ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Плазмохимический синтез из "Нанокристаллические материалы Методы получения и свойства " Одним из самых распространенных химических методов получения высокодисперсных порошков нитридов, карбидов, боридов и оксидов является плазмохимический синтез [42—48]. Основные условия получения высокодисперсных порошков этим методом — 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. [c.23] Температура плазмы, доходящая до 10 ООО К, определяет наличие в ней ионов, электронов, радикалов и нейтральных частиц, находящихся в возбужденном состоянии. Наличие таких частиц приводит к высоким скоростям взаимодействия и быстрому (10 - —10 с) протеканию реакций. Высокая температура обеспечивает переход практически всех исходных веществ в газообразное состояние с их последующим взаимодействием и конденсацией продуктов. [c.24] Плазмохимический синтез включает несколько этапов. На первом происходит образование активных частиц в дуговых, высокочастотных и сверхвысокочастотных плазмотронах. Наиболее высокой мощностью и коэффициентом полезного действия обладают дуговые плазмотроны, однако получаемые в них материалы загрязнены продуктами эрозии электродов безэлектрод-ные высокочастотные и СВЧ плазмотроны не имеют этого недостатка. На следующем этапе в результате закалки происходит выделение продуктов взаимодействия. Выбор места и скорости закалки позволяет получить порошки с заданными составом, формой и размером частиц. Получаемые в результате плазмохимического синтеза порошки имеют правильную форму и размер частиц от 10 до 100 нм и более. [c.24] Плазмохимические порошки карбидов металлов, бора и кремния обычно получают взаимодействием хлоридов соответствующих элементов с водородом и метаном или другими углеводородами в аргоновой высокочастотной или дуговой плазме а нитриды — взаимодействием хлоридов с аммиаком или смесью азота и водорода в низкотемпературной СВЧ-плазме. С помощью плазмохимического синтеза можно получать также многокомпонентные ультрадисперсные порошки, представляющие собой смеси карбида и нитрида, нитрида и борида, нитридов разных элементов и т. д. [c.24] К плазмохимическому синтезу достаточно близко примыкает газофазный синтез с использованием лазерного нагрева реа-гарующей газовой смеси [57—61]. 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 [58] получили этим методом из газовой смеси силана SiH4 и аммиака NH3 нитрид кремния Si,N4 с размером частиц 10—20 им. [c.25] Плазмохимический метод используется и для получения порошков металлов. Например, 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.25] Газофазный синтез с использованием лазерного излучения для создания и поддержания плазмы, в которой происходит химическая реакция, оказался эффективным методом получения молекулярных кластеров. Молекулярные кластеры — новая структурная модификация вещества, поэтому обсудим более подробно достигнутые в области плазмохимического газофазного синтеза успехи и открывающиеся возможности создания ранее не известных полиморфных модификаций веществ с нанометро-выми размерами структурных элементов. [c.25] Очень необычны свойства фуллеренов. Так, кристаллические фуллерены представляют собой полупроводники с фотопроводимостью при оптическом излучении, а кристаллы легированные атомами щелочных металлов, обладают металлической проводимостью и переходят в сверхпроводящее состояние при 30 К и выше. Превращение кристаллического фуллерена в алмаз происходит даже при комнатной температуре при давлении 20 ГПа, а при нагреве фуллерена до 1500 К для перехода в алмаз достаточно давления 7 ГПа (для аналогичного превращения графита в алмаз требуются температура 900 К и давление 30—50 ГПа). Растворы фуллеренов имеют нелинейные оптические свойства, что проявляется в резком снижении прозрачности раствора при превышении некоторого критического значения интенсивности оптического излучения. Фулле-ренам как молекулярным кластерам посвящены тысячи оригинальных статей, десятки обзоров и монографий, поэтому в данной книге они только упоминаются в связи с синтезом нового класса молекулярных кластеров, имеющих состав МлС,2, где М — атом металла. [c.26] С учетом результатов [68—71, 80] естественно предположить, что возможные причины преимущественного образования карбидных ГЦК-наночастиц или молекулярных кластеров М С 2 могут иметь и кинетическую природу. Правильный ответ на вопрос о причинах преимущественного образования той или иной структуры практически важен, так как позволяет сознательно получать необходимую кристаллическую модификацию наноструктурного материала, т. е. реально осуществлять направленный синтез наноматериала. [c.30] На основе полученных результатов авторы [81] пришли к выводу, что металлокарбогедрены (в особенности крупные кластеры, состоящие из двух или более соединенных между собой додекаэдров) образуются в условиях высокой концентрации углеводорода и большой мощности лазерного излучения, способствующего дегидрогенизации углеводорода, т. е. при повышенном содержании углерода в плазме. Уменьшение его концентрации или понижение мощности излучения снижают содержание углерода в плазме, вследствие чего при относительном дефиците углерода образуются карбидные наночастицы МС с ГЦК-структурой, в которых содержание углерода меньше, чем в молекулярных кластерах М ,С . Из этого ясно, что в условиях газофазного синтеза образование в системах М—С кубических или додекаэдрических структур в большей степени определяется кинетическими, а не термодинамическими факторами. [c.31] В целом плазмохимическ1 й синтез с разными способами создания плазмы — один из наиболее перспективных методов получения разнообразных наноструктурных материалов. [c.31] Вернуться к основной статье