ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общая характеристика из "Наноструктурные материалы " На рис. 2.1, 2.2 показаны типичные структуры консолидированных наноматериалов. Эти снимки получены с помощью высокоразрешающих и обычных просвечивающих электронных микроскопов (ПЭМ) (рис. 2.1, а, д—з рис. 2.2), высокоразрешающего сканирующего электронного микроскопа (рис. 2.1, 5, д) и атомносилового микроскопа (рис. 2.1, г) с увеличением в 20 000—3 500 000 раз (см. прил. 4 — 6). Столбчатая и пластинчатая структуры пленок представлены на рис. 2.1, в—д однофазные структуры — на рис. 2.1, а—г, ж многофазные — на рис. 2Л,д, е, з рис. 2.2. [c.14] В целом для структуры наноматериалов характерно обилие поверхностей раздела (межзеренных границ и тройных стыков — линий встречи трех зерен). [c.14] Здесь Ь — размер зерна 5 — ширина границы (приграничной зоны). [c.15] Из данных рис. 2.3, б следует, что существенная доля поверхностей раздела (несколько процентов) отвечает размеру зерен Ь 100 нм при Ь 10 нм доля К р составляет уже несколько десятков процентов, причем в этом интервале значений Ь доля тройных стыков стремительно растет. Доля поверхностей раздела в общем объеме материала приблизительно равна Ъз/Ь, где при 5 1 нм доля р = 50 % достигается при I, 6 нм. [c.15] Таким образом, если твердое тело состоит из кристаллитов размером несколько нанометров ( 10 нм), то доля поверхностей раздела или доля областей с разупорядоченной структурой весьма велика. [c.15] Хотя данные рис. 2.3, б дают лишь приблизительную оценку, поскольку получены с использованием грубых моделей, но, в принципе, они правильно характеризуют долю поверхностей раздела в структуре наноматериалов. Рост этой доли с уменьшением размера зерен — один из факторов, определяющих неравновесное состояние наноматериалов за счет увеличения избыточной свободной поверхностной энергии. Отметим также, что значения межфазной и граничной поверхностной энергии наноматериалов могут отличаться от таковых для обычных крупнокристаллических материалов. Надежные опытные данные об энергетических характеристиках поверхностей раздела в наноматериалах практически отсутствуют. [c.15] Следует также иметь в виду, что для пленок (в том числе столбчатых и многослойных) нужно принимать во внимание не только их общую толщину, но и диаметр столбов и толщину отдельных слоев, а также наличие нанозерен внутри пленок, столбов и слоев. [c.16] На рис. 2.4 показано влияние продолжительности осаждения пленок СбЗ из аммиачного раствора, содержащего ацетат кадмия, тиомочевину и триэтокси-амин, при температуре 75 °С на толщину пленки и размер зерен. [c.16] Согласно данным рис. 2.4, по существу, все пленки (даже толщиной более 100 нм) являются наноструктурными. Для пленок A1N и TiN, полученных соответственно электроннолучевым и дуговым методом, кристаллиты размером примерно 100 нм наблюдались в пленках толщиной около 700 нм. [c.16] Наиболее полно особенности структуры наноматериалов изучены применительно к консолидированным объектам и далее будут обсуждаться в основном эти объекты, хотя и остальным типам наноматериалов также будет уделено внимание. [c.16] Основные технологические приемы получения консолидированных нано материалов перечислены в табл. 2.2. Здесь приведены также наиболее часто используемые варианты этих методов. Разумеется, эта классификация условна, поскольку границы между отдельными методами, как правило, размыты. Так, при проведении интенсивной пластической деформации или при нанесении покрытий часто в виде исходного сырья используют порощки, т. е. эти методы могут быть отнесены и к порошковой технологии. Стоит также упомянуть такие методы получения наноструктур, как облучение большими дозами нейтронов и ионов, интенсивную деформацию при трении и др. [c.16] Основной элемент структуры консолидированных наноматериалов — зерно или кристаллит (эти понятия далее используются как синонимы). По существу, это области когерентного рассеяния рентгеновских лучей или нейтронов. На рентгенограммах меди, подвергнутой интенсивной пластической деформации кручением при высоком давлении и равноканальным угловым прессовани-Г .. . [c.17] Исключив инструментальные факторы и влияние микроиека-жений, измеряя ширину пиков, получают сведения о размере кристаллитов в наноматериалах. Обычно для однофазных систем такой метод дает информацию о размерах кристаллов вплоть до 2 — 3 нм. [c.18] Для различных кристаллографических направлений размер зерен может быть неодинаковым, что отражает роль текстуры, т.е. преимущественно ориентированного расположения зерен. Это особенно часто наблюдается при интенсивной пластической деформации (например, на рис. 2.5, б показана текстура 111 , а также при получении пленок. [c.19] Вполне очевидно изменение преимущественной ориентации пленочных кристаллитов в зависимости от температуры осаждения и соотнощения исходных компонентов реакции. [c.19] Для наноструктурных образцов никеля, полученных электроосаждением, характерны текстуры (111) и (200). [c.19] Для изучения топографии поверхности пленок и изломов рекомендуется применять сканирующий электронный микроскоп и атомно-силовой микроскоп. Планарные металлопроводящие наноструктуры типа приведенной на рис. 2.9 изготавливают и исследуют с помощью сканирующего туннельного микроскопа, который, с одной стороны, за счет приложенного потенциала позволяет вырывать и переносить атомы из одного места в другое, а, с другой стороны, используя характеристики туннельного тока, можно идентифицировать атомы разных элементов. [c.25] В целом информация о размерах кристаллитов (слоев, включений и пор) и их распределении представляется крайне важной. Однако получение этой информации применительно к наноматериалам часто осложняется многими факторами и является не простой задачей. Поэтому желательно использовать, по крайней мере, два независимых метода, при этом необходимо тщательно анализировать возможные ощибки. Это станет гарантией получения достоверных результатов. [c.25] Вернуться к основной статье