Na kratko o glavnih metodah pridobivanja nanomaterialov. Osnovne tehnologije za pridobivanje nanomaterialov. Tehnologija konsolidiranih materialov

Struktura in s tem lastnosti nanomaterialov se oblikujejo v fazi njihove izdelave. Pomen tehnologije kot osnove za zagotavljanje stabilnega in optimalnega delovanja nanomaterialov je povsem očiten; to je pomembno tudi z vidika njihovega gospodarstva.

Za tehnologijo nanomaterialov je v skladu z raznolikostjo slednjih značilna kombinacija na eni strani metalurških, fizikalnih, kemičnih in bioloških metod, na drugi strani pa tradicionalnih in bistveno novih tehnik. Torej, če je velika večina metod za pridobivanje konsolidiranih nanomaterialov precej tradicionalnih, potem takšne operacije, kot so izdelava, na primer "kvantnih peres" s skenirajočim tunelskim mikroskopom, tvorba kvantnih pik s samosestavljanjem atomov ali uporaba ion-track tehnologije za ustvarjanje poroznih struktur v polimernih materialih temeljijo na bistveno različnih tehnoloških metodah.

Zelo raznolike so tudi metode molekularne biotehnologije. Vse to otežuje predstavitev osnov tehnologije nanomaterialov, ob upoštevanju dejstva, da številne tehnološke podrobnosti (»know-how«) avtorji opisujejo le na splošno, pogosto pa je sporočilo reklamne narave. Nadalje so analizirane le glavne in najbolj značilne tehnološke metode.

Tehnologija konsolidiranih materialov

Tehnologija prahu

Prah se razume kot niz posameznih trdnih teles (ali njihovih agregatov), ki so v stiku z majhnimi velikostmi - od nekaj nanometrov do tisoč mikronov [Prah materialna znanost / Andrievsky R.A. - M.: Metalurgija, 1991. - 205 str.]. Pri izdelavi nanomaterialov se kot surovine uporabljajo ultrafini prahovi; delci z velikostjo največ 100 nm, pa tudi večji prah, pridobljen v pogojih intenzivnega mletja in sestavljen iz majhnih kristalitov z velikostjo, podobno zgoraj navedenim.

Nadaljnje operacije prašne tehnologije – stiskanje, sintranje, vroče stiskanje itd. – so zasnovane tako, da zagotovijo vzorec (izdelek) danih oblik in velikosti z ustrezno strukturo in lastnostmi. Celota teh operacij se pogosto imenuje, na predlog M.Yu. Balshina, konsolidacija. Kar zadeva nanomateriale, bi morala konsolidacija po eni strani zagotoviti skoraj popolno zbijanje (tj. odsotnost makro- in mikropor v strukturi), po drugi strani pa ohraniti nanostrukturo, povezano z začetnimi dimenzijami ultrafine. prah (tj. velikost zrn v sintranih materialih mora biti čim manjša in v vsakem primeru manjša od 100 nm).

Metode za pridobivanje praškov za izdelavo nanomaterialov so zelo raznolike; pogojno jih lahko razdelimo na kemične in fizikalne, od katerih so glavni, z navedbo najbolj značilnih ultrafinih prahov, podani v tabeli 1.

Tabela 1. Glavne metode za pridobivanje praškov za izdelavo nanomaterialov

	varianta metode	materiali
Fizične metode
Izhlapevanje in kondenzacija	Vakuum ali inertni plin	Zn, Cu, Ni, Al, Be, Sn, Pb, Mg, Ag, Cr, MgO, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , SiC
v reakcijskem plinu	TiN, AlN, ZrN, NbN, ZrO 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 .
Visokoenergijsko uničenje	Mletje	Fe-Cr, Be, Al 2 O 3 , TiC, Si 3 N 4 , NiAl, TiAl, AlN
Detonacijsko zdravljenje	BN, SiN, TiC, Fe, diamant
električna eksplozija	Al, Cd, Al 2 O 3, TiO 2.
*Kemijske metode*
	Plazemska kemikalija	TiC, TiN, Ti(C,N), VN, AlN, SiC, Si 3 N 4 , BN, W
laser	Si 3 N 4 , SiC, Si 3 N 4 -SiC
Toplotni	Fe, Cu, Ni, Mo, W, BN, TiC, WC-Co
Visoka temperatura, ki se sama razmnožuje	SiC, MoSi2, Aln, TaC
	mehanokemična	TiC, TiN, NiAl, TiB 2 , Fe-Cu, W-Cu
Elektrokemični	WC, CeO 2 , ZrO 2 , WB 4
malta	Mo 2 C, BN, TiB 2 , SiC
kriokemična
Toplotna razgradnja	Kondenzirani predhodniki	Fe, Ni, Co, SiC, Si 3 N 4 , BN, AlN, ZrO 2 , NbN
	Plinasti predhodniki	ZrB 2 , TiB 2 , BN

Oglejmo si nekaj metod za pridobivanje ultrafinih praškov.

kondenzacijska metoda . Ta metoda je znana že dolgo in v največji meri teoretično raziskana. Obstajajo homogena in heterogena nukleacija zarodkov (grodov).

V prvem primeru se jedro pojavlja fluktuacijsko in s spreminjanjem prenasičenosti sistema (povečanje ali zniževanje parnega tlaka, spreminjanje temperature procesa) lahko nadzorujemo vrednost kritičnega polmera jedra in dosežemo želeno velikost delcev. nastali praški. Z izvajanjem izhlapevanja v nevtralnih medijih in vnosom tujih površin v izhlapevalni prostor je mogoče izzvati heterogeno nukleacijo, pri kateri je višina potencialne ovire za nastanek kritičnega jedra veliko nižja v primerjavi z masivno homogeno kondenzacijo. Tako obstajata vsaj dva potrebna in zadostna pogoja za pridobivanje ultrafinih prahov s kondenzacijskimi metodami - velika prenasičenost in prisotnost molekul nevtralnega plina v kondenzirani pari.

Na Inštitutu za kemijsko fiziko Akademije znanosti ZSSR so v šestdesetih letih prejšnjega stoletja razvili laboratorijsko postavitev za pridobivanje kovinskih ultrafinih prahov. [Metoda levitacije za pridobivanje ultradisperznih kovinskih prahov /Gen M.Ya., Miller A.V. Površina. Fizika, kemija, mehanika. - 1983. št. 2., S. 150-154.]. Kapljico staljene kovine, ki visi v indukcijskem polju, piha tok argona visoke čistosti, ki odnese kondenzirane nanodelce v poseben zbiralnik prahu, ki se razbremeni v kontrolirani neoksidacijski atmosferi. Naknadno skladiščenje praškov in ustrezne tehnološke operacije se izvajajo tudi v argonu.

Kondenzacijsko metodo smo uporabili v napravi Glater (slika 1), pri kateri je proizvodnja ultrafinega prahu v atmosferi redčenega inertnega plina združena z vakuumskim stiskanjem. Nanodelci, kondenzirani na površini ohlajenega vrtečega se cilindra, se odstranijo s posebnim strgalom in zberejo v kalup 2 predstiskanje (tlak do 1 GPa), nato pa v posebnem kalupu 1 zbijanje se izvaja pri višjih (do 3–5 GPa) tlakih. Produktivnost obrata Glaiter je nizka, omejena je predvsem z nizko stopnjo izhlapevanja.

Slika 1. Shema namestitve Glaiter: 1 - stiskalna enota pri visokem tlaku; 2 - enota za predkompresijo; 3 - uparjalnik; 4 - vrtljivi kolektor, ohlajen s tekočim dušikom; 5 - strgalo

Kondenzacijske metode načeloma zagotavljajo proizvodnjo ultra finih praškov z velikostjo delcev do nekaj nanometrov, vendar je trajanje postopka pridobivanja takšnih predmetov (in s tem tudi stroški) precej veliko. Na željo potrošnikov se lahko na površino prahu nanesejo tanki polimerni filmi, ki preprečujejo aglomeracijo in korozijo.

Visoko energijsko mletje . Mehanokemijska sinteza . Sekanje je tipičen primer tehnologije od zgoraj navzdol. Mletje v mlinih, dezintegratorjih, atritorjih in drugih razpršilnih napravah nastane zaradi drobljenja, cepljenja, rezanja, odrgnine, žaganja, udarca ali kombinacije teh dejanj. Na sliki 2 je prikazana shema atritorja, v kateri se zaradi vrtenja zdrobljenega naboja in kroglic kombinirajo udarni in abrazivni učinki, in shema vibracijskega mlina, katerega zasnova zagotavlja visoko hitrost kroglic. in pogostost vplivov. Da bi izzvali uničenje, se mletje pogosto izvaja pri nizkih temperaturah. Na učinkovitost mletja vpliva razmerje med maso kroglic in zmleto mešanico, ki se običajno vzdržuje v območju od 5:1 do 40:1.

Slika 2 Shema naprav za mletje:

a - atritor (1 - telo, 2 - kroglice, 3 - vrtljivi rotor); b - vibracijski mlin (1 - motor, 2 - vibrator, 3 - vzmeti, 4 - bobni s kroglami in zdrobljenim polnjenjem)

Zagotavljanje načeloma sprejemljivega učinka, mletje pa ne vodi do proizvodnje zelo finih prahov, saj obstaja določena meja mletja, ki ustreza doseganju neke vrste ravnovesja med procesom uničenja delcev in njihovo aglomeracijo. Tudi pri mletju krhkih materialov dobljena velikost delcev običajno ni manjša od približno 100 nm; delci so sestavljeni iz kristalitov z velikostjo najmanj 10–20 nm. Upoštevati je treba tudi, da je med postopkom mletja izdelek skoraj vedno onesnažen z materialom kroglic in obloge, pa tudi s kisikom.

Plazemsko kemijska sinteza [Troitsky V.N. Pridobivanje ultra finih praškov v plazemskem mikrovalovnem razelektritvi// Mikrovalovni plazemski generatorji: fizika, tehnologija, uporaba/ Batenin V.M. in drugi - M.: Energoatomizdat, 1988. - S. 175-221.]. Sinteza v nizkotemperaturni plazmi se izvaja pri visokih temperaturah (do 6000-8000 K), kar zagotavlja visoko stopnjo prenasičenosti, visoke stopnje reakcij in kondenzacijskih procesov. Uporabljajo se tako obločne plazemske gorilnike kot visoko- in mikrovalovni (SHF) plazemski generatorji. Obločni stroji so bolj produktivni in cenovno dostopni, vendar mikrovalovne enote proizvajajo finejše in čistejše prahove. Shema takšne naprave je prikazana na sliki 3. Kovinski kloridi, kovinski prah, silicij in organokovinske spojine se uporabljajo kot začetni produkti za plazmokemijsko sintezo.

Slika 3 Shema mikrovalovne naprave za plazemsko-kemijsko sintezo:

I - električna oprema (1 - mikrovalovni generator); II - glavna tehnološka oprema (2 - plazemska gorilnik, 3 - naprava za vnos reagenta, 4 - reaktor, 5 - toplotni izmenjevalec, 6 - filter, 7 - zbiralnik prahu, 8 - razpršilnik reagenta, 9 - uparjalnik); III, IV - pomožna tehnološka oprema in krmilna enota (10 - ventili, 11 - rotametri, 12 - manometri, 13 - sistem za čiščenje plina, 14 - čistilnik, 15 - vhod plazma plina, 16 - vhod nosilnega plina, 17 - izhodni plini)

Zaradi posebnosti plazemsko-kemijske sinteze (neizotermni proces, možnost koagulacije delcev itd.) je velikostna porazdelitev dobljenih delcev v večini primerov precej široka.

Sinteza pod ultrazvočno obdelavo [ Aplikacije ultrazvoka v kemiji materialov / Suslick K.S., Price G.J. Letni pregled Materialna znanost. - 1999. V.2., str. 295-326.]. Ta metoda je znana kot sonokemična sinteza, ki temelji na učinku kavitacije mikroskopskih mehurčkov. Med kavitacijo v majhnem volumnu se razvijejo nenormalno visok tlak (do 50 - 100 MN/m 2) in visoka temperatura (do 3000 K in več) ter ogromne hitrosti segrevanja in hlajenja (do 10 10 K/s). ). V pogojih kavitacije postane mehurček tako rekoč nanoreaktor. Z uporabo ekstremnih pogojev znotraj kavitacijskih mehurčkov je bilo pridobljenih veliko nanokristalnih (amorfnih) kovin, zlitin in ognjevzdržnih spojin (na primer nanodelci Fe, Ni in Co ter njihove zlitine iz karbonilov, koloidi zlata in bakra, Zr nanooksid itd.). .

Električna eksplozija žic [Nanopraški, pridobljeni z metodami impulznega tarčnega segrevanja / Kotov Yu.A. obetavni materiali. - 2003. št. 4., S. 79-81.]. Že dolgo je bilo ugotovljeno, da pri prehodu tokovnih impulzov z gostoto 10 4 -10 6 A/mm 2 skozi relativno tanke žice pride do eksplozivnega izhlapevanja kovine s kondenzacijo njenih hlapov v obliki delcev različnih disperzij. Odvisno od okolja lahko pride do tvorbe kovinskih delcev (inertni mediji) ali oksidnih (nitridnih) praškov (oksidacijski ali dušikovi mediji). Zahtevano velikost delcev in produktivnost procesa nadzorujejo parametri izpustnega kroga in premer uporabljene žice. Oblika nanodelcev je pretežno sferična, porazdelitev velikosti delcev je normalno-logaritmična, vendar precej široka. Za nanodelce velikosti 50-100 nm kovin, kot so Al, Cu, Fe in Ni, je produktivnost obrata 50-200 g/h s porabo energije do 25-50 kWh/kg. Lahko se proizvajajo tudi oksidni nanopraški (Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , MgAl2O 4 itd.), po sedimentacijski obdelavi pa je velikost delcev lahko zelo majhna (20-30 nm).

Nekatere zgoraj obravnavane metode za pridobivanje nanopraškov v splošni obliki je seveda treba podrobno opisati. Izbira optimalne metode mora temeljiti na zahtevah za nanoprašek in nanomaterial, ob upoštevanju ekonomskih in okoljskih vidikov.

Metode konsolidacije. Skoraj vse metode, poznane v tehnologiji prahu: stiskanje in sintranje, različne vrste vročega stiskanja, vroče ekstrudiranje itd. - velja za ultrafine praške. V inštalacijah tipa, prikazanem na sliki 1, je kljub uporabi dokaj visokih pritiskov (do 2-5 GPa) tudi v vakuumskih pogojih in z majhno višino vzorca (do 1 mm) mogoče pridobiti vzorce s poroznostjo najmanj 10-15%. Za ultrafine prahove je značilna nizka stisljivost med stiskanjem zaradi pomembnega vpliva lastnosti trenja med delci. V tehnologiji stiskanja nanopraškov pri sobni temperaturi je učinkovita uporaba ultrazvočnih vibracij, ki zmanjšajo elastični učinek po odstranitvi obremenitve stiskanja in nekoliko povečajo relativno gostoto stisnjenih izdelkov, razširijo možnosti njihove izdelave v obliki puš in drugih oblik [Ultrazvočno stiskanje ultrafinih keramičnih prahov / Khasanov OL . Izvestiya vuzov. fizika. - 2000. št. 5., S. 121-127.].

Za odpravo preostale poroznosti je potrebna toplotna obdelava stisnjenih vzorcev - sintranje. Vendar pa pri proizvodnji nanomaterialov običajni načini sintranja prašnih predmetov ne omogočajo ohranjanja prvotne nanostrukture. Procesa rasti zrn (rekristalizacija) in zbijanja med sintranjem (krčenjem), ki so difuzijsko nadzorovani, tečejo vzporedno, se prekrivajo, zato ni enostavno združiti visoke stopnje zbijanja s preprečevanjem rekristalizacije.

Tako je z uporabo visokoenergetskih metod konsolidacije, ki vključujejo uporabo visokih statičnih in dinamičnih tlakov ter zmernih temperatur, mogoče do določene mere upočasniti rast zrn.

Konvencionalni načini stiskanja in sintranja ultrafinih praškov se lahko uporabljajo za pridobivanje nanostrukturiranih poroznih polizdelkov, ki se nato podvržejo operacijam tlačne obdelave za popolno konsolidacijo. Torej, bakrov prah, pridobljen s kondenzacijsko metodo, z velikostjo delcev 35 nm z oksidnim (Cu 2 O 3) filmom debeline 3,5 nm po stiskanju pri tlaku 400 MPa in neizotermnem sintranju v vodiku do 230 °C (segrevanje hitrost 0,5 °C / min) pridobi relativno gostoto 90 % z velikostjo zrn 50 nm [Izdelava razsutih nanostrukturiranih materialov iz kovinskih nanopraškov: struktura in mehansko obnašanje/ Champion Y., Guerin-Mailly S., Bonnetien J.- L. Skriptni materiali. - 2001. V.44. N8/9., str. 1609-1613.]. Naknadno hidrostatično ekstrudiranje je privedlo do izdelave neporoznih makrovzorcev z visoko trdnostjo in plastičnostjo (tlačna meja tečenja 605 MPa, relativni raztezek 18 %).

Rast zrn med običajnim sintranjem se lahko upočasni z uporabo posebnih neizotermičnih načinov ogrevanja. V tem primeru je zaradi konkurence med mehanizmi krčenja in rasti zrn mogoče optimizirati procese zbijanja in v veliki meri odpraviti pojave rekristalizacije. - Kijev: Akademperodiika, 2001. - 180 str.]. Sintranje z elektrorazelektritvijo, ki se izvaja s prehajanjem toka skozi sintrani vzorec, in vroča tlačna obdelava praškastih predmetov (na primer kovanje ali ekstruzija) lahko prispevata tudi k zaviranju rekristalizacije in se lahko uporabljata za pridobivanje nanomaterialov. K ohranjanju nanostrukture prispeva tudi sintranje keramičnih nanomaterialov pri mikrovalovnem segrevanju, ki vodi do enakomerne porazdelitve temperature po preseku vzorca. Vendar je velikost kristalitov pri naštetih možnostih konsolidacije običajno na ravni zgornje meje zrnavosti nanostrukture, t.j. običajno ni nižja od 50-100 nm.

Uvod

1 Pojav in razvoj nanotehnologije

2 Osnove tehnologije nanomaterialov

2.1 Splošne značilnosti

2.2 Tehnologija konsolidiranih materialov

2.2.1 Tehnologije v prahu

2.2.2 Močna plastična deformacija

2.2.3 Nadzorovana kristalizacija iz amorfnega stanja

2.2.4 Tehnologija filmov in premazov.

2.3 Tehnologija polimernih, poroznih, cevastih in bioloških nanomaterialov

2.3.1 Hibridni in supramolekularni materiali

2.3.2 Nanoporozni materiali (molekularna sita)

2.3.3 Cevni materiali

2.3.4 Polimerni materiali

3 Splošne značilnosti uporabe nanomaterialov

Zaključek

Nanotehnologija je v zadnjih letih postala ne le ena najbolj obetavnih vej visoke tehnologije, ampak tudi sistemski dejavnik v gospodarstvu 21. stoletja – gospodarstva, ki temelji na znanju in ne na uporaba naravnih virov ali njihova predelava. Poleg tega, da nanotehnologija spodbuja razvoj nove paradigme vseh proizvodnih dejavnosti ("od spodaj navzgor" - od posameznih atomov - do izdelka, in ne "od zgoraj navzdol", kot so tradicionalne tehnologije, v katerih je izdelek pridobljen z odrezovanjem odvečnega materiala iz masivnejšega obdelovanca) je sam vir novih pristopov k izboljšanju kakovosti življenja in reševanju številnih družbenih problemov v postindustrijski družbi. Po mnenju večine strokovnjakov s področja znanstveno-tehnološke politike in investicij bo začeta nanotehnološka revolucija zajela vsa vitalna področja človekovega delovanja (od raziskovanja vesolja do medicine, od nacionalne varnosti do ekologije in kmetijstva), njene posledice pa bodo širše in globlje kot računalniška revolucija zadnje tretjine 20. stoletja. Vse to postavlja naloge in vprašanja ne le na znanstvenem in tehničnem področju, temveč tudi pred administratorje na različnih ravneh, potencialne investitorje, izobraževalni sektor, državne organe itd.

Nanotehnologija je nastala na podlagi revolucionarnih sprememb v računalniški tehnologiji. Elektronika kot celostna smer se je pojavila okoli leta 1900 in se je v preteklem stoletju še naprej hitro razvijala. Izjemno pomemben dogodek v njeni zgodovini je bil izum tranzistorja leta 1947. Po tem se je začel razcvet polprevodniške tehnologije, v katerem se je velikost silikonskih naprav nenehno zmanjševala. Hkrati sta se hitrost in prostornina magnetnih in optičnih naprav za shranjevanje nenehno povečevala.

Ko pa se velikost polprevodniških naprav približa 1 mikronu, se v njih začnejo pojavljati kvantno mehanske lastnosti snovi, t.j. nenavadne fizične pojave (kot je učinek tunela). Z gotovostjo lahko domnevamo, da se bo ob ohranitvi trenutnega tempa razvoja računalniške moči celotna polprevodniška tehnologija v približno 5-10 letih soočila s temeljnimi težavami, saj bosta hitrost in stopnja integracije v računalnikih dosegla določene "temeljne" meje. po nam znanih zakonih fizike. Tako nadaljnji napredek znanosti in tehnologije od raziskovalcev zahteva pomemben »preboj« do novih principov delovanja in novih tehnoloških metod.

Takšen preboj je mogoče doseči le z uporabo nanotehnologij, ki bodo omogočile ustvarjanje cele vrste bistveno novih proizvodnih procesov, materialov in naprav, kot so nanoroboti.

Izračuni kažejo, da lahko uporaba nanotehnologij izboljša osnovne karakteristike polprevodniških računalniških in pomnilniških naprav za tri rede velikosti, t.j. 1000-krat.

Vendar pa nanotehnologije ne bi smeli omejiti le na lokalni revolucionarni preboj v elektroniki in računalniški tehnologiji. Dosegli smo že vrsto izjemno pomembnih rezultatov, zaradi katerih lahko upamo na pomemben napredek v razvoju drugih področij znanosti in tehnologije.

Na številnih predmetih iz fizike, kemije in biologije se je pokazalo, da prehod na nanonivo vodi do kvalitativnih sprememb fizikalno-kemijskih lastnosti posameznih spojin in sistemov, pridobljenih na njihovi osnovi. Govorimo o koeficientih optične upornosti, električne prevodnosti, magnetnih lastnostih, trdnosti, toplotni odpornosti. Poleg tega so glede na opažanja novi materiali, pridobljeni z nanotehnologijo, bistveno boljši v svojih fizikalnih, mehanskih, toplotnih in optičnih lastnostih od analogov v mikrometrski lestvici.

Na podlagi materialov z novimi lastnostmi že nastajajo nove vrste sončnih celic, pretvorniki energije, okolju prijazni izdelki in še marsikaj. Ustvarjeni so že bili visoko občutljivi biološki senzorji (senzorji) in druge naprave, ki omogočajo govor o nastanku nove znanosti - nanobiotehnologije in imajo velike možnosti za praktično uporabo. Nanotehnologija ponuja nove možnosti za mikroobdelavo materialov in na podlagi tega ustvarjanje novih proizvodnih procesov in novih izdelkov, ki naj bi revolucionarno vplivali na ekonomsko in družbeno življenje prihodnjih generacij.

2.1 Splošne značilnosti

2.2.1 Tehnologije v prahu

Prah je skupek posameznih trdnih teles (ali njihovih agregatov) v stiku z majhnimi velikostmi - od nekaj nanometrov do tisoč mikronov. Pri izdelavi nanomaterialov se kot surovine uporabljajo ultrafini prahovi; delci z velikostjo največ 100 nm, pa tudi večji prah, pridobljen v pogojih intenzivnega mletja in sestavljen iz majhnih kristalitov z velikostjo, podobno zgoraj navedenim.

Tabela 1. Glavne metode za pridobivanje praškov za izdelavo nanomaterialov

Metoda	varianta metode	materiali
*Fizične metode*
Izhlapevanje in kondenzacija	Vakuum ali inertni plin	Zn, Cu, Ni, Al, Be, Sn, Pb, Mg, Ag, Cr, MgO, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , SiC
Izhlapevanje in kondenzacija	v reakcijskem plinu	TiN, AlN, ZrN, NbN, ZrO 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 .
Visokoenergijsko uničenje	Mletje	Fe-Cr, Be, Al 2 O 3 , TiC, Si 3 N 4 , NiAl, TiAl, AlN
	Detonacijsko zdravljenje	BN, SiN, TiC, Fe, diamant
	električna eksplozija	Al, Cd, Al 2 O 3, TiO 2.
*Kemijske metode*
Sinteza	Plazemska kemikalija	TiC, TiN, Ti(C,N), VN, AlN, SiC, Si 3 N 4 , BN, W
	laser	Si 3 N 4 , SiC, Si 3 N 4 -SiC
	Toplotni	Fe, Cu, Ni, Mo, W, BN, TiC, WC-Co
	Visoka temperatura, ki se sama razmnožuje	SiC, MoSi2, Aln, TaC
	mehanokemična	TiC, TiN, NiAl, TiB 2 , Fe-Cu, W-Cu
	Elektrokemični	WC, CeO 2 , ZrO 2 , WB 4
	malta	Mo 2 C, BN, TiB 2 , SiC
	kriokemična	Ag, Pb, Mg, Cd
Toplotna razgradnja	Kondenzirani predhodniki	Fe, Ni, Co, SiC, Si 3 N 4 , BN, AlN, ZrO 2 , NbN
Toplotna razgradnja	Plinasti predhodniki	ZrB 2 , TiB 2 , BN

Oglejmo si nekaj metod za pridobivanje ultrafinih praškov.

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študentje, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki uporabljajo bazo znanja pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Gostuje na http://www.allbest.ru/

Nanotehnologija je področje temeljne in uporabne znanosti in tehnologije, ki se ukvarja s kombinacijo teoretične utemeljitve, praktičnih metod raziskovanja, analize in sinteze ter metod za proizvodnjo in uporabo izdelkov z dano atomsko strukturo z nadzorovano manipulacijo posameznih atomi in molekule.

Osnova vseh nanotehnologij je sposobnost tetravalentnih elementov (najpogosteje ogljika), da tvorijo poliatomske in nato večmolekularne strukture. Takšne strukture imajo najpogosteje specifične lastnosti (odvisne od sestave, oblike nastale molekule in njenih drugih parametrov), ki niso lastne nobeni drugi znani spojini, zaradi česar so tako zanimive za znanost in odpirajo obsežna področja za uporabo nanomolekule in nanotehnologije nasploh. material nanotehnološke tehnologije

Na primer, izkazalo se je, da imajo nanodelci nekaterih materialov zelo dobre katalitične in adsorpcijske lastnosti. Drugi materiali kažejo neverjetne optične lastnosti, kot so ultra tanki filmi organskih materialov, ki se uporabljajo za izdelavo sončnih celic.

Po drugi strani pa je sposobnost štirivalentnih elementov, kot je ogljik, da tvorijo štiri vezi z drugimi atomi z vidika fizike razložena s prisotnostjo štirih valenčnih elektronov na zunanji energijski ravni.

Seveda je treba povedati, da taka razlaga ne rešuje povsem problema in je bolj kemična kot fizična. A če padeš še dlje, lahko vidiš, da vse temelji na fizičnem pojavu, ki pojasnjuje nastanek vezi med atomi.

Opažamo tudi, da sodoben opis kemične vezi poteka na podlagi kvantne mehanike, ki je veja fizike. Kemična vez je določena z interakcijo med nabitimi delci (jedri in elektroni). Ta interakcija se imenuje elektromagnetna.

Metode za pridobivanje nanomaterialov delimo na mehanske, fizikalne, kemične in biološke. tiste. Ta razvrstitev temelji na naravi procesa sinteze nanomaterialov. Mehanske proizvodne metode temeljijo na vplivu velikih deformacijskih obremenitev: trenja, tlaka, stiskanja, vibracij, procesov kavitacije itd. Fizične proizvodne metode temeljijo na fizikalnih transformacijah: izhlapevanje, kondenzacija, sublimacija, hitro hlajenje ali segrevanje, brizganje taline itd. (Za popolnost razvrstitve in za referenco) Kemijske metode vključujejo metode, katerih glavna stopnja dispergiranja so: elektroliza, redukcija, toplotna razgradnja. Biološke metode pridobivanja temeljijo na uporabi biokemičnih procesov, ki se pojavljajo v beljakovinskih telesih.

Mehanske metode do nastanka napetostnega polja in njegove naknadne sprostitve ne pride ves čas, ko so delci v reaktorju, temveč le v trenutku trka delcev in v kratkem času po njem. Mehansko delovanje je tudi lokalno, saj se ne pojavi v celotni masi trdne snovi, temveč tam, kjer nastane napetostno polje in se nato sprosti. Zaradi impulzivnosti in lokalnosti so velike obremenitve za kratek čas koncentrirane na majhnih površinah materiala. To vodi do pojava napak, napetosti, strižnih trakov, deformacij in razpok v materialu. Posledično se snov zdrobi, pospešuje se prenos mase in mešanje komponent, aktivira se kemična interakcija trdnih reagentov. Zaradi mehanske abrazije in mehanskega legiranja je mogoče doseči večjo medsebojno topnost nekaterih elementov v trdnem stanju, kot je to mogoče v ravnotežnih pogojih. Mletje se izvaja v krogličnih, planetarnih, vibracijskih, vrtinčnih, žiroskopskih, brizgalnih mlinčkih, atritorjih. Brušenje v teh napravah nastane kot posledica udarcev in odrgnin.Različica mehanskega brušenja je mehanokemična metoda. Ko se mešanica različnih komponent fino zmelje, se interakcija med njimi pospeši. Poleg tega je možno, da pride do kemičnih reakcij, do katerih pri takih temperaturah sploh ne pride, če stika ne spremlja mletje. Te reakcije se imenujejo mehanokemične. Za oblikovanje nanostrukture v razsutih materialih se uporabljajo posebne mehanske deformacijske sheme, ki omogočajo doseganje velikih popačenj v strukturi vzorcev pri razmeroma nizkih temperaturah, zato med močno plastično deformacijo spadajo naslednje metode:

Visokotlačna torzija;

Enakokanalno kotno stiskanje (ECU-stiskanje);

Vsestranska metoda kovanja;

Enakokanalni kotni pokrov (ECU-hood);

Metoda peščene ure;

Metoda drsnega trenja.

Trenutno je večina rezultatov dosežena s prvima dvema metodama. V zadnjem času so bile razvite metode za pridobivanje nanomaterialov z uporabo mehanskega delovanja različnih medijev. Te metode vključujejo kavitacijsko-hidrodinamične, vibracijske metode, metodo udarnih valov, ultrazvočno mletje in detonacijsko sintezo.

Kavitacijsko-hidrodinamična metoda se uporablja za pridobivanje suspenzij nanopraškov v različnih disperzijskih medijih. Kavitacija - iz lat. besede "praznina" - nastanek votlin v tekočini (kavitacijski mehurčki ali kaverne), napolnjene s plinom, paro ali mešanico le-teh. Med postopkom kavitacijski učinki, ki jih povzroči nastanek in uničenje mikromehurčkov plina in hlapov v tekočini za 10-3 - 10-5 s pri tlakih reda 100 - 1000 MPa, vodijo do segrevanja ne le tekočin, ampak tudi trdne snovi. To dejanje povzroči mletje trdnih delcev.

Ultrazvočno brušenje temelji tudi na zagozditvenem učinku kavitacijskih udarcev. Vibracijska metoda za proizvodnjo nanomaterialov temelji na resonančni naravi učinkov in pojavov, ki zagotavljajo minimalno porabo energije med procesi in visoko stopnjo homogenizacije večfaznih medijev. Načelo delovanja je, da je vsako plovilo izpostavljeno vibracijam z določeno frekvenco in amplitudo.

Diamantne nanodelce je mogoče pridobiti z detonacijsko sintezo. Metoda uporablja energijo eksplozije, medtem ko doseže tlake na stotine tisoč atmosfer in temperature do nekaj tisoč stopinj. Ti pogoji ustrezajo območju termodinamične stabilnosti diamantne faze. Fizikalne metode za pridobivanje UD materialov vključujejo metode brizganja, procese izhlapevanja in kondenzacije, vakuumsko sublimacijsko tehnologijo in metode transformacije v trdnem stanju.

Metoda atomiziranja curka taline s tekočino ali plinom je, da se tanek curek tekočega materiala dovaja v komoro, kjer se s tokom stisnjenega inertnega plina ali curkom tekočine razbije na majhne kapljice. Pri tej metodi se kot plina uporabljata argon ali dušik; kot tekočine - voda, alkoholi, aceton, acetaldehid. Tvorba nanostruktur je možna z gašenjem iz tekočega stanja ali s predenjem. Metoda je sestavljena iz pridobivanja tankih trakov s hitrim (vsaj 106 K/s) hlajenjem taline na površini vrtljivega diska ali bobna.

Fizikalne metode. Metode izhlapevanja-kondenzacije temeljijo na izdelavi praškov kot posledica faznega prehoda hlape-trdo ali hlape-tekočina-trda v prostornini plina ali na ohlajeni površini.

Bistvo metode je v tem, da začetna snov izhlapi z intenzivnim segrevanjem, nato pa se hitro ohladi. Ogrevanje izhlapenega materiala se lahko izvaja na različne načine: uporovno, lasersko, plazemsko, električno, indukcijsko, ionsko. Postopek izhlapevanja in kondenzacije se lahko izvaja v vakuumskem ali nevtralnem plinskem okolju. Električna eksplozija prevodnikov se izvaja v argonu ali heliju pri tlaku 0,1 - 60 MPa. Pri tej metodi so tanke kovinske žice s premerom 0,1 - 1 mm nameščene v komoro in nanje impulzijo visok tok.

Trajanje impulza 10-5 - 10-7 s, gostota toka 104 - 106 A/mm2. V tem primeru se žice v trenutku segrejejo in eksplodirajo. Nastajanje delcev poteka pri prostem letu. Tehnologija vakuumske sublimacije za pridobivanje nanomaterialov vključuje tri glavne stopnje. Na prvi stopnji se pripravi začetna raztopina predelane snovi ali več snovi. Druga stopnja - zamrzovanje raztopine - je namenjena določitvi enotne prostorske porazdelitve komponent, ki so lastne tekočini, da bi dobili čim manjšo velikost kristalitov v trdni fazi. Tretja stopnja je odstranitev kristalitov topila iz zamrznjene raztopine s sublimacijo.

Obstajajo številne metode za pridobivanje nanomaterialov, pri katerih se disperzija izvaja v trdni snovi brez spreminjanja agregacijskega stanja. Eden od načinov pridobivanja masivnih nanomaterialov je metoda kontrolirane kristalizacije iz amorfnega stanja. Metoda vključuje pridobivanje amorfnega materiala s gašenjem iz tekočega stanja, nato pa se izvede kristalizacija snovi v pogojih kontroliranega segrevanja. Trenutno je najpogostejša metoda za pridobivanje ogljikovih nanocevk metoda toplotnega brizganja grafitnih elektrod v obločni plazmi.

Postopek sinteze poteka v komori, napolnjeni s helijem pod visokim tlakom. Pri plazemskem zgorevanju pride do intenzivnega toplotnega izhlapevanja anode, medtem ko na končni površini katode nastane usedlina, v kateri nastanejo ogljikove nanocevke. Nastale številne nanocevke imajo dolžino približno 40 μm. Rastejo na katodi pravokotno na ravno površino njenega konca in so zbrani v valjaste žarke s premerom približno 50 μm.

Snopi nanocevk redno pokrivajo površino katode in tvorijo strukturo satja. Zaznamo ga lahko s pregledom usedline na katodi s prostim očesom. Prostor med snopi nanocevk je napolnjen z mešanico neurejenih nanodelcev in posameznih nanocevk. Vsebnost nanocevk v ogljikovi oborini (depozit) se lahko približa 60 %.

Glede na majhno študijo, ki sem jo izvedel o sodobnih tehnologijah, ki se uvajajo v proizvodnjo oblačil, lahko rečem, da se nekatere tehnologije že aktivno uporabljajo pri ustvarjanju materialov za oblačila in obutev, kar zadeva bio- in nanotehnologijo, pa do sedaj. informacij o takih poskusih, kot je Olivia Ong , je zelo malo in je na spletu precej redko. Našel sem približno 10 primerov, ki omenjajo uporabo nanomaterialov pri izdelavi oblačil.
…Nenavadna oblačila, ki jih je oblikovala japonska raziskovalna skupina Life BEANS…

...ali Nemec Evsejevič Kričevski, profesor, doktor tehničnih znanosti, častni delavec Ruske federacije, strokovnjak Unesca, akademik RIA in MIA, dobitnik državne nagrade MSR, v članku za spletno stran nanonewsnet.ru pripoveduje o svojih izkušnjah v uvedba nanotehnologij v tekstilno industrijo...

...Kitajski znanstveniki so ustvarili nanotkanino, ki se čisti pod vplivom sončnega sevanja ...

…Portugalska razvija nove materiale in naprave, ki so najnovejša inovacija v evropskem raziskovalnem projektu DEPHOTEX…

In še nekaj drugih omemb drugih projektov.

Na žalost kljub nekaterim napredkom na področju bio- in nanotehnologije, še posebej na področju oblačil, nastali izdelki ostajajo previsoko dragi tako za proizvajalca kot za kupca, tako da nanotehnološka oblačila še niso pripravljena za proizvodnjo v večjih količinah. . Danes se to področje aktivno razvija in ostaja obetavna smer na področju nanotehnologije.

Po napovedih nekaterih znanstvenikov bo pomen razpoložljivosti visokih tehnologij v prihodnosti dosežen z iskanjem racionalnih metod in tehnologij za pridobivanje različnih nanomaterialov in bo na koncu privedel do obsežne zamenjave običajnih materialov s tistimi, pridobljenimi z uporabo visokokakovostnih materialov. tehnologije.

Vodilni pri preučevanju metod za pridobivanje nanomaterialov je NSTU in TPU, zlasti Oddelek za biotehnologijo na podlagi Inštituta za fiziko visokih tehnologij.

Gostuje na Allbest.ru

...

Podobni dokumenti

Splošne informacije o metodah za pridobivanje nanodelcev. Osnovni procesi kriokemične nanotehnologije. Priprava in disperzija raztopin. Biokemijske metode za pridobivanje nanomaterialov. Zmrzovanje kapljic tekočine. Nadzvočni odtok plinov iz šobe.

seminarska naloga, dodana 21.11.2010

Študija značilnosti razsutih nanostrukturiranih materialov. Zgodovina razvoja nanotehnologij. Razlogi za široko zanimanje za nanotehnologije in nanomateriale. Metode za pridobivanje nanopraškov. Plazemsko-kemijska in kriokemična sinteza. Kriotehnološki izdelki.

predstavitev, dodano 25.12.2015

Fullerit kot kristal velikih ogljikovih molekul Cn-fuleren. Seznanitev z glavnimi značilnostmi nanokristalnih materialov, analiza prednosti: visoka viskoznost, povečana odpornost proti obrabi. Karakterizacija mehanskih lastnosti nanomaterialov.

povzetek, dodan 20.05.2014

Skupina metod za kvantitativno kemično analizo, ki temelji na uporabi elektrolize (elektrokemijske metode analize). Značilnosti elektrogravimetrične metode, njeno bistvo in uporaba. Osnovna oprema, metoda interne elektrolize.

povzetek, dodan 15.11.2014

Nanokataliza kot hitro razvijajoče se znanstveno področje, ki vključuje uporabo nanomaterialov kot katalizatorjev za različne katalizne procese. Značilnosti proizvodnje nanomernih katalizatorjev s 100% selektivnostjo in visoko aktivnostjo.

povzetek, dodan 01.06.2014

Vpliv mehanske aktivacije na geometrijske parametre dispergiranih materialov. Glavna oprema, ki se uporablja za analizo sedimentacije materialov. Razvoj instalacije za študij materialov, študija izvedljivosti za ta proces.

diplomsko delo, dodano 16.04.2014

Pojem in namen kemičnih metod za analizo vzorcev, postopek za njihovo izvajanje in vrednotenje učinkovitosti. Razvrstitev in sorte teh metod, vrste izvedenih kemičnih reakcij. Napoved in izračun fizikalnih in kemijskih lastnosti različnih materialov.

predavanje, dodano 08.05.2010

Teoretični vidiki metod. Bistvo testiranja materialov za odpornost na mikroskopske glive in bakterije. Značilnosti merjenja intenzivnosti bioluminiscence in indeksa toksičnosti. Glavni parametri za oceno biostabilnosti gradbenih materialov.

povzetek, dodan 13.01.2015

Ena najbolj obetavnih in obetavnih smeri razvoja sodobne znanosti je nanotehnologija. Raziskave nanokompozitov iz keramike in polimerov, nanokompozitov, ki vsebujejo kovine ali polprevodnike. Možnosti nanotehnologij.

povzetek, dodan 26.01.2011

Študij kemijskih metod za pridobivanje prahov: redukcija kovinskih oksidov in soli s trdnimi ali plinastimi redukcijskimi sredstvi, disociacija karbonilov in nestabilnih spojin, metalotermija. Pridobivanje železa iz rabljenih avtomobilskih pnevmatik.

Predmet je razvil ANO "eNano" skupaj z NUST "MISiS" in je namenjen študentom, ki študirajo na področjih študija "Material Science and Technology" in "Nanomaterials".

Podjetje eNano je del skupine RUSNANO, ki razvija tečaje in programe ter zagotavlja usposabljanje na daljavo za inženirsko in vodstveno osebje v visokotehnološki industriji.

O tečaju

Predmet podaja znanja in praktične veščine s področja fizikalnih in kemijskih osnov procesov pridobivanja nanodelcev in nanomaterialov, pomaga razumeti razmerje med pogoji za njihov nastanek in lastnostmi, uvaja osnove certificiranja nanodelcev in nanomaterialov, probleme in možnosti za njihovo praktično uporabo.

Na podlagi znanja o pojavih, ki se pojavljajo v homogenih in heterogenih sistemih s spremembami temperature in tlaka ter zunanjimi mehanskimi vplivi, študent razvija predstave o fizikalnih in kemijskih osnovah procesov pridobivanja nanodelcev in nanomaterialov. Predmet govori o "biografskem" dedovanju lastnosti nanomaterialov glede na pogoje za njihovo proizvodnjo. Kot rezultat obvladovanja predmeta bo študent pridobil veščine za izvajanje izračunov za določanje presežne proste energije snovi, povezane s povečanjem njihove površine in pomanjkljivostjo strukture.

Format

Usposabljanje poteka na daljavo. Tedenski tečaji vključujejo:
ogled tematskih video predavanj;
študij ilustriranega besedilnega gradiva, vključno z 2-3 vprašanji za samopreverjanje za asimilacijo teoretičnega gradiva;
izvajanje ocenjenih testnih nalog po vsakem odseku za nadzor nad asimilacijo snovi. Naloge se štejejo v certifikat.
Pomemben element učenja na tečaju je izpolnitev 2 posameznih nalog v obliki eseja za razpravo na tečajnem forumu. Zagotavlja tudi zaključno kontrolno testiranje za celotno vsebino predmeta.

Informacijski viri

Ryzhonkov D.I. itd. Nanomateriali. Vadnica. M.BINOM.Laboratorij znanja. 2008, 280. od bolnega.
Fahlman B. Kemija novih materialov in nanotehnologija. Vadnica. M. ID Intellekt. 2011, 317 str. od bolnega.
Masuo Hosokawa, Kiyoshi Nogi, Makio Naito. Priročnik o tehnologiji nanodelcev. M. Znanstveni svet. 2013, 769s. od bolnega.

Zahteve

Za uspešno obvladovanje predmetnega gradiva morajo študenti najprej obvladati:
"kemija",
"Fazno ravnovesje in oblikovanje strukture",
"fizikalna kemija",
"Fizikalne lastnosti trdnih snovi",
"Postopki za pridobivanje in predelavo materialov",
"Difuzija in z difuzijo nadzorovani procesi",
"Mehanske lastnosti materialov",
"Teorija homogenih in heterogenih procesov".

Za obisk tega tečaja, študenti
Mora vedeti: temeljni oddelki anorganske, organske in fizikalne kemije, njihovi zakoni in metode, lastnosti kemičnih elementov, spojin in materialov, ki temeljijo na njih, vzorci nastajanja struktur in faznih transformacij, vpliv strukturnih značilnosti na lastnosti materialov, glavni razredi sodobnih materialov.
Moral bi biti sposoben: opraviti izračune glavnih fizikalno-kemijskih značilnosti reakcijskih sistemov, da bi ugotovili možnost in intenzivnost različnih transformacij v njih.
Obvladati mora: izračun tehnoloških procesov, uporaba metod strukturne analize in določanja fizikalnih in fizikalno-mehanskih lastnosti materialov, tehnike izvajanja poskusov in njihovo statistično obdelavo.

Program tečaja

1. del. Klasifikacija postopkov za pridobivanje nanodelcev. Fizikalne in kemijske osnove metod za pridobivanje nano velikih prahov (NP). NP certifikat.

Plinskofazna metoda za pridobivanje nano velikih prahov (NP). Glavne zakonitosti nastajanja NP z metodo izhlapevanja in kondenzacije.
Kondenzacijska rast nanodelcev (NP). Koagulacija in koalescenca NP.
Metoda rekondenzacije plazme za pridobivanje nanodelcev.
Plazemsko-kemijska metoda za pridobivanje NP.
Postopki za pridobivanje nanodelcev (NP) z obarjanjem nanodelcev iz raztopin.
Pridobivanje NP s termično razgradnjo in redukcijo spojin, ki vsebujejo kovine.
Mehanska metoda za pridobivanje NP. Mehanosinteza.
Elektroeksplozivna metoda za pridobivanje NP. Primerjalne lastnosti NP, pridobljenih z različnimi metodami. Biografsko dedovanje lastnosti po njih, odvisno od načina pridobivanja.
Certificiranje nanodelcev. Študija sestave, lastnosti, disperzije.

2. del. Fulereni, ogljikove in neogljikove nanocevke.

Zgodovina odkritja fulerenov. Mehanizmi tvorbe strukture fulerona. Modificirani derivati fulerenov.
Metode za proizvodnjo ogljikovih nanocevk (C-NT) (ločne, lasersko-termične, pirolitične). Mehanizmi rasti C-NT.

3. del. Fizikalne in kemijske osnove za pridobivanje nanomaterialov v razsutem stanju (NM).

Klasifikacija metod za pridobivanje NM v razsutem stanju. Nanoveliki filmi in premazi, naneseni na substrat. Kemično nanašanje nanostrukturiranih premazov s hlapi (CVD).
Fizično nanašanje nanostrukturiranih premazov iz parne faze (PVD).
Metalurgija prahu razsutega NM. Oblikovanje NP.
Sintranje nanopraškov za pridobivanje nanomaterialov v razsutem stanju.
Huda plastična deformacija kot način za pridobitev razsutega NM. Metoda za pridobivanje masivnih nanomaterialov s kontrolirano kristalizacijo iz amorfnega stanja.

Učni izidi

Kot rezultat obvladovanja predmeta "Procesi za pridobivanje nanodelcev in nanomaterialov" je študent sposoben:
uporabiti termodinamične in kinetične analize reakcijskih sistemov za utemeljitev najverjetnejšega mehanizma za procese pridobivanja nanodelcev in nanomaterialov;
analizirati možnosti različnih metod pridobivanja nanomaterialov za oblikovanje njihovih želenih lastnosti in sestave;
analizirati disperznost nanomaterialov, pridobljenih z različnimi metodami;
samostojno delo z literaturo za iskanje informacij o posameznih definicijah, pojmih in terminih s področja nanodelcev, vključno s postopki njihove proizvodnje;
opraviti izračune glavnih kazalnikov procesov pridobivanja nanodelcev in nanomaterialov (ravnotežna sestava in izkoristek ciljnega produkta);
pripraviti in izvesti postopke za pridobivanje nanodelcev in nanomaterialov.

Oblikovane kompetence

(28.03.03 Nanomateriali PK3)
Sposobnost uporabe glavnih vrst nanomaterialov in nanosistemov anorganske in organske narave za reševanje proizvodnih problemov; imeti spretnosti za izbiro teh materialov za dane delovne pogoje;
(28.03.03 Nanomateriali PK2)
Znati v praksi uporabljati sodobne znanstvene koncepte o lastnostih snovi in materialov med njihovim prehodom v nanosmerno stanje (nič-, eno-, dvo- in tridimenzionalno), o vplivu velikosti na lastnosti snovi in materiali, interakcija nanomaterialov in nanosistemov z okoljem;
(22.03.01 Materialna znanost in tehnologija materialov PC 1)
Sposobnost izvajanja nadzorovanega raziskovalnega in/ali razvojnega dela na področju znanosti o materialih in tehnologije materialov;
(22.03.01 Materialna znanost in tehnologija materialov PC 3)
Pripravljenost za sodelovanje pri razvoju tehnoloških procesov v fazi razvoja, uvajanja v proizvodnjo in testiranja materialov in izdelkov iz njih.

Omejitve pri uporabi nanomaterialov

Izkazalo se je, da so materiali z nano velikimi zrni krhki. Pomembna omejitev za uporabo nanostrukturiranih strukturnih materialov je njihova nagnjenost k medzrnski koroziji zaradi zelo velikega volumskega deleža mej zrn. V zvezi s tem jih ni mogoče priporočiti za delovanje v pogojih, ki spodbujajo takšno korozijo. Druga pomembna omejitev je nestabilnost strukture nanomaterialov in posledično nestabilnost njihovih fizikalno-kemijskih in fizikalno-mehanskih lastnosti. Torej s toploto, sevanjem, deformacijo itd. vplivi, procesi sproščanja, segregacije in homogenizacije so neizogibni. Pri oblikovanju izdelkov iz nanopraškov se precej akutno pojavlja tudi problem združevanja (lepljenja nanodelcev) v aglomerate, kar lahko oteži proizvodnjo materialov z dano strukturo in razporeditvijo komponent.

Treba je opozoriti, da je komercialni trg trenutno

najbolj zastopani nanomateriali so nanopraški

kovine in zlitine, nanopraški oksidov (silicij, železo, antimon, aluminij, titan), nanopraški številnih karbidov, ogljikova nanovlakna, fulerenski materiali.

Nanodisperzne predmete dobimo v obliki sola, gela, koncentrirane disperzije ali prahu, tankega filma, nanoporoznega telesa. Nabor metod za njihovo pridobivanje je izjemno širok. Obstoječe metode za pridobivanje nanoobjektov so razvrščene po naslednjih merilih:

Strategija sinteze: pridobivanje lahko temelji bodisi na postopku disperzije bodisi na kondenzacijskem procesu – v tuji literaturi so te metode razdeljene v dve skupini: »top-down« – »top down«, tj. zmanjšanje velikosti, mletje in "od spodaj navzgor" - "od spodaj navzgor", tj. ustvarjanje nanostruktur iz manjših začetnih komponent, natančneje iz atomov in molekul (oba pristopa sta vizualno prikazana na sliki 2.2);

Narava procesa sinteze (fizikalna, kemična ali biološka);

Viri energije, ki se uporabljajo v procesu sinteze (laser, plazma, ogrevanje, zamrzovanje, mehanski, hidrotermalni, zgorevalni itd.);

Medij, v katerem nastajajo nanodelci ali nanokristali (NC) (plin, tekočina ali trdna snov).

Izbira določene tehnologije je odvisna od številnih dejavnikov, vključno s fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi nastalih delcev, produktivnostjo, energijsko intenzivnostjo procesa, prijaznostjo do okolja itd.

Glavne metode za pridobivanje nanomaterialov lahko razdelimo v številne tehnološke skupine (slika 2.3): metode na osnovi prahu

metalurgija, metode, ki temeljijo na proizvodnji amorfnih prekurzorjev, površinske tehnologije (ustvarjanje premazov in modificiranih plasti z nanostrukturo), metode, ki temeljijo na uporabi močne plastične deformacije, in kompleksne metode z uporabo več različnih tehnologij v seriji ali vzporedno.