47. Наноматериалдарды алудың гидротермальді әдісі

Синтез, гидротермиялық (ағыл гидротермиялық синтез.)-көптеген химиялық қосылыстар мен материалдар физика-химиялық процестерде жабық жүйеде су ерітінділерінде 100 ° С жоғары температурада және 1 атм жоғары қысымда өтетін әр түрлі өндіру әдісі.

Сипаттама

Бұл әдіс су және сулы ерітінділерді жоғары температура(500 ° С дейін) мен қысымда(10-80 МПа кейде 300 МПа дейін) ерітуге негізделген,кейбір заттардың – оксидтер,сликаттар,сульфидтер іс жүзінде қалыпты жағдайда мүлде ерімейді

Гидротермиялық синтездің негізгі параметрі,кинетика ағынды процесс арқылы анықталатын болса, түзілетін өнімнің қасиеттері, бастапқы pH ортаға,ұзақтығына және синтездің температурасына,жүйедегі қысымның улкендігіне байланысты болып табылады. Синтез автоклавтарда орындалады, герметикалық болатты цилиндрлер көп уақыт бойы өте жоғары қысым мен температураға төзімді болып келеді.

Наноұнтақтарды алу үшін, әдетте, не жоғары температуралы гидролиз реакциясы қолданылады, немесе бөлме температурасындағы гидротермиялық өңдеу реакциялары,сонымен қатар,көптеген аморфты фазалардың гидротермальді жағдайларда жылдамдығы бірден өсетін кристалдану қолданылады. Бірінші жағдайда, автоклавта сулы ерітіндіде перекурсор жүктеледі, екінші жағдайда, қалыпты жағдайда жүргізілген ерітіндіде суспензияның реакция өнімдері. Арнайы жабдықтар қолданудың қажеттілігі және температура градиентінің болмауы.

Гидрометальді синтез әдісінің артықшылығы, заттар кристалдарының синтездеу мүмкіндігі, балқу температурасы тұрақсыз, ірі кристалдарды жоғары сапада синтездеу мүмкіндігі. Кемшілігі ретінде айта кетсек, құрал –жабдықтың қымбаттылығын және өсу кезінде кристаллды бақылау мүмкін еместігі.

Гидрометальді синтезді берілген еріткіштің критикалық нүктесінде төмен температура мен қысым кезінде жүргізіледі, өйткені одан жоғарыда сұйықтық пен бу арасындағы айырмашылық жоғалады, сондай-ақ жоғары критикалық жағдайда.Көптеген оксидтердің ерігіштігі гидрометальді тұзды ерітінділерде таза суға қарағанда айтарлықтай жоғары,осыған байланысты тұздар минерализатор атына ие болды. Сонымен қатар гидрометальді группаға ұқсас сольвотермальді синтез әдісі бар, органикалық еріткіштер мен жоғары критикалық CO2 пайдалануға негізделген.

Гидрометальді әдістің едәуір кеңейтілген мүмкіндіктері ол синтездеу кезінде реакциялық ортаны қосымша сыртқы әсерлерден қолдануды жеңілдетеді. Қазіргі кезде мұндай әдіс гидротермиялық-Микротолқынды пеште жүзеге асырылуда, гидротермальды- ультрадыбыстық, гидротермиялық электрохимиялық және гидротермиялық механохимиялық синтезі әдістері. Ең танымал наноматериалдардың бірі, гидротермальді әдіспен өндірілетін синтетикалық цеолит болып табылады. Оларды өндіруге арналған қажетті шарт болып ерітіндіде беттік активті заттардың болуы (БАЗ) гидротермальді ерітінділерде тотықты қосылыстардың морфологиялық эволюциясына белсенді әсері. Синтез және БАЗ түрінің шарттарын таңдау мақсатты көрсетілген кеуек мөлшерімен наноматериалды кеуек алу кең ауқымда реттелінеді.

48. Нанобөлшектердің электрлік қасиеттері туралы не білесіз

Нанобөлшектер – бұл бөлшектердің құрылымдық өлшемі ең төменгі дәлдікке ие болып, беттік қабатындағы үлесі 100 нм-ден жоғары болмайтын және немесе одан аз атомнан тұратын бөлшектер.

Нанобөлшектер көлемдік материалдардың бір бөлігі болып есептеледі және олар әртүрлі құрылымдық элементтерді сипаттай:

Бірөлшемді (нанометрлі өлшемі біреу ғана – қалыңдығы болатын, жұқа пленкалар);

Екіөлшемді (жұқа пленка бетінде тұндыру немесе оларға металл нанобөлшектерін сорбциялау);

Үшөлшемді (кеуекті материалдар, кеуекті әйнектер және басқа мүмкін болатын сорбциялау).

Нанобөлшектердің электрлік қасиеті туралы айтатын болсақ,

Металл қатты заттардың электрлік кедергісі фонондардағы электрондардың таралуы, құрылысындағы ақаулар мен қоспалар мөлшерімен анықталады.Көптеген металл тәрізді нанометалдар үшін (Cu, Ni,Ni-P,Fe-Cu-Si-B,NiAl және ауыспалы металдардың нитридтері мен боридтері және т.б.) дәнек өлшемдерінің азаюымен электрлік кедергілері біршама артады.Іс-жүзінде барлық металл тәрізді наноматериалдарға Т=1-10К температура арлығында үлкен қалдық электрлік кедергі шамасы мен электр кедергінің температуралық коэффициенттерінің шамасы аз болады.

Қабықшалардың электрокедергілерін талдау кезінде электрондардың сыртқы қабаттарда шашырауы мүмкіндігін, олардың топографиясын және көпқабатты құрылымын ескеру керек. Электрлік кедергінің ρнанокристалдың қалыңдығына тәуелдік сипаты бойынша 3 топқа бөлінеді:

Қалың, ірі кристалды объектілердің өткізгіштігіне сәйкес келетін қабықшалар; мұндай монокристалды қабықшаларды минималды қалыңдығы δ шамамен 100 нм жоғары ;

Жұқа (δ~10 нм ), қалың қабықшалармен салыстырғанда өткізгіштігі төмендеу, электрокедергінің температуралық коэффициенті шамасы 0 жуық болады;

Түбек тәрізді (δ~1нм), өткізгіштігі жинақы материалдардан бірнеше ретке ерекшеленеді, ал электрлік кедергінің температуралық коэффициенті теріс шама болатын қабықшалар болып келеді.