Введение к работе
1.1 Актуальность темы
Одной из быстро развивающихся областей фундаментальной и прикладной науки в настоящее время можно считать исследование свойств различных материалов, прежде всего металлов и оксидов металлов, которые они приобретают в наноразмерном (ультрадисперсном) состоянии (1...100 нм) [1]. Считается, что композиционные материалы, полученные путем введения наноразмерных частиц в матрицу какого-либо вещества, будут обладать уникальными свойствами и могут широко использоваться для решения различных задач.
Однако одним из наиболее серьезных препятствий на пути использования уникальных физических и химических свойств наночастиц при создании реальных материалов являются их высокая склонность к агломерации при контакте и быстрая потеря первоначальных химических свойств поверхности (например, при контакте с воздухом) из-за ее высокой химической активности.
В настоящее время известно достаточно большое количество различных методов получения, исследования, снижения агломерации и стабилизации свойств поверхности наночастиц металлов (см., например, [2-
4]).
Однако, особенностью подавляющего большинства работ является то, что исследователи имеют дело с ансамблем частиц, «стабилизированных» воздействием на них атмосферного воздуха (обычно это порошок, полученный по каталогам, например, Aldrich, Sigma, Good Fellow) и прошедших специальную обработку (прогрев в вакууме при температуре 100... 150 С в течение 24 часов) [5]. Автору не удалось найти работ, в которых были бы представлены исследования особенностей химических свойств ансамбля "ювенильных" частиц, т.е. частиц с поверхностью, практически не имеющей слоя адсорбированного «постороннего» вещества, например, кислорода или воды.
Наиболее интересными представляются попытки исследования химико-физических свойств "ювенильных" наноразмерных частиц и зависимости этих свойств от размера частиц. Работы такого рода могут быть важны для разработки методик получения реальных материалов, в которых используются свойства наночастиц металлов.
1.2 Цель и задачи
Цель данной работы состояла в исследовании зависимости химических свойств поверхности от размеров ультрадисперсных частиц металлов и поиске возможных защитных органических покрытий, предот-
вращающих агломерацию наноразмерных частиц во время хранения и замедляющих процессы их окисления атмосферным кислородом и парами воды. - В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:
1. Разработать исследовательскую установку для получения частиц ме
таллов со средним размером менее 100 нм, позволяющую:
производить отбор проб для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и других методов исследования структурных характеристик непосредственно из области образования частиц;
производить отбор проб "ювенильных" частиц для исследования их методом "пробных" газов с последующим термодесорбционным анализом адсорбированного слоя;
производить химическую обработку поверхности "ювенильных" частиц непосредственно в установке для их получения с последующим извлечением пробы и анализа ее указанными выше способами.
-
Изучить свойства активных центров поверхности наночастиц А1 в гетерогенных химических реакциях с "пробными" газами.
-
Оценить возможность формирования органических покрытий на поверхности наночастиц А1 и исследовать влияние таких покрытий на течение гетерогенных реакций на поверхности частиц.
1.3 Научная новизна
Разработана оригинальная установка, позволяющая получать на-норазмерные частицы металлов, практически не имеющие слоя адсорбированных на их поверхности примесей. Разработана методика, позволяющая делать отбор проб наночастиц металла из установки без доступа воздуха и исследовать их химические и физические свойства.
Впервые исследованы особенности взаимодействия паров воды и СОг с ультрадисперсными частицами А1, в частности, зависимость кинетики реакции от размеров и степени окисления частиц.
Исследованы реакции взаимодействия паров уксусной кислоты, гексаметилдисилазана (ГМДС), акриловой кислоты с "ювенильными" частицами А1 и проведена оценка возможности использования этих веществ для формирования защитного органического покрытия.
1.4 Практическая значимость работы
Разработанная установка позволяет получать наноразмерные частицы металлов в контролируемых условиях как с "ювенильной" поверхностью, так и с поверхностью модифицированной различными реагентами до первоначального контакта частиц друг с другом и/или с возду-
хом, в количествах, достаточных для создания опытных образцов материалов, использующих уникальные свойства наночастиц.
Результаты по получению защитных покрытий на наночастицах А1 могут быть использованы при создании различных материалов с алюминиевым наполнителем.
Результаты по изучению реакции С02 с наночастицами А1 могут быть полезны при разработке ракетных двигателей, использующих на-ночастицы А1 в качестве горючего, а С02 - в качестве окислителя [6,7].
1.5 Защищаемые положения
-
Методика отбора и сохранения проб наноразмерных частиц с неокис-ленной поверхностью.
-
Методика изучения гетерогенных реакций на поверхности наночастиц.
-
Результаты измерений кинетики реакций.
-
Результаты исследования покрытий, полученных при взаимодействии паров акриловой кислоты с "ювенилыюй" поверхностью наночастиц А1.
-
Зависимость характеристик активных поверхностных центров на наночастицах А1 от размера частиц.
1.6 Структура и объем работы
