10. Плазмохимический синтез

Сущность. Исходные вещества поступают в низкотемпе­ратурную плазму, где между ними интенсивно протекают хими­ческие процессы. На следующем этапе, после закалки продуктов реакции, происходит выделение наночастиц из потока.

Размер наноструктур. Частицы металлов, нитридов, кар­бидов, боридов, оксидов плазмохимических порошков являются монокристаллами и имеют размеры от 10 до 100-200 нм и более.

Регулирование. Получить порошки с заданными составом, формой и размером частиц можно, варьируя скорость и давление плазмообразующего газа, температуру плазмы, интенсивность охлаждения. Существенное влияние на процесс формирования наночастиц оказывают геометрия камеры и электродов, длитель­ности процесса.

Модификации. Наиболее высокой мощностью и коэффици­ентом полезного действия обладают дуговые плазмотроны, одна­ко получаемые в них материалы загрязнены продуктами эрозии электродов; безэлектродные высокочастотные и СВЧ плазмотроны не имеют этого недостатка, но характеризуются понижен­ной производительностью.

Плазма, в которой протекает химическая реакция, может ге­нерироваться и поддерживаться лазерным излучением. Так, на­пример, при испарении лазерным излучением алюминия в среде, содержащей кислород или, его оксида получают нанопорошок для алюмооксидной керамики.

Плазменно-активированное химическое газофазное осажде­ние (PECVD-метод) позволяет получать из летучих элемент органических соединений как порошки наночастиц, так и компо­зитные пленки наноразмерной толщины.

Достоинства. Плазмохимический синтез отличается до­статочно высокой производительностью.

Недостатки. Широкое распределение частиц по размерам, наличие довольно крупных (до 1-5 мкм) частиц, низкая селек­тивность процесса, высокое содержание примесей в порошке.

11. Получение наночастиц путем диспергирования

Сущность. За счет механического взаимодействия частиц материалов между собой и с деталями мельницы происходит деформирование этих частиц, а затем релаксация напряженного достояния путем разрушения. Процессу измельчения препят­ствует агломерация частиц, которая вызывается большой удель­ной поверхностью.

Диспергирование веществ производят в различных по конструкции мельницах: шаровых, вибрационных, бисерных, коллоидных, а также в аттриторах, планетарных и дифференциальных центробежных машинах и других аппара­тах.

Размер наноструктур. Размер агломератов, которые со­стоят из кристаллитов размером не менее 10-20 нм, превосходит уровень в 100 нм.

Регулирование. Управляя интенсивностью измельчения и температурой в камере, подобрав среду и геометрические соот­ношения определяющих размеров, возможно получение различ­ных по размеру, форме и степени агрегированности наночастиц.

Модификации. Применение ПАВ, эмульгаторов, стабили­заторов позволяет уменьшить агломерацию частиц и тем самым добиться получения более тонкого порошка. Некоторые ПАВ могут выполнять защитные функции (например, предотвратить окисление).

При достаточной лиофильности и низкой поверхностной энергии диспергирование может идти самопроизвольно.

Достоинства. Механическое истирание является наиболее производительным способом получения больших количеств нанокристаллических порошков различных материалов: металлов, сплавов, интерметаллидов, керамики, композитов.

Недостатки. Невозможность получения очень тонких по­рошков, загрязнение материалом футеровки и мелющих тел, окисление, высокие затраты энергии, низкий КПД.