- •Содержание
- •Введение
- •Глава 1 особенности структуры и технологии наноразмерных объектов
- •1.1 Классификация вещественных объектов
- •1.1.1 Размерные классы частиц
- •1.1.2 Факторы, влияющие на свойства вещества
- •Риcунок 1.11 – Схема возникновения н-центра окраски в цгк типа NaCl
- •1.2 Методы получения низкоразмерных частиц
- •1.3 Модельные представления о структуре и габитусе наноразмерных частиц
- •1.3.1 Методологические подходы к описанию кристаллов
- •1.3.2 Правильные формы кристаллов и их описание
- •Общие простые формы кристаллов и кристаллографические индексы их граней (hkl)
- •Частные простые формы (грань (h 0 0))
- •Частные простые формы кристаллов с единичным направлением (исходная грань (h k 0)).
- •Частные простые формы кристаллов без единичного направления
- •1.3.3 Габитус наночастиц, полученных при диспергировании крупных кристаллов
- •1.4 Теоретическое описание структуры и габитуса наночастиц, полученных конденсированием
- •1.4.1 Шаровые упаковки как модели многоатомных структур
- •1.4.2 Атомные координации в полиэдрах плотнейших атомных упаковок
- •Радиусы координационных сфер и их числа заполнения для гцк-структур
- •Радиусы координационных сфер и их числа заполнения для гпу-структур
- •Радиусы координационных сфер и их числа заполнения для оцк-структур
- •1.4.3 Некристаллографическая симметрия габитуса наноразмерных атомных координационных полиэдров
- •1.4.4 Фуллереноподобные формы нанокристаллов
- •1.4.5 Габитусы наночастиц сложного состава
- •1.5 Структура и свойства наноразмерных частиц, применяемых в функциональном материаловедении
- •1.5.1 Структура и свойства наноразмерных металлических модификаторов функциональных материалов
- •Координационные числа (к) координационных сфер (n – ее номер) при плотнейшей шаровой упаковке
- •Основные параметры, необходимые для описания жидких кластеров металлов (z – порядковый номер, n – плотность атомов, ef – энергия Ферми, rw – радиус Вагнера-Зейтца, w – работа выхода)
- •1.5.2 Наноразмерные углеродсодержащие модификаторы*
- •Размеры кристаллических блоков в алмазосодержащих продуктах детонационного синтеза
- •Р исунок 1.66 – Термограммы tg (а) и dta (б) углеродных нанокластеров. Скорость нагрева 5оС/мин: 1 – удаг; 2 – уда
- •Фазовый состав наномодификаторов, полученных по технологии термолиза прекурсора в технологической среде
- •Характеристики модифицированных углеродных волокон [161]
- •1.5.3 Силикатные наноразмерные частицы
- •Кристаллографические индексы рефлексов (kl) и структурные амплитуды f(20) и f(850) кристалла мусковита при 20оС и после прогрева при 850оС соответственно
- •Характеристики ультрадисперсных керамик (ук), полученных плазмохимическим синтезом [179]
- •Характеристики ультрадисперсных керамик (ук) механохимического синтеза [177]
- •Характеристики ультрадисперсных оксинитридов плазмохимического синтеза [179-180]
- •Некоторые свойства природных и синтетических цеолитов
- •1.6 Заключение к главе 1
- •Глава 2 механизмы модифицирующего действия наноразмерных частиц в полимерных и олигомерных матрицах
- •2.1 Критерии оценки наноразмерности
- •2.1.1 Физические предпосылки к оценке наноразмерности частиц
- •2.1.2 Связь фононных характеристик с наноразмерностью
- •2.1.3 Теорема Блоха и наноразмерность
- •2.1.4 Дебаевская длина волны и максимальный наноразмер
- •2.1.5 Расчет максимального наноразмера на основании уравнения Шредингера
- •2.1.6 Определение предельных размеров частиц веществ с неразрушенными полимерными молекулами
- •2.1.7 Динамические модели кристалла Эйнштейна и Дебая
- •2.1.8 Расчетные значения максимальных размеров наночастиц одноэлементных веществ и некоторых соединений
- •Характеристические температуры ( ) и максимальные размерынанокристаллов некоторых веществ
- •Характеристические температуры и максимальные размеры нанокристаллов некоторых галогенидов
- •Температура Дебая и максимальный наноразмер полупроводников типов
- •Отношение температуры Дебая наночастиц к для объемной фазы некоторых металлов, r – размер частицы
- •Дебаевская температура и наноразмерный максимум одноэлементных веществ
- •2.1.9 Влияние размеров кристаллитов на их физические свойства
- •2.2 Особенности зарядового состояния наноразмерных частиц
- •2.2.1 Зарядовое состояние дисперсных частиц слоистых минералов
- •2.3 Зарядовое состояние металлических компонентов функциональных материалов и металлополимерных систем
- •2.3.1 Модельные представления о механизме модифицирования полимерных матриц нанокомпозиционными частицами
- •Зависимость размеров областей когерентного рассеяния (l ǻ) от массовой концентрации (с, мас.%) ультрадисперсного углерода (шихты)
- •Значения радиусов (r, ǻ) и относительных координационных чисел (окч) для композитов с различной массовой концентрацией (с, мас.%) наполнителя
- •2.4 Заключение к главе 2
Фазовый состав наномодификаторов, полученных по технологии термолиза прекурсора в технологической среде
Характерис-тики |
Температура, К |
Отнесение рефлекса |
||||||
|
Д |
293 |
373 |
423 |
473 |
493 |
498 |
|
9,90 |
4,48 |
48 |
55 |
24 |
- |
15 |
- |
Формиат меди |
13,20 |
3,37 |
100 |
100 |
100 |
80 |
100 |
99 |
Cu |
21,60 |
2,09 |
- |
- |
74 |
100 |
99 |
100 |
Cu |
21,75 |
2,08 |
19 |
28 |
73 |
- |
- |
- |
Формиат меди |
25,20 |
1,81 |
- |
- |
26 |
35 |
36 |
39 |
Cu2O |
27,30 |
1,68 |
9 |
11 |
10 |
11 |
10 |
10 |
Cu |
30,70 |
1,54 |
4 |
9 |
7 |
- |
7 |
- |
Cu |
37,05 |
1,28 |
- |
- |
13 |
17 |
18 |
20 |
Cu |
47,65 |
1,04 |
- |
- |
5 |
5 |
- |
- |
Cu |
Кроме того, сонолиз (механо-химические процессы, сопровождающие УЗ-диспергирование) могут привести к образованию новых видов продуктов вследствие адсорбции (хемосорбции) радиальных фрагментов на активных центрах металлических частиц в момент их образования (in statu – nasсendi).
Особый интерес представляют волокнообразные углеродсодержащие модификаторы, получаемые в результате высокотемпературной обработки органических волокон различного состава, вызывающей карбонизацию основной молекулярной цепи. Углеродные волокна обладают специфичной структурой и уникальным сочетанием прочностных и теплофизических характеристик, химической стойкости, износостойкости [154, 159]. Благодаря сочетанию высоких служебных характеристик их применяют в качестве наполнителей и модификаторов, обеспечивающих заданный диапазон эксплуатации изделий из композиционных материалов различного функционального назначения, в т.ч. триботехнических [159, 160]. Структура углеродных волокон, характеризующаяся наличием большого количества низкоразмерных дефектов, позволяет применять различные методы модифицирования с целью придания им электрических, магнитных и прочностных характеристик [159]. Разработаны углеродные волокна, содержащие легирующие нанофазы различных компонентов, введенных как при получении волокна, так и при его целевом модифицировании. Для получения армированных углеродных волокон использован прием пропитки исходного гидратцеллюлозного или полиакрилонитрильного волокна растворами соответствующих солей металлов с последующей сушкой и карбонизацией в токе инертного газа [95]. В результате формировали углеродные материалы с содержанием металла или его соединения 5-12 мас.%. Для модифицирования применяли различные соединения циркония, гафния, кремния, титана. Исходное волокно подвергали различным методам модифицирования – термообработке, активации, предварительному набуханию в специальных средах и т.п. Термическая обработка модифицированных волокон приводит к образованию высокопрочных термостойких фаз ZrO2 – HfO2; ZnC – HfC, SiC, НfC, TiC и др., которые изменяли состав и характеристики волокон, в т.ч. структуру поверхностного слоя. Характерный вид модифицированных волокон приведен на рис. 1.71.
-
а
б
Рисунок 1.71 – Микрофотографии углеродных волокон, модифицированных соединениями гафния и циркония (50:50). 4000 (а), 10000 (б) [161]
Разработана технология получения нанофазных углеродных волокон путем пропитки углеродных тканей Урал Т-22, Урал Т-15, УУТ-2 растворами кремнезоля с концентрацией от 4,5 до 22,4 мас.%, диэтилсиликонатом натрия (ГКЖ-94), алюмозолем с концентрацией 4,515 мас.% и кремнийорганическими лаками [95].
В процессе пропитки реагенты смачивали поверхность волокон, проникали в поры и капилляры, заполняли межволоконное пространство. В процессе отжига при 873-1773 К в волокнах формировались фазы оксидов, оксикарбидов и карбидов кремния. В результате существенно повышалась устойчивость волокон к окислению, воздействию паров воды и прочность табл. 1.16.
Модифицирующий эффект углеродсодержащих наноразмерных частиц в значительной степени определяется технологией их синтеза.
Таблица 1.16