15. Взрывной синтез

Сущность. Инициирование взрыва в смеси исходных ве­ществ приводит к импульсному возрастанию давления и тем­пературы, что определяет крайнюю неравновесность процесса и всей системы. В такой системе возможно получение наночастиц с узким распределением по размеру.

Размеры наноструктур. Частицы, полученные ударно-волновым методом, имеют размеры -50 нм, детонационным - 1-нм, при этом часто наблюдается образование агрегатов (до 5 км), в том числе и фрактальных.

Модификации. Ударно-волновой синтез отличается от детонационно-волнового синтеза тем, что в первом случае к исходной смеси добавляется взрывчатое вещество, а во втором -сходные материалы для синтеза обладают детонационными свойствами.

Достоинства. Чрезвычайно узкое распределение по размерам.

Недостатки. Специальное оборудование, трудоемкий подбор условий синтеза.

Применение. Синтез ультрадисперсных алмазов, стабильных при высоких давлениях фаз, синтез нитрида углерода, оксидов, нитевидных нанокристаллов MgO.

Наноалмазы получают либо путем ударно-волновой обработки смесей графита с металлами при 20-40 ГПа и длительного воздействия ударной волны 10-20 мкс,либо путем детонации взрывчатых веществ, имеющих недостаток кислорода. В полученных порошках содержится шло 75% алмазных частиц и 25% неалмазных, последние удаляют путем обработки в азотной кислоте под давлением и при нагревании.

Ультрадисперсные алмазы нашли широчайшее применение при производстве различных материалов, в технике обработки поверхности, медицине.

16. Электрический взрыв проводников

Сущность. Способность электрически взрываемых проводников резко изменять свои свойства и эффективно преобразовывать первичную электрическую или магнитную энергию в упругие виды энергии используется, в частности, для получения тонкодисперсных порошков. Прохождение через тонкую про волоку (диаметр до 1 мм) мощного импульса тока (10⁶ А/мм²) приводит к мгновенному разогреву проводника и к взрывному испарению его материала в виде наночастиц.

Размер наноструктур. Ультрадисперсные частицы, полу­ченные этим методом, имеют высокий запас внутренней энергии и размеры от 20 нм до 100 мкм.

Регулирование. При увеличении плотности тока, уменьше­нии диаметра проволок и уменьшении длительности импульса размер частиц уменьшается. На размер частиц также влияет дав­ление и состав окружающей газовой среды.

Модификации. Электровзрыв можно проводить в различ­ных газовых и жидких средах, при этом возможно совмещение с химическими процессами.

Достоинства. Простая техника, производительность 50-200 г/ч, энергозатраты до 50 кВтч/кг.

Недостатки. Можно использовать только токопроводящие материалы, порошки имеют широкое распределение по разме­рам частиц.

17. Электроэрозионный метод

Сущность. Микродуги, возникающие при подводе электро­энергии к электродам, которые погружены в жидкость, вызыва­ют эрозию (разрушение) электродов. В этих условиях вещество электродов взаимодействует с жидкостью с образованием высо­кодисперсных порошков. Например, электроэрозия алюминие­вых электродов в воде приводит к образованию порошка гидроксида алюминия.

Достоинства. Существует возможность получения плот­ных, малопористых наноматериалов.

Недостатки. Основной проблемой является сложность управления параметрами микродуг, приводящая к широкому распределению размеров частиц и малой воспроизводимости свойств порошка.