Nanomateriallar va dispers sistemalar kimyosi reja: Kirish 1 Nanomateriallar texnologiyasi asoslari Umumiy xarakteristikalar

2. Umumiy xarakteristikalar
Nanomateryallarning tuzilishi va shunga mos ravishda xossalari ularni ishlab chiqarish bosqichida shakllanadi. Nanomateryallarning barqaror va optimal ishlashini ta'minlash uchun asos sifatida texnologiyaning ahamiyati juda aniq; bu ularning iqtisodiyoti nuqtai nazaridan ham muhim.
Nanomateryallar texnologiyasi, ikkinchisining xilma-xilligiga muvofiq, bir tomondan, metallurgiya, fizik, kimyoviy va biologik usullar, ikkinchi tomondan, an'anaviy va printsipial jihatdan yangi usullarning kombinatsiyasi bilan tavsiflanadi. Shunday qilib, agar konsolidatsiyalangan nanomateriallarni olish usullarining aksariyati an'anaviy bo'lsa, u holda skanerlash tunnel mikroskopidan foydalangan holda, masalan, "kvant qalamlari" ni ishlab chiqarish, atomlarning o'zini o'zi yig'ish orqali kvant nuqtalarini shakllantirish yoki ulardan foydalanish kabi operatsiyalar. polimer materiallarda g'ovak konstruksiyalarni yaratish uchun ion-track texnologiyasi tubdan farqli texnologik usullarga asoslangan.
Molekulyar biotexnologiyaning usullari ham juda xilma-xildir. Bularning barchasi mualliflar tomonidan ko'plab texnologik tafsilotlar («nou-xau») faqat umumiy ma'noda tasvirlanganligi va ko'pincha xabar reklama xarakteriga ega ekanligini hisobga olgan holda nanomaterial texnologiya asoslarini taqdim etishni murakkablashtiradi. Bundan tashqari, faqat asosiy va eng xarakterli texnologik usullar tahlil qilinadi.
Kukun deganda kichik o'lchamlar - bir necha nanometrdan ming mikrongacha bo'lgan aloqada bo'lgan alohida qattiq jismlar (yoki ularning agregatlari) to'plami tushuniladi. Nanomateryallarni ishlab chiqarishga kelsak, xom ashyo sifatida ultra nozik kukunlar qo'llaniladi; hajmi 100 nm dan oshmaydigan zarralar, shuningdek intensiv silliqlash sharoitida olingan va yuqorida ko'rsatilganlarga o'xshash o'lchamdagi kichik kristalitlardan tashkil topgan kattaroq kukunlar.
Kukun texnologiyasining keyingi operatsiyalari - presslash, sinterlash, issiq presslash va boshqalar - berilgan shakl va o'lchamdagi namunani (mahsulotni) tegishli tuzilish va xususiyatlarga ega bo'lish uchun mo'ljallangan. Ushbu operatsiyalarning umumiyligi ko'pincha M.Yuning taklifiga binoan deyiladi. Balshina, konsolidatsiya. Nanomateryallarga kelsak, konsolidatsiya, bir tomondan, deyarli to'liq siqishni ta'minlashi kerak (ya'ni, strukturada makro va mikroporlarning yo'qligi), boshqa tomondan, ultra nozik materialning dastlabki o'lchamlari bilan bog'liq nanostrukturani saqlab qolish. kukun (ya'ni, sinterlangan materiallardagi don hajmi imkon qadar kichik va har qanday holatda 100 nm dan kam bo'lishi kerak).
Nanomateryallarni ishlab chiqarish uchun kukunlarni olish usullari juda xilma-xildir; ularni shartli ravishda kimyoviy va fizikaga bo'lish mumkin, ularning asosiylari, eng xarakterli o'ta nozik kukunlari ko'rsatilgan holda 1-jadvalda keltirilgan.
Qoldiq g'ovaklikni yo'qotish uchun presslangan namunalarni issiqlik bilan ishlov berish kerak - sinterlash. Biroq, nanomateriallarni ishlab chiqarishda qo'llanilganda, kukunli ob'ektlarni sinterlashning odatiy usullari asl nanostrukturani saqlab qolishga imkon bermaydi. Donning o'sishi (qayta kristallanish) va sinterlash (qisqarish) paytida siqilish jarayonlari diffuziya bilan boshqariladi, parallel ravishda, bir-birining ustiga chiqadi va yuqori siqilish tezligini qayta kristallanishning oldini olish bilan birlashtirish oson emas.
Shunday qilib, yuqori statik va dinamik bosim va o'rtacha haroratni qo'llashni o'z ichiga olgan yuqori energiyali konsolidatsiya usullaridan foydalanish donning o'sishini ma'lum darajada kechiktirish imkonini beradi.
Nanostrukturali g'ovakli yarim tayyor mahsulotlarni olish uchun ultra nozik kukunlarni bosish va sinterlashning an'anaviy usullaridan foydalanish mumkin, ular keyinchalik to'liq konsolidatsiya uchun bosim bilan ishlov berish operatsiyalariga duchor bo'ladi. Shunday qilib, kondensatsiya usuli bilan olingan mis kukunlari, zarrachalarining o'lchami ~ 35 nm bo'lgan oksidi (Cu 2 O 3) plyonkasi 3,5 nm qalinlikda, 400 MPa bosimda presslash va vodorodda 230 ºS gacha izotermik bo'lmagan sinterlashdan keyin. (isitish tezligi 0,5 ºS / min) don o'lchami 50 nm bo'lgan 90% nisbiy zichlikka ega bo'ldi. Keyinchalik gidrostatik ekstruziya yuqori mustahkamlik va plastisiyaga ega bo'lgan g'ovak bo'lmagan makronamunalarni ishlab chiqarishga olib keldi (siqishni oqish quvvati 605 MPa, nisbiy cho'zilish 18%).
An'anaviy sinterlash paytida donning o'sishini maxsus izotermik bo'lmagan isitish rejimlari yordamida kechiktirish mumkin. Bunday holda, siqilish va donning o'sishi mexanizmlari o'rtasidagi raqobat tufayli siqilish jarayonlarini optimallashtirish, qayta kristallanish hodisalarini katta darajada bartaraf etish mumkin. Sinterlangan namunadan oqim o'tkazish yo'li bilan amalga oshiriladigan elektrodeşarj sinterlash va chang ob'ektlarini issiq bosim bilan ishlov berish (masalan, zarb yoki ekstruziya) ham qayta kristallanishni inhibe qilishga yordam beradi va nanomateriallarni olish uchun ishlatilishi mumkin. Mikroto'lqinli isitish ostida keramik nanomateriallarni sinterlash, bu namunaning kesimida bir xil harorat taqsimotiga olib keladi, shuningdek, nanostrukturaning saqlanishiga yordam beradi. Shu bilan birga, konsolidatsiyaning sanab o'tilgan variantlaridagi kristallitlarning o'lchami odatda nanostrukturaning don hajmining yuqori chegarasi darajasida, ya'ni. odatda 50-100 nm dan past emas.