• 51520
  • 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
1858

Загрузка...
Loading...

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

Казком берет комиссии за оплаты по карте. Почему на это закрывают глаза Visa и MasterCard?!

Казком берет комиссии за оплаты по карте. Почему на это закрывают глаза Visa и MasterCard?!

Покупаешь в супермаркете продукты на 5000 тенге и банк забирает себе еще 30-50 тенге. То есть, продукты обошлись уже не в 5000, а в 5050 тенге.
ValentinaVladimirska
25 мая 2017 / 22:56
  • 13536
  • 27
Узаконенное варварство в стране, принимающей «EPXO». Еще далеко нам до «топ-30 развитых стран»

Узаконенное варварство в стране, принимающей «EPXO». Еще далеко нам до «топ-30 развитых стран»

В продвинутых государствах едва ли поймут, почему в столь развитом, успешном и преуспевающем Казахстане от имени и по заданию властей творятся такие зверства над животными.
openqazaqstan
24 мая 2017 / 12:12
  • 10845
  • 102
Вырубка деревьев в Алматы под БРТ. Проект уже нанес городу экологический ущерб

Вырубка деревьев в Алматы под БРТ. Проект уже нанес городу экологический ущерб

Как ранее уже сообщалось из-за строительства БРТ в Алматы пострадают значительное количество деревьев. На прошлой неделе вырублены первые вязы и клён, - под расширение проезжей части на улице...
SKYFALL
24 мая 2017 / 17:20
  • 10625
  • 14
Поддержим пенсией жиреющие банки! На что казахстанцам разрешат досрочно тратить свои накопления в ЕНПФ

Поддержим пенсией жиреющие банки! На что казахстанцам разрешат досрочно тратить свои накопления в ЕНПФ

Со стороны ЕНПФ в очередной раз прозвучало крайне неоднозначное заявление, от которого, на наш взгляд, лучше было бы воздержаться.
openqazaqstan
23 мая 2017 / 11:08
  • 9949
  • 32
Системная коррупция стала главной угрозой для Казахстана. У нас воруют миллиардами

Системная коррупция стала главной угрозой для Казахстана. У нас воруют миллиардами

Коррупционные отношения вышли на такой уровень, что они уже начинают дискредитировать всю систему управления.
openqazaqstan
26 мая 2017 / 13:45
  • 8457
  • 34
Что бы ни сделал пешеход – все равно водитель сядет

Что бы ни сделал пешеход – все равно водитель сядет

Вопрос о равной ответственности водителя и пешехода при наезде на последних, только-только начинают обдумывать в высоких кабинетах. Но, пока государственные головы думают, водители продолжают...
Mirogloff
22 мая 2017 / 23:29
  • 5158
  • 32
Да-да, я знаю, пора выходить замуж. Есть ли у меня еще время и, пожалуйста, уточните сколько?

Да-да, я знаю, пора выходить замуж. Есть ли у меня еще время и, пожалуйста, уточните сколько?

Итак давайте сразу начистоту. Мне 29. Не замужем, никогда не была, детей нет. В душе я совсем не чувствую этот возраст. Каждый раз когда задумываюсь об этом больше чем на 3 минуты, меня накрывает...
user2017
23 мая 2017 / 10:57
Пока полицейские будут прощать, им будут бить и по чести, и по лицу

Пока полицейские будут прощать, им будут бить и по чести, и по лицу

Судья Алмалинского районного суда Куаныш Арипов ломает стереотипы отношения граждан к представителям Фемиды. Напавшему на полицейского экс-сотруднику алматинского акимата он назначил наказание выше...
Mirogloff
24 мая 2017 / 16:41
  • 4018
  • 9
Аблязов загробным голосом декларирует «ДВК-2». Монолог обиженного человека

Аблязов загробным голосом декларирует «ДВК-2». Монолог обиженного человека

Последний монолог Аблязова о «продолжении борьбы с режимом» и «ДВК-2», при всём желании, не выглядел как какой-то политический манифест.
openqazaqstan
25 мая 2017 / 13:53
  • 3292
  • 62