• 49665
  • 11
  • 1
Нравится блог?
Подписывайтесь!

СИНТЕЗ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ (Cu20, Fe203, ZnO) В ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ МАТРИЦЕ

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПОСТАВЛЕННОЙ ПРОБЛЕМЫ

Понятие о наночастицах

Ультрадисперсные среды, состоящие из малых n-ядерных частиц, занимают промежуточное положение между кластерами и массивными металлами и характеризуются наноразмерной структурой морфологических элементов. На рис. 1.1 представлены основные этапы на пути превращения атома в блочный металл — через кластерные, наноразмерные и коллоидные частицы. Таким образом, при движении вдоль оси размеров от единичного атома в нульвалентном состоянии до металлической частицы, обладающей всеми свойствами компактного металла, система проходит через ряд промежуточных стадий, главными из которых являются образование кластеров и формирование наноразмерных частиц (НРЧ). Термин "металлический"" отражает лишь состав, а не природу этих частиц, промежуточных между массивным металлом и его отдельными атомами.

Степень дисперсности оказывает определяющее влияние на их химическую активность, причем по мере роста металлических частиц химические свойства существенно меняются. По размерам частицы, можно классифицировать на три типа [1]:

-наноразмерные 1 - 10...30 нм,

-высокодисперсные 10...30- 100... 150 нм,

-частицы микронных размеров 100... 150 - 10000 нм.

Частицы второго типа называют коллоидными, последнего -грубодисперсными. В настоящее время наиболее интенсивно исследуются частицы первого типа, т.е. наноразмерные (чаще называемые "наночастицами").

Наноразмерная частица (НРЧ) - это находящийся в некоторой среде объект сфероидальной формы, состоящий из N= 10і -s-105 атомов, имеющий

 

диаметр 1 - 10...30 нм и соотношение между количествами поверхностных атомов и атомов находящихся в объеме, равное или большее единицы Nn0JNOQ^> 1.

Наноразмерные частицы принято разделять на два вида: кластеры -частицы упорядоченного строения, имеющие до 38 — 40 атомов металла, их размер 1 - 2 нм? и НРЧ - частицы не упорядоченного строения, состоящие из 102- 105 атомов, с размерами 2 - 30 нм [1].

1.2. Размеры, форма и строение наночастиц

Размер. Основной отличительный признак - ограничение по размерам или по числу атомов в частице. Это ограничение, как отмечено выше, определяется, прежде всего, соотношением числа поверхностных и внутренних атомов. Границу между наночастицами и классическими дисперсными системами иллюстрирует рис. 1.1. На рис. 1.1, в первой колонке показаны икосаэдрические упаковки атомов (кластеры), соответствующие минимуму энергии с N = 13 (один внутренний атом), N = 55 (два внутренних слоя) и N = 147 (три внутренних слоя). Во второй колонке приведены частицы с размерами от 2,0 до 10,0 нм (наноразмерные частицы) доли поверхностных и внутренних атомов, которых также сравнимы. Эти два типа частиц наиболее интересная и наименее изученная область объектов. Именно в этой области объектов наблюдаются основные аномалии физических свойств [2].

Форма наночастиц. В вакууме или в равномерно окружающей изотропной среде наночастицы принимают сферическую или сфероидальную форму [3]. В то же время при осаждении на поверхность подложки можно получить частицы как сферической, так и полиэдрической формы. Однако превращения сфера - полиэдр требуют небольших энергетических затрат. Например, сферические частицы приобретают икосоэдрическую или кубооктоэдрическую форму при непродолжительном действии пучка электронов электронного микроскопа [3].

 

Строение наночастиц. Существует несколько моделей строения наночастиц [4]:

-   луковичная модель - наслаивание атомных концентрационных слоев в сферической частице. Число таких слоев для наночастиц указанных размеров невелико (не более 7-10 штук). Материалы, состоящие из частиц подобного строения, как правило, рентгеноаморфны;

-   модель сферической частицы с зачатками кристаллической упаковки внутри. На их рентгенограммах, как правило, один или два размытых пика из набора, характерного для данной кристаллической модификации;

-   металлополиэдр. Типичные примеры - гигантские кластеры Pd, Pt и Au

[5];

-    кластерная модель. Частица состоит из нескольких небольших
металлополиэдров, связанных между собой мостиковыми лигандами.

1.3. Свойства наночастиц

Критический анализ опубликованных данных показывает, что вопреки утверждениям ряда авторов, якобы наблюдавших драматические изменения фундаментальных физических свойств у сравнительно крупных частиц диаметром (D) более 30 нм, в действительности эти свойства практически не отличаются от таковых для массивного тела [2]. Обнаруженные "эффекты", как правило, объясняются влиянием оксидной оболочки частиц и взаимодействием их друг с другом и с окружающей средой. Природа сильных изменений свойств НРЧ, с размером, не превышающим 30 нм, недостаточно ясна, поскольку, именно в данной области размеров наблюдаются основные аномалии фи­зических свойств [2]. Температура плавления наночастиц обычно ниже, чем у массивного материала. Наноразмерные частицы металлов по своим электрическим свойствам подобны полупроводникам. В отличие от обычных (массивных) полупроводников, ширина запрещенной зоны у наноразмерных дисперсных   порошков   изменяется   в   зависимости   от   их   дисперсности.

 

Необходимо отметить, что в полупроводниках эта зависимость проявляется особенно сильно (вплоть до размеров частицы в сотни нанометров). Так, например, при переходе от нанокристалла CdS к макрокристаллу ширина запрещенной зоны уменьшается от 4,5 до 2,5 эВ, время жизни на нижнем возбужденном уровне изменяется от пикосекунд до нескольких наносекунд, температура плавления повышается от 400 до 1600°С и т. д. [6, 7].

К необычным свойствам НРЧ можно отнести также их магнитные [8] и каталитические свойства [9].

Для материаловедения чрезвычайно важно, что избыточная поверхностная энергия НРЧ во многих случаях является причиной изменения термодинамических свойств этих объектов по сравнению с массивными аналогами. НРЧ представляют собой особое состояние твердого тела, находятся на пределе применимости макроскопической термодинамики [10, 11].

Избыточная энергия таких систем может определяться: поверхностной энергией, изменением плотности в локальных областях. Вклад этих видов энергии сравним с внутренней энергией в дисперсных системах, и определению энергонасыщенные системы (ЭНС) удовлетворяют, в частности, наноразмерные объекты на нижних пределах их размеров.

Все состояния такого рода являются неравновесными: в одних случаях это метастабильные состояния (когда система находится в промежуточном минимуме), в других - кинетически заторможенные состояния. Характерным для всех них является то, что время релаксации велико, локальное равновесие успевает установиться, и в ряде случаев при описании таких систем применим термодинамический подход.

В области теории в последние годы плодотворно развиваются термодина­мический и статистико-механический подходы к изучению ЭНС. Введение дисперсности в описание термодинамического потенциала приводит к тому, что энергия системы перестает быть линейно-однородной функцией своих пе­ременных, появляется дополнительная степень свободы - размер частиц, вхо­дящих в ансамбль, или, иначе, дисперсность. В диаграммах состояния, по принятым критериям, это требует дополнительной координаты. Следовательно, физико-химический анализ неорганических материалов значительно усложня­ется, особенно в случае многокомпонентных систем.

Фундаментальную роль в термодинамике малых частиц играет понятие поверхностного натяжения [12, 13]. По определению, поверхностное натяжение у есть:

Y=FS-Inlr1

где Fs — избыточная свободная энергия Гельмгольца на единицу площади поверхности; ц,Г/ - химический потенциал, одинаковый в обеих фазах, и поверхностная (избыточная) плотность і -компоненты соответственно.

Только при определенном выборе положения разделяющей поверхности,обращающей в нуль член Ец,,Г, поверхностное натяжение обретает смысл изо­термической работы образования единицы поверхности. Следует различать по­нятия «поверхностное натяжение» и «поверхностное напряжение». Ввиду сильно развитой поверхности малых частиц релаксация решетки вблизи по­верхности искажает атомную структуру НРЧ в сравнении с массивным кристаллом.

Другим важным фактором, влияющим на атомную структуру, является избыточное напряжение в малых частицах, связанное с поверхностным натяже­нием и кривизной или огранкой поверхности малых частиц (аналог давления Лапласа). Характер релаксации решетки и поверхностное натяжение зависят от типа химической связи. Значение поверхностного натяжения может быть как положительным, так и отрицательным, а величина плотности поверхностной энергии только положительной. Кроме того, поверхностное натяжение разных граней кристалла, строго говоря, отличается; при изменении температуры знак величины поверхностного натяжения так же может изменяться.

 

dslibnet
17 марта 2011, 18:46
1720

Загрузка...

Комментарии

Теперь всё понятно, благодарю за помощь в этом вопросе.
Плеер BBK DV826X

Оставьте свой комментарий

Спасибо за открытие блога в Yvision.kz! Чтобы убедиться в отсутствии спама, все комментарии новых пользователей проходят премодерацию. Соблюдение правил нашей блог-платформы ускорит ваш переход в категорию надежных пользователей, не нуждающихся в премодерации. Обязательно прочтите наши правила по указанной ссылке: Правила

Также можно нажать Ctrl+Enter

Популярные посты

Мысли вслух. Почему казахи перестали общаться с родственниками и ходить в гости?

Мысли вслух. Почему казахи перестали общаться с родственниками и ходить в гости?

Дастархан в те времена был скромен. Не было понятия «сынау» - осуждения кто как живет, какой в доме ремонт и т.д. Пока взрослые обсуждали задержку заработной платы, мы играли в армию, жмурки, строили городки...
socium_kzo
5 дек. 2016 / 15:19
  • 31303
  • 30
Верховный Суд презентовал комментарий к Гражданскому процессуальному кодексу

Верховный Суд презентовал комментарий к Гражданскому процессуальному кодексу

ГПК содержит 505 статей, многие из которых написаны несколько сложным юридическим языком. Однако теперь понять их можно проще и без обращения к юристу.
RuSnake
6 дек. 2016 / 10:31
  • 11077
  • 0
Японец о Казахстане: «Ваши девушки уж сильно себе набивают цену...»

Японец о Казахстане: «Ваши девушки уж сильно себе набивают цену...»

"Мужчины должны у вас тут права качать, ибо их процент в вашей численности населения уступает проценту женщин". Я машинально начала уверять, что у нас в стране таковых не имеется...
Sapientia
5 дек. 2016 / 10:52
  • 10978
  • 71
Невозвращенцы-болашаковцы должны государству почти 2 млрд тенге. Кто их теперь вернет?

Невозвращенцы-болашаковцы должны государству почти 2 млрд тенге. Кто их теперь вернет?

Как сообщают новостные порталы, в Нью-Йорке нашёлся бывший болашаковец Ержан Еликов, исчезнувший пять лет назад и всё это время не выходивший на связь с родителями. Да-да, это именно он, «тот самый».
openqazaqstan
вчера / 14:31
  • 9687
  • 38
Известный европейский фотограф показал истинную красоту казашек

Известный европейский фотограф показал истинную красоту казашек

С 26 по 30 ноября в Алматы гостил известный европейский фотограф Ян Маклайн в рамках реализации совместного проекта с Казахстаном. Подробности не уточняются, однако ходят слухи о том, что этот...
Muchacho55
7 дек. 2016 / 18:29
  • 9742
  • 8
Распил 1 млрд долларов или спасение для Алматы? В 2017-м начнётся строительство БАКАД

Распил 1 млрд долларов или спасение для Алматы? В 2017-м начнётся строительство БАКАД

Конечно, Алматы заслужил эту дорогу. Невзирая на все издержки, которые могут возникнуть. Заслужил и как крупнейший город Казахстана, и как субъект, формирующий своими налогами около четверти всех...
merurg
7 дек. 2016 / 12:35
  • 7558
  • 20
«Лицо дьявола»? Страшный силуэт на стекле – не оправдание водительской безответственности

«Лицо дьявола»? Страшный силуэт на стекле – не оправдание водительской безответственности

Казнет уже которые сутки подряд обсуждает страшную аварию на трассе Астана – Боровое, где сошлись страшные мистические знаки и где из-за банальной человеческой безответственности гибли люди..
openqazaqstan
8 дек. 2016 / 13:14
  • 6855
  • 7
10 причин, по которым я не смогла работать учителем. Не только в зарплате дело, ребята

10 причин, по которым я не смогла работать учителем. Не только в зарплате дело, ребята

Я почти год проработала в школе, и когда уходила оттуда, была самым счастливым человеком в мире. Тот год, честно говоря, я и сейчас вспоминаю с ужасом.
demonica
6 дек. 2016 / 17:21
  • 6578
  • 79
На самом деле дела плохи: казахстанские школьники на 49-м, а не на 12-м месте по математике

На самом деле дела плохи: казахстанские школьники на 49-м, а не на 12-м месте по математике

О том, как масс-медиа раздула миф о казахстанских вундеркидов в розовый воздушный шар, пока его не проколола правда-иголка. Получается, что казахстанские дети не могут применить теорию в практике...
ardakzhurynov
7 дек. 2016 / 0:17
  • 6091
  • 37