МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кемеровский государственный университет»

Кафедра неорганической химии

Синтез наноразмерных структур металлов

Выполнил:

Студент гр. Х-103

Байдуганов О.А.

Проверил:

д.х.н. профессор Суровой Э.П.

Кемерово 2013

Синтез наноразмерных структур металлов

В последние годы все большее внимание уделяется исследованию физических и химических свойств наноразмерных структур, включая металлические и металлсодержащие структуры, разработке методов и изучению закономерностей их синтеза, выяснению возможностей их применений при создании сверхминиатюрных устройств. Уже сейчас на основе нанотехнологических разработок производятся и применяются материалы с повышенными прочностными характеристиками, бактерицидными, магнитными и каталитическими свойствами. Такие материалы необходимы для решения проблем современной энергетики, химической промышленности, биотехнологии, медицины, защиты окружающей среды. Для успешного внедрения нанотехнологий в промышленность необходимы эффективные методы синтеза наноразмерных частиц металлов и создания нанокомпозитных материалов с заданными свойствами.

Наночастицы и кластеры металлов - важное состояние конденсированной фазы. Подобные системы имеют много особенностей и не наблюдаемых ранее новых физико-химических свойств. Наночастицы можно рассматривать как промежуточные образования между атомами, с одной стороны, и твёрдым состоянием - с другой. Они обладают изменяемым набором свойств, зависящих от размера. Одной из главных причин изменения физических и химических свойств частиц по мере уменьшения их размеров является возрастание в них относительной доли "поверхностных" атомов, находящихся в иных условиях, чем атомы объёмной фазы. С энергетической точки зрения уменьшение размеров частицы приводит к возрастанию доли поверхностной энергии в её химическом потенциале.

Наночастицы металлов находят применение в различных областях исследования, например, в катализе, фотонике, медицине, биологии, создании новейших материалов с уникальными свойствами.

В последнее время появилось множество работ, посвящённых синтезу наночастиц металлов в водных растворах. Используются различные способы восстановления ионов серебра: химический, фотохимический, радиохимический и ряд других

Разработаны методы синтеза наноразмерных порошков металлов: никеля, кобальта, меди, висмута, серебра - основанные на термическом разложении и восстановлении их карбоксилатов в органических жидкостях с высокой температурой кипения. Варьируя условия проведения процесса, можно регулировать размер частиц металла.

Восстановление механической смеси стеаратов серебра и висмута приводит к образованию сферических агрегатов размером до 1 мкм, состоящих из мелких, размером до 100нм частиц серебра и висмута. Преимущества метода - простота реализации и возможность масштабирования процесса.

Области применения - электронная промышленность:

• для производства многослойных конденсаторов

• для изготовления фильтрующих элементов и различных сплавов

• для приготовления катализаторов и т.п.

Метод электрической эрозии в жидкости, применяемый для синтеза наноструктур сравнительно недавно, характеризуется низкой себестоимостью и достаточно высокой производительностью. Среди преимуществ этого метода следует отметить высокую эффективность, простоту отделения нежелательных продуктов (микрочастиц) посредством седиментации, возможность создания композитных структур при участии атомов, образующихся в результате разложения молекул жидкости, в которой производится разряд.

Метод получения металлического наноразмерного порошка включающий нагревание исходного металла в потоке инертного газа до температуры испарения исходного металла с образованием паров металла в потоке инертного газа и выделение из названного потока инертного газа металлического порошка при температуре ниже температуры плавления исходного металла. Нагревание исходного металла осуществляют пучком электронов, обладающим энергией 0,4-3 МэВ и мощностью не более 200 кВт, при давлении, близком к атмосферному, и расходе потока инертного газа 0,5-25000 л/мин. Обеспечивается получение металлических наноразмерных порошков в промышленных масштабах и высокая чистота получаемых металлических наноразмерных порошков.

1. Способ получения металлического наноразмерного порошка, включающий нагревание исходного металла в потоке инертного газа до температуры испарения исходного металла с образованием паров металла в потоке инертного газа и выделение из названного потока инертного газа металлического порошка при охлаждении паров металла до температуры ниже температуры плавления исходного металла, отличающийся тем, что нагревание исходного металла осуществляют пучком электронов, обладающим энергией 0,4-3 МэВ и мощностью не более 200 кВт, при давлении, близком к атмосферному, и расходе потока инертного газа 0,5-25000 л/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пучок электронов генерируют ускорителем электронов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что инертным газом является аргон, или гелий, или неон, или криптон, или ксенон, или углекислый газ, или их смесь.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: медь, серебро, золото.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: бериллий, магний, кальций, цинк, стронций, кадмий, барий, радий.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: алюминий, скандий, галлий, иттрий, индий, лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, торий, уран.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: кремний, титан, германий, цирконий, олово, гафний, свинец.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: ванадий, ниобий, сурьма, тантал, висмут.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: хром, молибден, вольфрам, полоний.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: марганец, технеций, рений.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходным металлом являются по меньшей мере два металла, которые нагревают совместно.

Список литературы

1. http://www.freepatent.ru/patents/2432231

2. http://www.masters.donntu.edu.ua/2010/feht/bushnaya/library/article2.htm