Способы получения
Существует два принципиально разных способов создания наноразмерных материалов. Технологии условно названые «снизу-вверх» и «сверху-вниз». Технология «сверху-вниз» основана на уменьшении размеров фактических тел вплоть до достижения нанопараметров. О возможности и перспективности развития способа «снизу-вверх» впервые заговорил в 1959г. Р.Фейман[Р.Ф.Фейнман. Внизу полным полно места: приглашение в новый мир физики.// Рос.хим.ж-л.2002,т.XLVI, №5, с4-6]. Способ «снизу вверх» представляет собой сборку материалов из отдельных атомов, молекул, биологических клеток и т.п. Широкое развитие применения данного метода стало возможным с развитием зондовой микроскопии, которая позволила не только наблюдать нанообъекты, но и управлять структурными единицами. Наноматериалы являются связующим звеном между классическим и квантово-механическим миром.
Способами получения наноразмерных структур являются методы диспергирования и агрегации. Метод диспергирования представляет собой дробление крупных частиц до наноуровня, а метод агрегации, наоборот, предполагает образование наночастиц путем химического превращения соединения предшествениика(прекурсора) с последующей агрегацией молекул или атомов продукта реакции. Однако с точки зрения термодинамики в обоих способах получения образуется избыток поверхностной энергии, и образовавшаяся система стремится этот избыток погасить, в результате происходит самопроизвольная агрегация частиц. Таким образом, возникают задачи предотвратить агрегацию. Важным является тот факт, что одни и те же материалы, полученные разными методами «снизу вверх» или «сверху-вниз», имеют принципиальные структурные различия. Так при диспергировании в образцах сохраняется исходная структура, а при агрегации частицы могут иметь другое пространственное расположение атомов, что приведет к различию свойств тех или иных материалов.
Основой создания наноматериалов являются ультрадисперсные порошки [вставить статьи и книги]. Порошки являются сырьем для получения консолидированных наноматериалов, кроме того являются и самостоятельными объектами исследования. Методы получения нанопорошков: физические, химические и физико-химические.
Физические методы получения нанопорошков: катодное распыление, молекулярные пучки, электровзрыв, механическое диспергирование и др.Одним из простых методов является метод помола или диспергирования в твердой фазе с помощью шаровых или планетарных мельниц[В.В.Скороход_____, Т.Е.Константинова, И.А.Даниленко, В.В.Токий, В.А.Глазунова. Получение нанодисперсных порошков диоксида циркония. От новации к инновации. // Наука та iнновацii, 2005. Т.1. №3. с.76-87]. Получение нанопорошков с помощью взрыва – электрический взрыв проводников с последующей конденсацией продуктов взрыва в инертной атмосфере или в специально-созданной газовой среде. Также применяются модифицированные методы осаждения из паровой фазы.
Химические методы получения нанопорошков представляют собой осаждение из жидкой и газообразной фаз, применение термической диссоциации неустойчивых соединений, восстановление окислов и др. [добавить ссылки].
В настоящее время широкое применение находят гибридные методы получения нанопорошков: совмещение физических и химических методов - использование высокоэнергетических физических воздействий (СВЧ, магнитные импульсы, ультразвук и т.п.). Такое сочетание методов позволяет получать порошки с низкой степенью агломерации.
Выделяются следующие современные комбинированные методы: плазмохимический синтез и синтез в дуговом разряде; химическая конденсация из пара (CVD), в котором реагенты испаряют. Затем пары смешивают и конденсируется фаза в высокодисперсном состоянии [В.В.Скороход]; интенсивная пластическая деформация (ИПД)[ссылки вставить] – этот метод позволяет формировать наноструктуры в монолитных металлах и сплавах.
Нанопоршки позволяют создавать объемные материалы с нанокристаллической структурой, но важную роль в развитии современной науки играют материалы на основе пленок. Тонкопленочные наноразмерные структуры применяются в качестве адсорбентов и катализаторов, наполнителей компазиционных материалов, являются мембранными системами и др. [ссылки]. Тонкопленочные системы находят применение в различных областях электроники и технике. Методами создания тонких пленок являются – эпитаксальные методы: Molecular Beam Epitaxy (наращивание пленок на подложках) и Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (осаждение пленок из метал-органических соединений). Альтернативным методом служит молекулярного наслаивания и атомно-силовая эпитаксия, основанные на формировании химических соединений при хемосорбции из газовой фазы, в результате можно получать сплошные пленки при толщинах в несколько монослоев вещества. Как правило его применяют для синтеза бинарных соединений [А.А.Малыгин. Химическая сборка поверхности твердых тел методом молекулярного наслаивания// Сор.образ.ж-л, 1998, №7, с. 58-64].