Dispersiya usullari

2. Eritmalarda makroskopik zarrachalarning ultratovush dispersiyasi
Nanozarrachalarni ishlab chiqarish uchun mexanik dispersiya juda yuqori energiya sarfi tufayli keng qo'llanilmagan.
Nanopartikullarni kolloid eritmalar holatiga o'tkaziladigan moddalarni ultratovushli silliqlash orqali olish mumkin. Bu usul, ayniqsa, qatlamli tuzilishga ega bo'lgan moddalar uchun samarali.
Bundan tashqari, qatlamli tuzilishga ega bo'lgan moddalar uchun suyuq fazada qattiq moddalarning o'z-o'zidan tarqalishi mumkin. MoS2 kabi qatlamli materiallar alohida Mo-S-Mo qatlamlari orasidagi zaif Van der Waals o'zaro ta'siri bilan tavsiflanadi. Shu sababli, moddaning qatlamlari orasiga kirib boradigan erituvchi molekulalari qatlamlararo masofani oshiradi, qatlamlar orasidagi o'zaro ta'sir zaiflashadi va termal tebranishlar ta'sirida makrofaza yuzasidan nanozarrachalarning ajralishi mumkin bo'ladi. Shunday qilib, molibden va volfram disulfidlari nanometr o'lchamdagi ikki qatlamli zarrachalar hosil bo'lishi bilan asetonitrilda tarqalib ketishi aniqlandi.
Katta qattiq zarralar bilan dispers tizimni ultratovush bilan ta’sirlashtirish ham nanozarrachalarning shakllanishiga olib kelishi mumkin. Shu tarzda MoS₂, WS₂, PbI₂ va -Fe₂O₃ nanozarrachalari olindi. PbI₂ qatlamli moddaning nanokristallari diskretli disk shaklida "sehrli" disk o'lchamlari. Minimal o'lchamdagi barqaror PbI₂ nanozarrasi uchun bu makroskopik kristalning olti burchakli simmetriyasini saqlaydigan eng kichik kristalit deb taxmin qilinadi. Bunday kristallit ikki qatlamli yod, har biri yetti atom va ikki qatlam qo'rg'oshindan iborat. MoS₂ nanokristallari ham xuddi shunday shaklga ega.
3. Nanokompozitlar va nanozarrachalarning mexanik-kimyoviy sintezi
Eng yuqori samaradorlik va ekologik tozalikka kimyoviy reaksiyalarni amalga oshirish uchun erituvchilarni umuman talab qilmaydigan (yoki ulardan foydalanishni minimallashtiradigan) “quruq” texnologiyalar talab qilinadi.
Mexanik-kimyoviy jarayonlar bu talablarga javob beradi. Ushbu jarayonlar sharli yoki barabanli tegirmonlarida maydalash paytida yuzaga keladigan qattiq fazali reaktsiyalarning mexanik faollashuviga asoslangan. Ta'minlangan mexanik energiya ko'pincha kimyoviy o'zaro ta'sirni keltirib chiqarishi muhimdir.
Mexanik faollashuv sharoitlarini optimallashtirish uchun bir qator omillarni hisobga olish kerak, chunki mexanik kimyoviy reaksiya mexanizmi ko'plab bosqichlarni o'z ichiga oladi (reagentlarning kristall tuzilmalarining dastlabki deformatsiyasi, nuqta va chiziqli birikmalarning shakllanishi, to'planishi va o'zaro ta'siri) nuqsonlar, moddaning bloklarga tarqalishi, fazaviy aloqada oraliq metastabil holatlarning shakllanishi, mahsulotning kimyoviy gomogenlanishi va keyinchalik termodinamik muvozanat holatiga bo'shashishi). Yuqorida aytib o'tilgan jarayonlar mexanik kimyoviy reaktsiyalar juda oson kechadigan metall tizimlarda eng chuqur o'rganilgan. Biroq so'nggi yillarda olingan natijalar shuni ko'rsatadiki, ion va molekulyar kristallar mexanokimyoviy jarayonlarni o'rganish uchun hech qanday istiqbolli ishlar mavjud emas. Ion kristallarining chegaralarida qo'sh elektr qatlamlari mavjud bo'lib, ularning zaryadi va potentsiali o'zaro ta'sir jarayoniga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Molekulyar kristallarda tabiati, orientatsiyasi va energiyasi jihatidan har xil bo'lgan kimyoviy bog'lanishlarning keng doirasi mavjud bo'lib, ularning har biri mexanik ta'sirga o'ziga xos javob bilan tavsiflanadi. Molekuladagi funktsional guruhlarning turi va joylashishini o'zgartirib, yangi materiallarni sintez qilish uchun juda muhim bo'lgan mexanik-kimyoviy reaksiyalar mexanizmiga maqsadli ta'sir ko'rsatish mumkin.
Mexanik-kimyoviy jarayonlar nisbatan past haroratlarda, mukammal kristall strukturaning hosil bo'lishi qiyin bo'lganda sodir bo'ladi, shuning uchun metastabil holatlarni, xususan, nanozarrachalar va nanokompozitlarni sintez qilish uchun mexanik-kimyodan foydalanish katta qiziqish uyg'otadi. So'nggi yillarda nanokristalli materiallarni olishning mexanik-kimyoviy usullari juda rivojlangan. Mexanik faollashuv jarayonida metastabil holatlarning shakllanishi, bo'shashishi va barqarorlashuvining asosiy muammolarini tushunish kam emas.
Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, qattiq jismni to'g'ridan-to'g'ri mexanik maydalash, qoida tariqasida, nanozarrachalarni olishga imkon bermaydi, chunki mexanik faollashuv metastabil nuqsonlarning shakllanishi tufayli massa o'tkazish jarayonlarining tezlashishiga olib keladi. Bundan tashqari, saqlangan elastik energiyaning bir qismi issiqlikka aylanadi va ta'sir zonasidagi harorat sezilarli darajada oshishi mumkin. Bularning barchasi moddaning qayta kristallanish jarayonlariga va keyingi silliqlashning oldini oladigan nuqsonlarni davolashga yordam beradi.
Bu jihatdan nanozarrachalar olish uchun geterogen aralashmalarni mexanik faollashtirish jarayonlari ancha istiqbolli hisoblanadi. Faollashtirishning birinchi bosqichida qattiqroq (va sirt energiyasi) bo'lgan modda maydalagich vazifasini bajaradi, bu esa yumshoqroq komponentning silliqlash jarayonini kuchaytiradi. Chuqurroq bosqichlarda chuqurroq dispersiya yuzaga kelishi mumkin, bu komponentlar orasidagi sirtlararo o'zaro ta'sir tufayli yuzaga kelishi mumkin: yumshoq komponent sirt faol moddasi rolini o'ynaydi va Rebinder effekti tufayli qattiqroq komponentning silliqlashiga hissa qo'shadi.
Shuning uchun nanokompozitlarni olishning eng samarali usuli bu geterogen aralashmalarda mexanik kimyoviy reaktsiyalardir. Bunday holda, yangi fazaning nanozarralari reaksiyaga kirishuvchi fazalar bilan aloqa qilishda hosil bo'ladi. Aralashmaning mexanik faollashuvi natijasida olingan metastabil holatlarning parchalanishi natijasida mexanik-kimyoviy jarayonlarning o'ziga xos xususiyati - aralashmaning tarkibiy qismlarini deformatsiya aralashtirish (yoki mexanik termoyadroviy) deb ataladigan imkoniyatdir, ya'ni boshlang'ich komponentlarni atom darajasida aralashtirish. Deformatsion aralashtirish past haroratlarda, diffuziya jarayonlari va boshqa relaksatsiya jarayonlari to'sqinlik qilganda sodir bo'ladi, bu turli xil metastabil oraliq mahsulotlarni, shu jumladan nano o'lchamdagi zarralarni barqarorlashtirishga imkon beradi.
Metall tizimlarda nanokompozitlarning mexanokimyoviy sintezi ma'lum va juda yaxshi o'rganilgan.
Nanokompozitlarni olishda qo'llanilishi mumkin bo'lgan mexanik kimyoviy reaktsiyalarning asosiy turlari (ko'pincha metall tizimlarda) quyidagicha qisqacha umumlashtiriladi:
1. Komponentlardan birining nanokristal holatiga o'tishiga olib keladigan kompozitsiyani an'anaviy mexanik ishlov berish.
A_aB_b  A_aB_b (nanokristal) (1)
aA + bB  A_a + B_b (nanokristallar) (2).
Bu qattiq moddalar aralashmalarini kuchli mexanik impulslarga ta'sir qilish orqali nanokompozitlarni olishning eng oddiy va eng keng tarqalgan usuli. Agar komponentlardan biri qattiq, ikkinchisi yumshoq bo'lsa, unda ishlov berish paytida bo'ladi ulardan birining silliqlashi va ikkinchisining deformatsiyasi mavjud. Natijada, qalinligi bir necha nanometrdan oshmasligi mumkin bo'lgan, kattaroq komponentning nanozarralari bilan ajratilgan yumshoq komponentli plitalardan iborat kompozitsiyani olish mumkin. Bunday nanokompozitlar, masalan, Cr-Fe ikkilik metall tizimlarida olingan. Mis va xrom aralashmasini mexanik qayta ishlash yordamida Cu₃₀Cr₁₇₀ tarkibidagi mexanik qotishma olinadi. Differensial skanerlash kalorimetriya va sinxrotron nurlanish usullari bilan qotishmani o'rganish shuni ko'rsatdiki, qotishma misning xromdagi qattiq eritmasi emas, balki mis nanozarralari metastabil tana markazli fazada (qobiq-yadro tuzilishi) bo'lgan nanokompozitdir. Cu-Co (20:80 at.%) aralashmasiga mexanik ishlov berish nano o'lchamdagi kobalt zarralarini o'z ichiga olgan nanokompozitni olish imkonini beradi. Nanokompozitning ionli maydon mikroskopi orqali batafsil strukturaviy tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, 15 nm o'lchamdagi individual kobalt nanozarralari bilan bir qatorda, namunada mis matritsaga kiritilgan 1-3 nm o'lchamdagi Co metall klasterlari mavjud.