Розділ і. Літературний огляд

1. Методи отримання наноматеріалів

1.1. Фізичні та хімічні методи добування наноматеріалів

Останнім часом значна увага приділяється нанокристалічним матеріалами, що викликано, як мінімум, двома причинами. По-перше, зменшення розміру кристалітів - традиційний спосіб поліпшення таких властивостей матеріалу, як каталітична активність, активність в твердофазних реакціях, процесах спікання. Друга причина - прояв речовиною в нанокристалічному стані особливих властивостей (магнітних, оптичних та ін.), не характерних для об'ємних матеріалів і обумовлених проявом квантових ефектів. Тому отримання та дослідження нанокристалічних матеріалів є важливим етапом у створенні техніки нового покоління.

Відповідно до прийнятої класифікації, до числа «нанорозмірних» відносять об'єкти, що мають «нанорозміри», хоча б в одному напрямку - кристали, плівки, трубки.

Розроблені до теперішнього часу методи отримання нанопорошків дуже різноманітні. У літературі наводиться близько десятка класифікацій цих методів.

Наприклад, існує класифікація методів за принципом зміни розміру часток в ході синтезу: диспергуючі методи (засновані на диспергуванні вихідних матеріалів). Альтернативою є протилежний підхід: конденсаційні методи (основані на отриманні наночастинок з систем, в яких речовини дисперговані на молекулярному або атомному рівні).

Уданій роботі ми будемо використовувати класифікацію за принциповими відмінностями в ході синтезу.

1.2. Дисперсні методи

1.2.1 Механічне подрібнення

Механічний вплив приводить до появи пружних напружень в кристалі. Внаслідок анізотропії кристалічної решітки, особливостей електронних і іонних властивостей, відмінності в природі та енергії хімічних зв'язків у структурі, релаксація пружних напружень може здійснюватися за різними механізмами. Такими механізмами можуть бути коливальне, електронне збудження і зміна ступеня іонності хімічних зв'язків, розрив зв'язків, перегрупування атомів, міграція атомів і іонів. Варіюючи інтенсивність і характер підведених до твердого тіла механічних впливів можна контролювати властивості матеріалів, отриманих механічною активацією.

Одним з найбільш часто зустрічаються ефектів, що супроводжують механічну активацію кристалів, є руйнування макрокристалів, що приводить до подрібнення частинок речовини.

Руйнації передують процеси накопичення, взаємодії та концентрування дефектів, утворення тріщин і їх поширення по кристалу. Проте пряме механічне подрібнення твердого тіла далеко не завжди дозволяє отримати наночастинки, так як механічна активація призводить до прискорення процесів масопереносу за рахунок утворення метастабільних дефектів, що ініціює скидання надлишкової поверхневої енергії. Крім того, частина запасеної пружної енергії переходить в тепло і температура в зоні удару може помітно підвищуватися. Все це сприяє протіканню процесів рекристалізації речовини і заліковування дефектів, що перешкоджає подрібненню.

Метод механічного подрібнення добре відпрацьований для отримання нанопорошків металів і сплавів. Розмелювання оксидних матеріалів також дозволяє отримати порошки з розміром частинок сотні нанометрів. Для отримання більш дрібних часток цих речовин використовують інші методи.