ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Плазмохимический синтез из "Нанокристаллические материалы " Одним из самых распространенных химических методов получения высокодисперсных порошков нитридов, карбидов, бо-ридов и оксидов является плазмохимический синтез [25-31]. Основными условиями получения высокодисперсных порошков этим методом являются протекание реакции вдали от равновесия и высокая скорость образования зародышей новой фазы при малой скорости их роста. В реальных условиях плазмохимического синтеза получение наночастиц целесообразно осуществлять за счет увеличения скорости охлаждения потока плазмы, в котором происходит конденсация из газовой фазы благодаря этому уменьшается размер образующихся частиц, а также подавляется рост частиц путем их слияния при столкновении. При плазмохимическом синтезе используется низкотемпературная (4000-8000 К) азотная, аммиачная, углеводородная. [c.24] Температура плазмы, доходяш ая до 10000 К, определяет наличие в ней ионов, электронов, радикалов и нейтральных частиц, находяш ихся в возбужденном состоянии. Наличие таких частиц приводит к высоким скоростям взаимодействия и быстрому (за 10 — 10 с) протеканию реакций. Высокая температура обеспечивает переход практически всех исходных ве-ш еств в газообразное состояние с их последуюш им взаимодействием и конденсацией продуктов. [c.25] Нлазмохимический синтез включает в себя несколько этапов. На первом этапе происходит образование активных частиц в дуговых, высокочастотных и сверхвысокочастотных плазмотронах. Наиболее высокой мош ностью и коэффициентом полезного действия обладают дуговые плазмотроны, однако получаемые в них материалы загрязнены продуктами эрозии электродов безэлектродные высокочастотные и СВЧ плазмотроны не имеют этого недостатка. На следуюш ем этапе в результате закалки происходит выделение продуктов взаимодействия. Выбор места и скорости закалки позволяет получить порошки с заданными составом, формой и размером частиц. [c.25] Синтез оксидов в плазме электродугового разряда проводится путем испарения металла с последующим окислением паров или окислением частиц металла в кислородсодержащей плазме. В [39] описан плазмохимический синтез наночастиц оксида алюминия со средним размером 10-30 нм. Из результатов этой работы следует, что образование нанопорошков оксида алюминия с минимальным размером частиц достигается при взаимодействии паров металла с кислородом воздуха в условиях интенсивного вдувания воздуха, за счет чего происходит быстрое снижение температуры. Интенсивное охлаждение не только тормозит рост частиц, но и увеличивает скорость образования зародышей конденсированной фазы. Плазмохимический синтез с окислением частиц алюминия в потоке кислородсодержащей плазмы приводит к образованию более крупных частиц оксида по сравнению с окислением предварительно полученного пара металла. [c.26] К плазмохимическому синтезу достаточно близко примыкает газофазный синтез с использованием лазерного нагрева реагирующей газовой смеси [40-44]. Лазерный нагрев обеспечивает контролируемое гомогенное зародышеобразование и исключает возможность загрязнения. Размер нанокристаллических частиц уменьшается с ростом интенсивности (мощности, отнесенной к единице площади) лазерного излучения благодаря повышению температуры и скорости нагрева газов-реагентов. Авторы [41] получили этим методом из газовой смеси силана SiH4 и аммиака NH3 нитрид кремния 31зМ4 с размером частиц 10-20 нм. [c.26] Плазмохимический метод используется и для получения порошков металлов. Папример, ультрадисперсные порошки меди с размером частиц менее 100 нм и сравнительно узким распределением частиц по размеру получают восстановлением хлорида меди водородом в аргоновой электродуговой плазме с температурой до 1800 К. [c.26] Газофазный синтез с использованием лазерного излучения для создания и поддержания плазмы, в которой происходит химическая реакция, оказался эффективным методом получения молекулярных кластеров. [c.27] Молекулярные кластеры — новая структурная модификация вещества, поэтому обсудим более подробно успехи и открывающиеся возможности создания ранее не известных полиморфных модификаций веществ с нанометровыми размерами структурных элементов. Молекулярные кластеры занимают совершенно особое место среди веществ, имеющих наноструктуру. Наиболее известны среди них фуллерены [45-47] — новая аллотропная модификация углерода наряду с графитом и алмазом. Центральное место среди фуллеренов принадлежит молекуле Сео, имеющей наиболее высокую симметрию и, как следствие, наибольшую стабильность. По форме молекула фуллерена Сео напоминает покрышку футбольного мяча и имеет структуру правильного усеченного икосаэдра. В молекуле фуллерена Сео атомы углерода образуют замкнутую полую сферическую поверхность, состоящую из 5- и 6-членных колец, причем каждый атом имеет координационное число, равное трем, и находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника. Высокой стабильностью обладает также фуллерен С70, имеющий форму замкнутого сфероида. Фуллерены можно рассматривать как сферическую форму графита, так как механизмы межатомного связывания в фуллерене и объемном графите в очень большой степени подобны. [c.27] ОНИ только упоминаются в связи с синтезом нового класса молекулярных кластеров, имеющих состав М8С12, где М — атом металла. [c.28] Разница в позициях атомов титана состоит в их различном положении относительно димеров С2. Действительно, шесть димеров С2 расположены параллельно ребрам большого тетраэдра из атомов Ti(l) и перпендикулярно ребрам меньшего тетраэдра, образованного четырьмя атомами Ti(2). Атомы Ti(l) связаны с тремя ближайшими атомами углерода, а атомы Ti(2) — с шестью атомами углерода. Расстояние Ti(l)- равно 0,193 нм, расстояние Ti(2)- равно 0,219 нм [52]. Вопрос о том, какая из двух структур (с симметрией Т/ , или Т ) реализуется на самом деле, до сих пор не решен. [c.29] ЭТОГО сравнения видно, что полное подобие химических связей в кластерах М8С12 и в углеродных фуллеренах маловероятно. [c.30] С учетом результатов [51,53-55,65] естественно предположить, что возможные причины преимуш ественного образования карбидных ГЦК наночастиц или молекулярных кластеров Mg С12 могут иметь и кинетическую природу. Правильный ответ на вопрос о причинах преимуш ественного образования той или иной структуры практически важен, так как позволяет сознательно получать именно ту кристаллическую модификацию наноструктурного материала, которая необходима, т.е. реально осуш ествлять направленный синтез наноматериала. [c.32] В целом плазмохимический синтез с разными способами создания плазмы — один из наиболее перспективных методов получения разнообразных наноструктурных материалов. [c.33] Вернуться к основной статье