Наноматериалы и нанотехнологии. Нанопорошки

2.Конденсация вещества в зависимости от условий испарения металла (давления газа, расположения и температуры зоны конденсации) может осуществляться как в объеме, так и на поверхности реакционной камеры (гомогенная и гетерогенная конденсация соответственно).

3. Сбор полученного конденсацией нанокристаллического порошка с использованием специальных фильтров или центробежного осаждения.

Наноматериалы и нанотехнологии. Нанопорошки

Основными закономерностями образования нанокристаллических частиц методом испарения и

конденсации являются следующие:

1. Образование наночастиц происходит при охлаждении пара в зоне конденсации, которая тем больше, чем меньше давление газа (т.к. с уменьшением давления газа увеличивается средняя длина свободного пробега атомов испарившегося металла, а, следовательно, уменьшается и эффективность их торможения. Внутренняя граница зоны конденсации находится вблизи испарителя, а ее внешняя граница по мере уменьшения давления газа может выйти за пределы реакционной камеры. При давлении, равном нескольким сотням Па, внешняя граница зоны конденсации находится внутри реакционной камеры диаметром, не меньшим 0,1 м, и в процессе конденсации существенную роль играют конвективные потоки газа.

Наноматериалы и нанотехнологии. Нанопорошки

2. При увеличении давления газа от десятков до нескольких сотен Па средний размер частиц сначала быстро увеличивается, а затем медленно приближается к предельному значению в области

давлений более 2500 Па.

3. При одинаковом давлении газа переход от гелия к ксенону, т.е. от менее плотного инертного газа к более плотному, сопровождается ростом размера частиц в несколько раз.

4.Увеличение давления паров металла (или температуры испарения) приводит к росту размера частиц (также как и давления инертного газа).

5.Для конденсатов, полученных конденсацией в

объеме реакционной камеры, характерны частицы сферической формы, тогда как частицы

поверхностного конденсата имеют огранку.

Наноматериалы и нанотехнологии. Нанопорошки

Схема получения высокодисперсных металлических порошков в левитационно- струйном генераторе: 1 – испаритель, 2 – капля, 3 – индуктор, 4

– аэрозоль, 5 – холодильник, 6 – фильтр, 7 – контейнер, 8 – насос, 9 – механизм подачи проволоки

Наноматериалы и нанотехнологии. Нанопорошки

Достоинства

метода испарения и конденсации:

- возможность получения чистых порошков (содержание примесей определяется содержанием примесей в исходных испаряемых материалах);

-получение порошков в широком интервале размеров (от 2 до нескольких сотен нанометров в зависимости от режимов процесса) с узким распределением (наиболее мелкие частицы контролируемого размера получают с помощью разделения кластеров по массе во время-пролетном в масс- спектрометре);

Наноматериалы и нанотехнологии. Нанопорошки

-возможность получения не только чистых металлов, сплавов и интерметаллидов, но и нанокристаллических порошков оксидов, нитридов, карбидов, а также их смесей путём добавления в инертную газовую среду соответствующих газов- реагентов - кислорода, азота, аммиака, метана и т.д.

Недостатки:

-конденсация порошка на стенках камеры - низкая производительность

Наноматериалы и нанотехнологии. Нанопорошки

Методы распыления расплава

Схемы получения нанопорошков методом распыления жидкого расплава:а - соосным потоком инертного газа; б - перпендикулярным

потоком; в - в электрической дуге на вращающемся электроде; 1 - расплав; 2 - нагреватель; 3 - инертный газ; 4 - капли расплава; 5 - диспергированный материал; б - электрическая дуга; 7 - неподвижный электрод; 8 - вращающийся электрод

Наноматериалы и нанотехнологии. Нанопорошки

Взрывное распыление расплава

Наноматериалы и нанотехнологии. Нанопорошки

Процесс распыления вращающегося электрода

Порошок, полученный распылением вращающегося электрода, в сканирующем электронном микроскопе