Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям

12 


2
2
4
2
2
3
2
2
3
5
3
3
5
Fe C O
H O
Fe O
CO
CO
H O





приводит к получению нанокластеров 
2
3
Fe O
. 
2.
Под действием фотохимических реакций,
пример: облучение халькогенидов серебра приводит к образованию 
зародышей, затем их рост до нанокластеров металла от 10 нм до 100 нм. 
3.
В процессе перехода аморфной фазы в кристаллическую фазу, 
условия кристаллизации таковы, чтобы создать наибольшее количество 
центров кристаллизации, но скорость кристаллизации должна быть медленной. 
4. В ходе механохимических реакций, используются шаровые и 
планетарные мельницы, вещество измельчается и создаются химически 
активные поверхности, что позволяет получить новые сплавы и 
интерметаллиды металлов при температурах ниже температуры плавления. 
5. Под действием высоких давлений со сдвигом при давлении 5 Гпа = 5 10
4 
атм и сдвиге на 360
о 
получаются наночастицы с размером 10 нм со свойствами 
отличными от исходного материала. 
Матричные нанокластеры и супрамолекулярные структуры 
Методы получения нанокластеров с использованием матриц позволяет 
получить изолированные друг от друга кластеры и изменять размеры кластеров, 
межкластерное взаимодействие и взаимодействие кластера с матрицей за счет 
размера и свойств поверхности пор матрицы. 
1.Метод низкотемпературной изоляции кластеров в матрице инертных 
газов состоит в совместной конденсации большого количества инертного газа, 
например аргона, и кластеров металла. 
2.Пористые матрицы позволяют проводить химические реакции в объеме 
нанореактора, как с применением растворов, так и твердотельных реакций. 
Размеры пор служат ограничением роста кластеров, при увеличении 
температуры или концентрации реагентов. Синтез нанокластеров с 
применением неорганических и органических сорбентов происходит путем 
пропитки матрицы солями и комплексами металла с проведением 
последующих реакций. Пример синтез нерастворимых нанокластеров 
гидроксида железа на стенках пор 
полисорба
– сополимера стирола и 
дивинилбензола в реакции 


3
3
2
4
4
3
3
3
FeCl
NH
H O
Fe OH
NH OH
NH Cl





. 
3.Ультрамалые кластеры в цеолитах. Цеолиты имеют кристаллически 
упорядоченную 
ажурную 
структуру 
из 
кремнийкислородных 
и 
алюмокислородных тетраэдров, и позволяют получать организованные 
наноструктуры. 
4.
Супрамолекулярные 
(комплексные)
 
структуры на основе полимеров и 
биополимеров. Сама матрица полимера может образовывать огромное число 
наноструктур 
и 
супрамолекулярных 
структур. 
Это 
молекулярные 
нанокомпозиты, на основе сополимеров, 
блок-сополимеров 
и 
гибридных 
сополимеров. 
Супрамолекулярные 
наноструктуры и биополимеры представляются в виде белков и 
полинуклеатидов. 

13 
Кластерные кристаллы и фуллериты 
Ближайшим аналогом кластерных кристаллов являются молекулярные 
кристаллы, которые кристаллизируются за счет слабых вандерваальсовых и 
водородных связей. По этому типу кристаллизируются глобулярные белки с 
размером 3 нм
 
(гемоглобин). Если пассивировать поверхность коллоидного 
кластера лигандами, то получаются кластерные кристаллы 
2
Ag S
с размером 
(периодом)3,0 нм. 4,0 нм, 5,8 нм. См. рис. 1.3. 
 
Рис. 1.3. Электронные изображения нанокристаллов 
2
Ag S
а) со средним размером 3,0 нм 
(а,б), 4,0 нм (в,г), 5,8 нм (д,е)[2] 
Фуллериты получаются из газовых углеродных кластеров после действия 
высоких температур и давлений. 
Компактированные наносистемы и нанокомпозиты
Метод прессования с последующим спеканием приводит к образованию 
наноматериала нитрида титана 
TiN
с размером кластеров 8-25 нм. 
Нанокристаллические твердые сплавы 
WC
Co

, состоящие из нанокластеров 
карбида вольфрама 
WC
(50 нм), растворенных в матрице 
Co
кобальта. 
2.Для компактирования наносистем применяют магнитоимпульсный 
метод. Прессование осуществляется импульсными волнами сжатия и 
сопровождается локальным разогревом за счет быстрого выделения энергии 

14 
при трении в процессе упаковки. Магнитоимпульсное прессование позволяет 
генерировать импульсы волны сжатия с амплитудой до 5 ГПа и длительность 
несколько микросекунд. 
Тонкие наноструктурированные пленки
Тонкие наноструктурированные пленки это организованные наносистемы, 
в которых наноразмер проявляется только в одном измерении, а два других 
могут обладать макроразмерами. 
1.В методе 
эпитаксии
на ориентированную поверхность монокристалла 
наносят лазерным испарением или молекулярным пучком требуемое вещество.
2.Метод CVD (
химическое парофазное осаждение веществ
). Исходное 
вещество испаряется в отдельной камере, а затем переносится через газовую 
фазу и осаждается в нужной пропорции на выбранную подложку. На рис.1.4. 
приведена схема установки , которая включает: 1-реактор с вращающейся 2-
подложкой, 3-емкости для испарения 
прекурсоров 
(исходных веществ), системы 
подачи паров прекурсоров, газов носителей, газов реагентов и примесных газов 
и 8-систему откачки. 
Рис. 1.4. Схема синтеза пленок химическим парофазным осаждением веществ. 
1-реактор, 2 подложка, 3-емкость с карбонилом металла, 4-смеситель паров карбонила, 5-
конденсатор паров карбонила, 6 –печь доразложения карбонила,7-баллон газами, 8-
вакуумный насос откачки [2] 
Для получения пленок металла используют летучие 
карбонилы 
металлов (с 
СОН
-группой), металлоцены, дикетонаны металлов, алкильные соединения 
металлов, галогениды металлов.
В области низких температур подложки первым фактором, определяющим 
рост 
пленки, 
является 
скорость 
разложения 
карбонилов. 
При 
температурах 200
о
С рост пленки переходит в диффузионную область и 
замедляется. Нагрев подложки внутри реактора осуществляется электрическим 
током и индукционным током высокой частоты. 
Вторым фактором, определяющем рост пленки, является давление в 
реакторе и скорость откачки. При увеличении давления разложение карбонилов 
на поверхности подложки замедляется, и рост пленки замедляется.
Третьим фактором является концентрация исходного металлсодержащего 
соединения. Увеличение концентрации прекурсора ведет к его разложению уже 
в объеме реактора и образованию отдельных кластеров металлов. 
Каталитические добавки снижают температуру разложения карбонилов и 
увеличивают скорость образования кластеров. 

15 
3.
Метод 
молекулярного 
наслаивания
. 
Состоит 
в 
организации 
поверхностных химических реакций с пространственным и временным 

жүктеу/скачать 12,63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: