18. Осаждение из жидкой фазы (водной, .Неводной)

Сущность. Исходные вещества и растворитель для реакции осаждения выбирают так, чтобы побочные вещества можно было полностью отделять от осадка частиц при промывании и после­дующей термообработке.

Обычный способ получения наночастиц с помощью коллоид­ных растворов заключается в их синтезе из исходных реагентов и прерывании реакции в определенный момент времени, после чего дисперсная система переводится из жидкого коллоидного состоя­ния в твердое дисперсное путем удаления жидкой фазы фильтро­ванием, центрифугированием, электрофорезом или сушкой.

Например, нанокристаллический сульфид кадмия CdS по­лучают осаждением из раствора перхлората кадмия и сульфида натрия; рост наночастиц прерывают скачкообразным увеличе­нием рН раствора.

Для эффективного смешивания реагентов, кроме мешалок различных конструкций, обеспечивающих сложную траекторию потоков (пропеллерные, стержневые, турбинные, барботажные, гидроакустические и др. ), используют различные конструкции распылителей (форсунки, вращающиеся диски, ультразвуковые распылители).

Размер наноструктур. От 300 атомов в случае металлических кластеров, для методов обратного осаждения - 3-5 нм.

Регулирование. Подбор подходящих исходных веществ и растворителя, их концентраций, температурного режима синте­за, рН раствора, времени синтеза определяет размер и свойства образующихся наночастиц.

Модификации. Часто для уменьшения агрегации частиц применяют поверхностно-активные вещества, растворы неко­торых полимеров. Более неравновесные условия создаются при использовании методов обратного осаждения и различных спо­собов дальнейшей обработки, которые существенно улучшают качество нанопорошка.

Для получения нанокомпозитов или ультрадисперсных по­рошков с четко определенными размерами наноструктур приме­няется осаждение в пористых материалах (цеолитах).

Достоинства. Метод осаждения из коллоидных растворов обладает наиболее высокой селективностью и позволяет полу­чать стабилизированные нанокластеры и нанокристаллические частицы с очень узким распределением по размерам.

Недостатки. Агрегация частиц, «старение осадка», боль­шое количество небезопасных реагентов, невозможность полно­го отделения от осадка побочных веществ.

Применение. Методы осаждения из растворов используется в производстве катализаторов , уль­традисперсного SiC, для нанесения покрытий в микроэлектрон­ной технике, для получения частиц с покрытиями.

Методом обратного осаждения с последующей термообработ­кой осадка осуществлялся синтез керамики (Zr0₂-Hf0₂-Y₂0₃) с размером зерен 60 нм. Эта керамика характеризуется повышен­ными физико-механическими и химическими свойствами, по­вышенной огнеупорностью .

19. Осаждение из расплавов

Сущность. Жидкой средой может быть не только раствор в воде или органической жидкости, но и расплавы солей и метал­лов. Процессы происходят при высоких температурах, что обе­спечивает синтез высокотемпературных модификаций соедине­ний. Чаще всего используют расплавы солей.

Для выделения наночастиц металл или соль растворяют в подходящих растворителях.

Модификации. Пропускание газов через расплав с уже вы­делившимися наночастицами позволяет получать композицион­ные материалы (метод Lanxide).

Достоинства. Достаточно простая технология получения нанокомпозитов, простое оборудование.

Недостатки. Захват синтезируемым порошком компонен­тов расплава и материала тигля, протекание побочных реакций, потеря свойств наночастиц при взаимодействии с расплавом или травильным раствором.