ряда металлов, в том числе железо-кобальт, железо-никель, железо-цинк [6].