23. Криогенный метод

Сущность. Для получения высокодисперсных порошков из коллоидных и истинных растворов применяется также криогенная сушка. Раствор распыляется в камеру с криогенной средой (например, жидкий азот), где он замерзает в виде мелких частиц. Затем давление газовой среды понижают так, чтобы оно было меньше, чем равновесное давление над замороженным раствори­телем, и нагревают материал при непрерывной откачке. В резуль­тате возгонки растворителя образуются тончайшие пористые гранулы одинакового состава, прокаливанием которых получа­ют нанопорошки.

Размер наноструктур. Согласно теоретическим расчетам данным способом можно получить частицы размером 0,5-5 нм.

Регулирование. Скорость охлаждения и скорость замора­живания определяют размеры, форму, пористость синтезируе­мых частиц.

Модификации. Распыление с матричным компонентом, ко­торый ограничивает агрегацию частиц.

Достоинства. Возможность получения и исследования вы­сокоактивных частиц, монодисперсность.

Недостатки. Агрегация частиц при повышении температу­ры, сложное вакуумно-распылительное оборудование, необходи­мость получения низких температур, высокие затраты энергии, медленная стадия криосушки, малая универсальность метода.

Применение. Существуют проекты криогенных установок для получения наночастиц с расходом солевого раствора 22-25 л/ч и потребляемой мощностью 300 кВт.

24. Термическое разложение (пиролиз)

Сущность. При термическом разложении используют элементоорганические соединения, гидроксиды, карбонилы, формиаты, нитраты, оксалаты, амиды металлов, кристаллогидра­ты, которые при определенной температуре распадаются с об­разованием синтезируемого вещества и выделением газовой фазы. Термолиз веществ можно проводить в газовом (CVD), жидком (растворы, расплавы) и твердом состояниях, путем рас­пыления растворов в разогретую камеру.

Размеры наноструктур. Нижняя граница размеров наночастиц, как правило, не менее 10 нм.

Регулирование, Температурный режим, природа исходных веществ и природа среды, в которой происходит разложение, являются определяющими факторами при образовании частиц. При разложении твердых веществ значительное влияние оказы­вает размер частиц исходного порошка и дополнительная обра­ботка (например, прессование).

Модификации метода отличаются способом нагрева (джоулево тепло, плазма, лазерное излучение) и условиями конденса­ции (на холодной поверхности, в жидкой матрице).

Достоинства. Метод отличается малой энергоемкостью и высокой технологичностью оборудования, возможностью полу­чения одно- и многослойных пленок, простотой их легирования примесями, возможностью контроля процесса.

Недостатки. Невысокая селективность и загрязнение про­дукта.

Применение. Пиролитический метод используется для по­лучения полупроводниковых наноструктурных пленок на осно­ве Sn0₂, применяемых в химико-аналитических датчиках.

При пиролизе кремнийорганических соединений возможно получение нанопористой керамики, имеющей поры с бимодаль­ным распределением по размерам.

Термическое разложение применяется для нанесения токопроводящих покрытий при получении электрообогреваемых стекол для авиации, фасадов, зимних садов и др.