Министерство образования и науки Российской Федерации

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ТГУ)

Химический факультет

Кафедра неорганической химии

Курсовая работа

На тему:

«Золь-гель процесс - способ получения наноматериалов»

Руководитель

канд. хим. наук, доцент

__________ Л.Н.Мишенина

^{подпись}

«_____»__________2015г.

Студентка группы №08402

___________ Матафонова Е.А

^{подпись}

Томск 2015

Оглавление:

Введение…………………………………………………………………………..3

1. Общие сведения о наноматериалах………………………………………4

2. Золь-гель метод получения наноматериалов…………………………….6

   1. Получение «химического геля»……………………………………….....8

   2. Получение «физического геля»……………………………………….....8

3. Химия золь-гель процесс………………………………………………...10

   1. Исследование гидролиза титана (IV)в солянокислых растворах с применением КР – спектроскопии……………………………………...10

   2. Образование золя гидратированного диоксида титана при электролизе раствора четыреххлористого титана…………………………………...15

   3. Образование золя гидроксида циркония при электролизе раствора хлорида циркония……………………………………………………….17

   4. Образование золей при электролизе двухкомпонентных растворов хлоридов металлов………………………………………………………19

Заключение………………………………………………………………………21

Список литературы……………………………………………………………...22

Введение.

Наноструктуры интенсивно начали изучать приблизительно двадцать лет назад, и их изучение в настоящее время занимает определенное место в сфере применения. Несмотря на то, что слово «нанотехнология» является относительно новым, устройства и структуры нанометровых размеров не новы. Оказывается, что они существуют на Земле столько же, сколько существует сама жизнь.

Нанотехнология – это область науки и техники, которая означает создание того, что нужно человеку, из атомов или групп атомов (они называются наночастицами) при помощи специальных приборов. Она связана с разработкой устройств размером порядка нанометра. Основное назначение таких устройств – работать с отдельными атомами и молекулами (межатомные расстояния в биологических молекулах измеряются десятыми долями нанометра). Импульс развитию нанотехнологии дало создание сканирующего туннельного микроскопа – устройства, позволяющего исследовать вещество на атомном уровне («видеть атомы») и перемещать отдельные атомы. За это изобретение была присуждена Нобелевская премия в 1986 году.

По причине того, что нанохимия включает в себя множество разделов, и разобрать их в курсовой работе невозможно, то я остановлюсь на небольшом разделе: золь-гель процесс - способ получения наноматериалов.

1. Общие сведения о наноматериалах.

Такие термины как «нанометр», «наночастицы», «наноструктуры», «наноматериалы» и «нанотехнологии», в которых приставка «нано» означает миллиардную часть чего-нибудь, в научной литературе появились недавно. Один из самых древних примеров использования таких материалов – окрашивание стекла наночастицами металлов, технология получения которых известна еще с Древнего Египта. Несмотря на это, первая теоретическая работа, в которой был предложен способ возникновения окраски в таких стеклах, появилась лишь в 20 веке.

Рассмотрим, что означают термины «наноструктура» и «наноматериалы». Согласно международной конвенции IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) наночастицами считается все, что имеет размер от одного до ста нанометров. В последнее время это определение связано не с их размером, а с проявлением у них необычных свойств, отличающихся от свойств объёмной фазы, то есть сопоставляют размер наночастиц с корреляционным радиусом того или иного явления.

Наночастицы делят на: кластеры (или нанокристаллы) и собственно наночастицы – важные состояния конденсированной фазы. Кластеры – это частицы упорядоченного строения ( часто центросимметричные) размером 1 – 5 нм, которые содержат до 10⁴ атомов. А наночастицы – это собсвенно наночастицы размером 5 – 100 нм, состоящие из 10³ - 10⁸ атомов. Предполагается, что это плотно упакованные частицы с произвольной внешней формой и структурной организацией.

Наночастицы, имеющие размер менее 10 нм, являются системами с избыточной энергией и высокой химической активностью. Частицы размером около 1 нм почти без энергии активации вступают в процессы агрегации, которые ведут к образованию наночастиц металлов, и в реакции с другими химическими соединениями, приводящие к образованию веществ с новыми свойствами. Запасенная энергия таких объектов определяется нескомпенсированностью связей поверхностных и приповерхностных атомов. Это может привести к возникновению необычных поверхностных явлений и реакций.

Получение наночастиц из атомов сопровождается двумя процессами: во-первых, формируются металлические ядра разного размера, во – вторых, происходит взаимодействие между частицами, ведущими к созданию из них ансамблей, представляющих наноструктуру.

Все методы получения наночастиц можно разделить на две большие группы. Первая объединяет способы, позволяющие получать и изучать наночастицы, но на их основе трудно создавать новые материалы. Сюда можно отнести конденсацию при сверхнизких температурах, некоторые варианты химического, фотохимического и радиационного восстановления, лазерное испарение.

Вторая группа включает методы, позволяющие на основе наночастиц получать наноматериалы. Это, в первую очередь, различные варианта механохимического дробления, конденсация из газовой фазы, плазмохимические методы и др.

Такое разделение методов является относительно условным, но отражает их особенность: получение наночастиц путем объединения отдельных атомов, или подход «снизу вверх», за которым ученые видят будущее нанотехнологий; и различные варианты диспергирования, или подход «сверху вниз». Первый подход характерен в основном для химических методов получения наноразмерных частиц, второй для физических методов. Получение наночастиц путем укрупнения атомов позволяет рассматривать единичные атомы как нижнюю границу нанохимии. Верхняя граница определяется количеством атомов в кластере, при котором дальнейшее увеличение размера не ведет к качественным изменениям химических свойств.