Методы получения нанодисперсных веществ. Получение нанодисперсных порошков плазмохимическим методом. Механический и детонационный синтез, электрический взрыв проводников как способы получения наноматериалов. Метод осаждения из коллоидных растворов.
При низкой оригинальности работы "Перспективы развития методов получения нанодисперсных веществ", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Поликристаллические сверхмелкозернистые материалы со средним размером зерен от 100-150нм, называют обычно субмикрокристаллическими, а со средним размером зерен менее 40 нм - нанокристаллическими. Важная роль среди них отведена металлам, сплавам и многокомпонентным композитам. Температура ее плавления 1770°С в то время была недостижимой, а спекание в специальной форме этого металла, измельченного до порошка, уже тогда удалось осуществить при более низкой температуре. В начале XX в. эта технология вновь привлекла к себе внимание в ряде стран, что позволило производить материалы, обладающие уникальными свойствами повышенной твердостью, износостойкостью и другими ценными качествами, получение которых иными способами недостижимо. Все производимые в настоящее время наноматериалы подразделяют на четыре группы: оксиды металлов и кремния, сложные оксиды (состоящие из двух и более металлов), порошки чистых металлов и смеси.В реальных условиях плазмохимического синтеза получение наночастиц целесообразно осуществлять за счет увеличения скорости охлаждения потока плазмы, в котором происходит конденсация из газовой фазы; благодаря этому уменьшается размер образующихся частиц, а также подавляется рост частиц путем их слияния при столкновении. К настоящему времени плазмохимическим методом получены высокодисперсные порошки нитридов титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, бора, алюминия и кремния; карбидов титана, ниобия, тантала, вольфрама, бора и кремния; оксидов магния, иттрия и алюминия. Плазмохимические порошки карбидов металлов, бора и кремния обычно получают взаимодействием хлоридов соответствующих элементов с водородом и метаном или другими углеводородами в аргоновой высокочастотной или дуговой плазме; нитриды получают взаимодействием хлоридов с аммиаком или смесью азота и водорода в низкотемпературной СВЧ - плазме. Образование нанопорошков оксида алюминия с минимальным размером частиц (размером 10-30 нм) достигается при взаимодействии паров металла с кислородом воздуха в условиях интенсивного вдувания воздуха, за счет чего происходит быстрое снижение температуры. Переход от порошков с характерными размерами частиц ~1-10 мкм, традиционно использующихся в композиционном материаловедении, к нанодисперсным порошкам с характерными размерами частиц 10-100 нм, позволяет добиться как существенного улучшения свойств существующих композиционных материалов, так и получения композиционных материалов с принципиально новыми свойствами, что обусловлено изменением физико-химических свойств порошков при достижении нанометрового размера частиц.Характерными особенностями нанопорошков, получаемых ЭВП - технологией, являются: сравнительно небольшой, по сравнению с другими физическими методами, разброс частиц по размерам; Применение нанопорошков, полученных ЭВП - технологией открывает для ученых, инженеров и технологов широчайшие возможности в области создания новейших материалов и технологий, принципиально новых приборов и устройств. Используя нанопорошки, например как добавки, можно значительно улучшить качество многих продуктов - лекарств, смазочных материалов, топлив, полимеров, фильтров, геттеров, присадок к смазочным материалам, красящих и магнитных пигментов, компонентов низкотемпературных высокопрочных припоев и др. Пример установки для получения нанопорошков методом ЭВП изображен на рисунке: Элементы установки собраны в два блока: генератор импульсов электрической энергии и модуль по производству нанопорошка. Общие закономерности образования наночастиц в жидких средах зависят от множества факторов: состава и свойств исходного вещества (раствора, расплава);Анализ технической и научной литературы по данной проблеме показал, что на сегодняшний день существует достаточно большое количество методов и технологий получения ультра и нанодисперсного вещества. Самыми распространенными являются методы: газофазного синтеза, плазмохимического синтеза, осаждения из коллоидных растворов, термического разложения и восстановления, механического и детонационного синтеза, электрического взрыва проводников (ЭВП), лазерной абляции.
Вывод
Анализ технической и научной литературы по данной проблеме показал, что на сегодняшний день существует достаточно большое количество методов и технологий получения ультра и нанодисперсного вещества. Самыми распространенными являются методы: газофазного синтеза, плазмохимического синтеза, осаждения из коллоидных растворов, термического разложения и восстановления, механического и детонационного синтеза, электрического взрыва проводников (ЭВП), лазерной абляции.
Одним из самых надежных и производительных методов, является плазмохимический. Он имеет ряд преимуществ перед другими методами, такие как: высокая производительность;
высокая скорость образования и конденсации соединения;
химические реакции образования целевого продукта протекают в газовой фазе при очень высоких температурах, что обуславливает их высокую скорость и высокую производительность реактора;
продукты получаются в результате конденсации соединений из газовой фазы и, как правило, представляют нанодисперсные порошки;
дисперсность частиц составляет от 10нм до 100 - 200нм;
исходное сырье может быть подвергнуто глубокой очистке, в ходе реакции оно не соприкасается со стенками реактора;
метод позволяет путем смешивания исходных паров получать на выходе сложные вещества, а также твердые растворы и композиты. для нагрева исходного материала в плазмохимических методах могут использоваться как дуговые (электродные), так и безэлектродные плазмотроны, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками, определяющими области их применения.
К основным недостаткам плазмохимического синтеза можно отнести: широкое распределение частиц по размерам;
высокое содержание примесей, вследствие эрозии электродов.
Таким образом, плазмохимический синтез является одним из наиболее перспективных способов получения нанодисперсных порошков в промышленных масштабах.
Поэтому, актуальным является совершенствование методики плазменного синтеза нанопорошков путем исследования процессов синтеза и разработки новых установок для синтеза нанодисперсных веществ.
Список литературы
1. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. Екатеринбург: УРО РАН. 1998.
2. Зобов К.В., Обанин В.В., Труфанов Д.Ю., Завьялов А.П. Методы исследования движения нанодисперсных сред и определение их основных макро и микро параметров. Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, г. Новосибирск, 2009.
3. Золотухин И.В., Калинин Ю.Е., Стогней О.В. Новые направления физического материаловедения: Учебное пособие. - Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 2000. - 360 с.
4. Обанин В.В., Труфанов Д.Ю., А.П.Завьялов, К.В.Зобов. Методы исследования движения нанодисперсных сред и определение их основных макро и микропараметров. Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, г. Новосибирск, 2009.
5. Цветков Ю.В., Самохин А.В., Алексеев Н.В., Благовещенский Ю.В. Физикохимия и технология плазмохимического синтеза нанопорошков элементов и соединений. Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва, 2008.
6. Чурилов Г. Н. Плазменный синтез фуллеренов // ПТЭ. - 2000. - № 1. - С. 5-15.
7. Рудской А.И. Нанотехнологии в металлургии. - СПБ.: Наука, 2007.-186с.
8. Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: учебник для втузов / под ред. Селиванова В.В. - М.: Изд-во МГТУ Н.Э. Баумана, 2008. - 648с.: ил.
9. - Российский электронный наножурнал (нанотехнологии и их применение).
10. - Термическая плазма в нанотехнологиях.
11.
Размещено на Allbest.ru/
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
