Нанотехнология негіздері оқу құралы Алматы
жүктеу/скачать 3,32 Mb.
|
treatise34956
| r – ұрық радиусы, σ – ұрық – бу беттік бөлімінің бос энергиясы (беттік энергия), ΔGv – жүйенің изотермиялық қысуға кетіретін энергиясы.
(3.10) Ω – атомдық (молекулярлық) көлем, Δμ – бұдан конденсация арқылы ұрықтың түзілуі кезіндегі химиялық потенциалының өзгеруі : (3.11)
kB –Больцман тұрақтысы, Т – абсолюттік температура, р, р0 – жүйедегі будың қысымы және теңдік қысымы. 3.12 суретте пайда болу кезіндегі көлемдік және беттік бос энергияларының өзгеруі көрсетілген. Беттің түзілуі үшін жұмыс жүйенің үстінде орын алуы қажет (мысал – сабынды қабықшаны созу кезіндегі беттің пайда болуы), ал көлемнің түзілуі кезінде жұмысты жүйенің өзі атқарады. 3.12 сурет. Ұрықтың радиусына байланысты олардың энергиясының өзгеруі Критикалық ұрықтан кіші атомдар мен молекулалардың топтарының түзілуі үшін (r<rкр, 2сур. қара), бос энергияның өзгеруі оң мәнді (жұмысты жұмсау қажет), сондықтан жүйе тұрақсыз болып табылады, яғни беттік шама көлемдік шаманы асады. Дегенмен айтарлықтай үлкен (шектік өлшемнен ары) бөлшектің түзілуі көлемдік бос энергияның ұтымының арқасында энергетикалық пайдалы болып табылады(беттік энергияның жоғарылауы квадратқа, ал көлемдік энергияның өсуі бөлшектің өлшемінің кубына пропорционал болады). Шектік өлшемнен ары өлшемді ұрықтың түзілуі толық бос энергияның төмендеуімен жүреді. Сонымен, (1) формуладағы бірінші бөлігі фаза аралық беттің түзілуі нәтижесіндегі энергияның ұлғаюын, екіншісі ұрықтың пайда болуы кезінде энергетикалық ұтымын көрсетеді. (3.9) формуласының (3.10) және (3.11) формулалармен қосқандағы минимизация ұрықтың шектік радиусын бағалауына мүмкіндік береді. (3.12) r <rкр кезінде ұрықтың түзілуі термодинамика жағынан пайдасыз болады. Бұл формулаға Δμ қою бөлшек өлшемінің бу қысымына әсерін сипаттайтын әйгілі Гиббс-Томсонның формуласына әкеледі: (3.13) (1) және (2) формулалардан жүйенің қанығуын өзгерту арқылы(будың қысымын жоғарылатып немесе төмендетіп, мысалы үрдістің температурасын реттеп), rкр шамасын бақылауға және алынатын ұнтақтың бөлшектерінің керекті өлшемдерін алуға болатындығын көруге болады. Нейтралды ортада буландыруды жүргізіп және сол буландыру ортасына қоршаған ортадан беттерді енгізе отыра, көлемді гомогенді конденсацияға қарағанда критикалық ұрықтың түзілуінің потенциалдық барьерінің биіктігі төмен болатын гетерогенді ұрықтың пайда болуын қоздыруға «инициировать» болады. Сонымен, конденсациялық әдістермен ультрадисперсті ұнтақ алудың қажетті және жетерліктей екі талабы бар, олар – жоғары қанығу және нейтралды ортаның молекулаларының конденсацияланған буда болуы. Глейтердің қондырғысында да конденсациялық әдіс қолданылған (3.13 сур.), мұнда разрядталған инертті газдың атмосферасында ультрадисперсті ұнтағын алу вакуумдық престеумен байланысады. Суытатын айналмалы цилиндрдің бетіне конденсацияланатын нанобөлшектер арнайы қырғышпен алынады және алдын ала престеу пресс-формасында 2 жиналады (қысымы 1 Гпа дейін), содан соң одан жоғары қысымда (3 – 5 Гпа дейін) арнайы пресс-формада 1 компактілеу жүргізіледі. Престеу, пісіру, компактілеу және с.с. – сәйкес құрылымды өлшемді және берілген формалы үлгілерді (дайын заттарды) алуды қамтамасыз ету үшін шығарылған. Бұл операциялардың бірлестігін консолидациядеп атайды.
3.14 суретте прекурсор (бастапқы заттар) ретінде металды органикалық қосылыстарды пайдаланып, конденсация әдісімен тотықтар және басқа қосылыстардың (нитридтер, карбидтер және т.б.) ультрадисперсті ұнтақтарын алу үшін қолданылатын қондырғының сұлбасы келтірілген. Қатты объектілердің аз өнімді буландырылуы осы жағдайда тетраизопропилтитан немесе тетратрет-бутилциркония тәрізді термиялық мықтылығы аз болатын металды органикалық қосылыстардың ыдырауымен ауыстырылады. Мұнда буландырғаш ретінде қыздырылатын түтікті реактор қолданылады, реакторға нейтралды газ бен прекурсордың газдық қоспасы беріледі, ол жерде содан кейін нанобөлшектердің гетерогендік түзілуі жүреді. Бұл қоспа буландырғаштан жұмыс камерасына шығарылады және суытатын айналмалы цилиндрдің бетіне конденсацияланады, содан соң арнайы коллекторға қырылып алынады. 1 – газ әкелгіштің келуі; 2 –прекурсордың қайнар көзі; 3 – реттегіш клапандар; 4 – жұмыс камерасы (газ қысымы 1–50 Па); 5 – қыздырғыш түтікті реактор; 6 – суытатын айналмалы цилиндр; 7 – коллектор; 8 – қырғыш 3.14 сурет. Тотықтардың ультрадисперсті ұнтақтарын алудағы қондырғының сұлбасы Мұндай негізді қондырғы өндірістік көлемде (мысалы, американдық фирмамен «Nanophase Technologies Corporation» т.б.) өнімділігі 20 г/сағ болатындай ультрадисперсті ұнтақтарды Аl2О3, Fe2O3, TiO2, СеО2, Сг2О3, ZnO, In2O3, Y2O3 және ZrO2 алу үшін қолданылады. Бұл өнімділік ультрадисперсті ұнтақтардың қойылған өлшемдерімен анықталады. Конденсациялық әдістер бөлшектерінің өлшемдері бірнеше нанометрге дейін ультрадисперсті ұнтақтарды жасауға мүмкіндік береді, бірақ мұндай объектілерді алудағы үрдістердің ұзақтылығы (сонымен қатар бағасы) айтарлықтай ұзақ. Ұнтақ бетіне агломерацияны және коррозиялық әсерін тоқтату үшін жұқа полимерлі қабықшамен қаптауға болады. жүктеу/скачать 3,32 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|