---
title: "СИНТЕЗ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ (Cu20, Fe203, ZnO) В ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ МАТРИЦЕ"
description: "ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПОСТАВЛЕННОЙ ПРОБЛЕМЫ Понятие о наночастицах Ультрадисперсные среды, состоящие из..."
author: "dslibnet"
published: "2011-03-17T06:46:19+00:00"
modified: "2011-03-17T06:46:19+00:00"
locale: "ru"
canonical_url: "https://yvision.kz/post/sintez-i-fiziko-himicheskoe-issledovanie-nanochastic-oksidov-metallov-cu20-fe203-zno-v-polietilenovo-132645"
markdown_url: "https://yvision.kz/post/sintez-i-fiziko-himicheskoe-issledovanie-nanochastic-oksidov-metallov-cu20-fe203-zno-v-polietilenovo-132645/markdown"
site_name: "Yvision.kz"
---

# 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...

[ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПОСТАВЛЕННОЙ ПРОБЛЕМЫ](http://www.dslib.net/fiz-xim/zapsis.html)

**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 *Nn**0**JNOQ**^> *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.

---

Source: [https://yvision.kz/post/sintez-i-fiziko-himicheskoe-issledovanie-nanochastic-oksidov-metallov-cu20-fe203-zno-v-polietilenovo-132645](https://yvision.kz/post/sintez-i-fiziko-himicheskoe-issledovanie-nanochastic-oksidov-metallov-cu20-fe203-zno-v-polietilenovo-132645)