Наноқұрылымды материалдарды алу

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Наноқұрылымды материалдарды алу

Қазіргі кезде наноматериалдардың түрлерін алудың көптеген өндірістік әдістері бар. Алайда осы ерекше материалдар мен олардың негізіндегі композиттерді алу әдістерінің көп бөлігі әлі де технологиялық дайындау сатысында тұр.

Қазіргі өндірістегі дамуы мен көлемі жағынан алдынғы орындағысы - наноұнтақтар дайындау. Мұндай ұнтақтар автомобильдердің жану газдарының катализаторлары (11, 5 мың. тонна), абразив (9, 4 мың. тонна), магниттік жазуға арналған материалдар (3, 1 мың. тонна) және күннен қоғайтын материалдар (1, 5 мың. тонна) ретінде қолданылады.

Наноұнтақтарды алу әдістерін шартты түрде екіге бөледі: химиялық және физикалық.

Бұл әдістерді бөлу тек шартты түрде ғана болады. Себебі реакциялық газдар ортасында буландыру кезінде химиялық реакциялар үлкен рөл атқарады. Сондай-ақ кө птеген химиялық әдістер физикалық құбылыстарға негізделген (төменгі температуралық плазма, лазерлік сәулелендіру т. б. ) Химиялық әдістер әмбебап әрі өнімдірек болып келеді. Алайда, бөлшектердің өлшемін, құрамын және пішінін басқару физикалық әдістерді, оның ішінде, конденсациялық әдістерді қолдану кезінде оңай жүзеге асырылады.

Буландыру және конденсация - бұл наноұнтақтарды алудың ең қарапайым тәсілі. Оқшауланған нанобөлшектерді инертті газ атмосферасында бақыланатын температурада металды, қоспаны немесе жартылай өткізгішті буландыру арқылы алады.

Вакуумдегіден ерекшелігі инертті атмосферада буландырылған заттың атомдары газ атомымен соқтығысқан кезде кинетикалық энергиясын тезірек жоғалтады. Әр түрлі газдарда әр түрлі металдардың буландырылуы арқылы алынған бөлшектерді зерттеу бөлшектің өлшемі инертті газдың атомдық салмағы мен қысымға тәуелді болатынын, буландыру жылдамдығы аз әсер ететінін көрсетті. Н ₂ , Не және Аr атмосферасында газ қысымы 0, 1 - 0, 9 ден 2, 7 - 3 мм сын. бағ. болған кезде алюминий буының конденсациясы диаметрі 20 дан 100 нанометрге дейінгі бөлшектердің түзілуіне алып келеді.

Кейінірек металл буларынАrменНе-де бірге конденсациялау арқылы жоғары дисперсті, диаметрлері 16 - 50 нанометр сфералық бөлшектер түрінде түзілетін қоспаларАu-Сu, Fе-Сuалды. Өлшемі≤ 20 нм бөлшектер сфералық пішінді, ал ірі бөлшектер көпжақтар түрінде болады.

Металды тигельде, жіңішке сым түрінде, металл ұнтақты шашу арқылы буландыруы мүмкін, металды инертті газ иондарымен тозаңдатуға да болады. Энергия беру үздіксіз қыздыру арқылы, сым арқылы электр тогын жіберу арқылы, газдағы электрлік доға әдісі арқылы, лазерлік немесе электрон-сәулелік қыздыру әдісімен жүзеге асырылуы мүмкін.

Буландыру вакуумда, қозғалмайтын инертті газдарда, және олардың ағынында өтуі мүмкін.

Қиын мәселе алынған наноұнтақты жұмыс камерасынан алу. Оның бөлшектері өте ұсақ және газда үнемі тұрақты Броун қозғалысында болады және ауырлық күшінің әсерімен тұндырылады. Оны жинау үшін арнайы сүзгіштер мен центрден тепкіш тұндыруды қолданады. Кейде металл нанобөлшектерін жинау үшін сұйық қабыршақтар қолданады.

1 суретте наноұнтақ алуға арналған лавитациялық-ағынды қондырғының схемасы көрсетілген.

048а

1. сурет. Жоғары дисперсті металл наноұнтақтарын левитациялық-ағынды генераторда алу схемасы:

1 - буландырғыш,

2 - тамшы,

3- индуктор,

4- аэрозоль,

5 - мұздатқыш,

6 - фильтр,

7 - контейнер,

8 - насос,

9 - сымды алып беретін механизм

Бұл қондырғыда металл инертті газдың ламинар (бірқалыпты, біртекті) ағысында сұйық тамшының бетінен буланады. Тамшы қыздыру аймағында жоғары жиілікті электромагниттік өріспен ұсталып тұрады. Металл буларының аэрозольі суытқыш қондырғы арқылы фильтрге келіп тусіп, онда конденсацияланатын бөлшектер ұсталып қалады және ары қарай жинақтаушы контейнерге түседі.

Газ ағынының жылдамдығын арттыру бөлшектің орташа өлшемін азайты п, олардың диаметрлерінің әр түрлі болуын азайтады.

Металл шығыны сымды үнемі қыздыру аймағына алып берумен теңестіріледі. Осындай лавитациялық-ағынды генратордың көмегімен өлшемі 2 ден 200 нм дейінгі металл ұнтақтарын алуға болады.

Инертті газбен қатар құрамында бірнеше элементтер болатын газ фазасының құрамын реттей отырып қосылыстардың пішіндері әр түрлі монокристалдық бөлшектер алуға болады.

Газ фазасының бастапқы құраушыларының қатынасы мен температура алынатын нанобөлшектердің пішініне әсер ететін негізгі фактор болып табылады.

және конденсацияәдісі арқылы түзілуінің негізгі заңдылықтары:
1. Бөлшектер конденсациялау аумағында буды суыту кезінде түзіледі. Газ қысымы азайғанда конденсация аумағы ұлғаяды. Оның ішкі шекарасы буландырғыштың маңында орналасады, ал сыртқы шекарасы қысымның азаюына қарай реакциялық ыдыстың сыртына дейн шығып кетуі мүмкін.
Жалпы жағдайда бөлшектің қалыптасуына шығындалатын жұмыс А беттің түзілуі Asмен көлемнің түзілуі Avүшін жасалатын жұмыстардың алгебралық қосындысы түрінде болады. Осы екі шаманың қатынасы бөлшектің қалыптасуы кезінде айтарлықтай рөл атқарады. Қарапайым жағдайда, гомогенді қалыптасу кезінде газ фазасынан радиусы r сфералық бөлшектің түзілуі кезінде Гибстің бос энергиясының өзгерісі :
(1)
мұндағы r - бөлшектің радиусы, σ - қалыптасқан бөлшек - бу шекарасындағы беттің бос энергиясы (беттік энергия), ΔGv- жүйенің изотермиялық сығылуға шығындайтын энергиясы.
(2)
мұндағы Ω - атомдық (молекулалық) көлем, Δμ- будан конденсацияланғанда өскін түзілуі кезінде химиялық потенциалдың өзгерісі:
(3)
kB- Больцман турақтысы, Т- абсолютті температура, р, р0- жүйедегі бу қысымы және тепе-теңдік қысымы.
2 суретте өскін түзілу кезінде беттік және көлемдік бос энергиялардың өзгерісі көрсетілген. Бет түзілуі үшін жұмыс жүйенің үстінде жасалуы керек, ал көлем түзілуі кезінде жұмысты жүйенің өзі орындайды.

2 сурет. Өскін түзілу энергиясының олардың радиустарына тәуелді өзгеруі.

Глейтер қондырғысында конденсациялық әдіс қолданылды. Сиретілген инертті газ атмосферасында ультрадисперсті ұнтақты алу вакуммдық пресстеумен біріктіріледі.

Суытылған айналмалы цилиндрдің бетіне конденсацияланатын нанобөлшектер арнайы қырғышпен алынып алдын-ала престелетін 2 пресс-формада жиналады, (қысым 1 Гпа дейін), ары қарай арнайы пресс-формада 1 жоғарырақ қысымда тығыздау жүргізіледі (қысым 3 - 5 Гпа дейін) .

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.