21.Диспергілеу әдісімен алынатын нанодисперсті жүйенің негізгі принциптерін атаңыз.

20. 59. Нанодисперсті жү йелерді химиялық конденсациялық ә дістермен алу. Химиялық конденсациялық ә дістерінің қ анша тү рі бар, реакциясын жазып тү сіндірің із

Химиялық конденсациялық ә дістер. Химиялық ә дістерде қ ұ рамы жә не ө лшемдері белгілі бө лшектер химиялық реакция арқ ылы алынады. Ерімейтін заттарды алу ү шін жү ргізілетін химиялық реакциялар. Бұ л ә дісті коллоидтық ерітінділерді (зольдерді) алу ү шін кең інен қ олданады. Алғ аш рет осы ә дісті ө лшемдері 5-20 нм болатын коллоидтық алтынның нанобө лшектерін алу ү шін М. Фарадей қ олданғ ан. Ә дістің мә ні келесіде: ерімейтін заттың тү зілуіне ә келетін химиялық реакцияның нә тижесінде ерітінді жаң а фазаның туынтегі пайда болуына жеткілікті аса қ анығ у жағ дайына жетеді. Мұ ндай реакциялар - тотығ у-тотық сыздану, алмасу, гидролиз. Мысал ретінде алтын золінің тү зілу реакциясын келтіруге болады:

HAuCl₄ + 2K₂CO₃ + H₂O = Au(OH)₃↓ + CO₂↑ + 4KCl

2Au(OH)₃ + K₂CO₃ = 2KAuO₂ + 3H₂O + CO₂↑

2KAuO₂ + 3HCOH + K₂CO₃ = 2Au↓ + 3HCOOK + KHCO₃ + H₂O.

Басқ а мысалдар – берлин кө гілдірінің коллоидтық ерітіндісі мен темір гидроксиді золін алу:

4FeCl₃ + 3K₄[Fe(CN)₆] = Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓ + 12KCl

FeCl₃ + 3H₂O ↔ Fe(OH)₃↓ + 3HCl

Алынатын бө лшектердің ө лшемдері дисперсті жү йені алу жағ дайына, дә лірек айтқ анда - бір уақ ытта жү ретін жаң а фазаның тү зілу мен ө су ү рдістері жылдамдық тарының қ атынасына байланысты. Жоғ ары дисперстік бө лшектерді алу ү шін жаң а фазаның тү зілу жылдамдығ ы оның ө су жылдамдығ ынан ү лкен болу керек. Бір компоненттің концентрлі ерітіндісін екінші компоненттің сұ йытылғ ан ерітіндісіне араластыра отырып қ ұ йса, осы шарт орындалады. Гидротермалды синтез - қ азіргі замандағ ы бейоргани-калық дисперстік бө лшектерді алудың тиімді тә сілі. Бұ л ә дісте химиялық реакциялар сулы ерітінділерде р> 1 атм қ ысым мен 100⁰C-тан жоғ ары температурада жү ргізіледі. Гидротермалды жағ дайда, яғ ни қ ысым мен температураның ү лкен мә ндерінде кө птеген бейорганикалық заттар: силикаттар, сульфидтер, фосфаттар, оксидтер ериді. Сумен қ атар ерітікіш ретінде қ ышқ ылдардың, негіздердің, оксидтердің сулы ерітінділері қ олданылады. Гидротермалды синтез кезінде бастапқ ы компоненттердің қ оспасы олардың еру температурасына дейін қ ыздырылады. Компоненттер ә рекеттесіп, реакция ө німі тү зіледі. Гидротер-малды синтез оксидтер, сульфаттар, ферриттердің жә не тағ ы басқ а бейорганикалық заттардың дисперстік бө лшектерін жә не нанобө лшектерін алу ү шін пайдаланылады.

Органикалық дисперстік бө лшектерді алу ү шін судың орнына органикалық ерітікіштерді алады. Органикалық заттар ү шін бұ л ә діс сольвотермалды синтез деп аталады. Гидротермалды аралас ә дістерді де қ олданады. Аралас гидротермалды-микротолқ ынды ә дісте қ ыздыру жылдамдығ ын тиімді ө сіруге болады. Осығ ан байланысты гидротермалды-микротолқ ынды тә сілді керамикалық оксидтер мен ферриттерді алуда пайдаланады. Тағ ы бір аралас ә діс – гидротермалды-электрхимиялық синтез, мұ нда сілті ерітіндісінде металл электролизі жү ргізіледі. Бұ л тә сіл тұ здардың жұ қ а қ абыршық тарын алу ү шін тиімді. Гидротермалды синтездің маң ызды бағ ыты – нанотү тік-шелерді алу. Дисперстік бө лшектерді микрореакторларда алу. Кө птеген технологиялық ү рдістерде (мысалы, микроэлектрони-када) бө лшектер монодисперсті болғ аны маң ызды. Бұ л мә селені шешу ү шін химиялық синтезді шектеулі кө лемде – микро-реакторда жү ргізеді. Ө лшемдері бірнеше нанометрді қ ұ райтын микрореактор-лар нанореакторлар деп аталып, қ олданыстағ ы нанореакторлар-дың негізгі типтері дисперсті жү йелер болып табылады: 1)микроэмульсиялар; 2) мицеллалық жү йелер; 3) жің ішке кеуекті денелер (мысалы, цеолиттер).

Мысал ретінде микроэмульсиялық нанореакторда дис-перстік бө лшектердің алынуын қ арастырайық.

Микроэмульсиялар – сұ йық, мө лдір (немесе ә лсіз опалесценцияланатын) ұ сақ дисперсті термодинамикалық тұ рақ ты жү йелер. Микроэмульсиялар тура жә не кері болады. Тура эмульсияларда дисперстік фазаны «май» микро-тамшылары, ал кері микроэмульсияларда – су микротамшылары қ ұ райды. Микроэмульсияның алу жолына жә не тұ рақ тандыр-ғ ыштың (беттік-активті заттың ) табиғ атына қ арай су тамшыларының ө лшемдерін 1-100 нм аралығ ында ө згертуге болады. Микротамшыда жаң а фаза тү зіліп, бө лшектің тү рі мен ө лшемдері тамшының тү рі мен ө лшемдерін қ айталайды. Мицеллалық жү йелердегі ультрадисперстік бө лшектерді алу тә сілі темплантты синтез деп жиі аталады. Бұ л тә сілдің артық шылығ ы - беттік-активті зат ерітіндісінің концентра-циясына қ арай мицеллалар ә ртү рлі: сфералық, цилиндрлік, пластиналық, - тү рде болады. Сондық тан темплантты синтез арқ ылы сфералық нанобө лшектермен қ атар наноталшық тар алынады. Тә сілдің тағ ы бір артық шылығ ы – синтез аяқ талғ аннан кейін бө лшекті беттік-активті заттан оң ай тазартып алуғ а болады.

21. Диспергілеу ә дісімен алынатын нанодисперсті жү йенің негізгі принциптерін атаң ыз.

Нанобө лшектер негізінен синтетикалық, яғ ни жасанды жолмен алынады. Нанодисперсті жү йелерді алу ә дістерінің жіктелуі: 1) коллоидты химияда дә стү рлі тү рде қ олданылатын – дисперсиялау жә не конденсация немесе физиктердің тү сініктері бойынша «жоғ арыдан тө мен» диспергациясы жә не «тө меннен жоғ ары» конденсациясы ә дістерімен алу; 2) комбинирленген; 3) НБ мен НЖ ғ ана тә н спецификалық. Нанобө лшек алудың дисперсілеу жә не конденсациялық ә дістері коллоидық химияда қ олданылумен ерекшеленеді. Бұ л принципті ерекшеліктер нанобө лшектер алуда жаң а ә дістер қ олдануына негізделеді. Оларды жү зеге асыру жә не қ ұ рылғ ымен жабдық тау нұ сқ алар саны ө сті. Дисперсілеудің барлық ә дістері (механикалық, ультрадыбыстық, соғ у толқ ындарын қ олдану, вибрация жә не т. б ) бір процеске алып келеді. Макроденелер деформациясына механикалық тө зімділіктің жоғ алуына жә не кө птеген бө лшектер тү зілуі. Барлық ә дістерде қ олданылатын схемалық дисперсілеу процесін қ арастырайық. (3. 5 сурет)Ә р тү рлі қ ұ ралдармен жабдық талғ анына қ арамастан дисперсілеудің барлық ә дістерң нде бір ортақ нә рсе бар. Барлық жағ дайда сыртқ ы ә серлесу керек, ол 3. 5 суретте F кү ші ретінде кө рсетілген. Дисперсілеу процесін деформация мен релаксация (3, 5б сурет) ретінде кө рсетуге болады. Деформация қ атты дененің жауапты реакциясымен сипатталады. (3, 5 а суреті) Релаксация қ атты дене кө лемінде жұ тылғ ан энергияның таралуын жә не F кү ші ә серінен ішкі кернеудің пайда болуын болжайды.

Басқ а да механикалық ә рекетесулер мысалы: сындыру болуы мү мкін. Механикалық ә рекеттесу нә тижесінде кернеу ө рісі пайда болады. ( 3, 5 б сурет) Кернеу релаксациясы жылу бө ліну мен, бұ зылу жазық тығ ының пайда болуымен жә не ә р тү рлі қ ателіктердің болуымен қ атар жү реді. Сыртқ ы ә серлесу уақ ытының ө суімен жылу бө луге негізделген релаксация материалдық бұ зылумен жә не ә р тү рлі табиғ атты қ ұ рылысының пайда болуымен байланысты релаксацияғ а ауысады. Релаксация тура қ озумен иницирленетін жә не дене ішіндегі байланыс ү зілетін химиялық реакция ә серінен болуы мү мкін. Деформация алғ ашында жоғ ары тығ ыздық ты дислокация санынан тұ ратын жылжу жазық тығ ында локализацияланады. Кернеудің белгілі бір дең гейіне жеткендк бұ л дислокациялар кристаларалық тү йіршіктер нанобқ лшектерге айналады. (3, 5 г сурет)

3. 5 суретте кө рсетілген дисперсілеу механизмі шартталғ ан жә не жең ілдетілген. Негізі мұ ндай процесс қ иын жә не кө бінесе бастапқ ы материалдық жә не оның кристалдық қ ұ рылымының ерекшеліктеріне тә уелді. Кристалдарда механикалық ә серлесу есебінен серпімді кернеу пайда болады. Жиналғ ан энергия бірнеше процестерге алып келеді, мысалы, иондану, химиялық байланыс, ү зілуі, атом мен иондардың қ ай та топтасуы жә не миграциясы. Мұ ндай процестер кристалдық тордың қ ателіктерінің туындауына, сызаттардың пайда болуына жә не оның кристалл ішінде таралуына алып келеді. Серпімді кернеудің бір бө лігі жылу энергиясын тудырады жә не майдалану зонасында температура артады. Қ ыздыру кері процесс, яғ ни ары қ арай майдалануғ а кедерғ і жасайтын заттардың қ айта кристалдануы мен қ ателіктерді емдеу процесіне алып келеді. Осы мақ сатта нанобө лшектер алу гетерогенді қ асылыстарды жү ргізіледі. Дисперсілеуге қ аттылығ ы ә р тү рлі зат қ оспалары тү се алады. Дисперсілеудің бірінші сатысында жоғ ары қ аттылық ты компанент майдалағ ыш ретінде болады. Келесі сатыларында жұ мсақ компанент беттік акт зат ролін атқ арады жә не қ атты компаненттің кристалл сызаттарына кіру есебінен дисперсілілеуге алып келеді. Нә тижесінде қ атты компаненттің жұ қ а қ абаттарымен бө лінуі мү мкін. Осындай нә тиже бинарлы металл жү йелерінде Gr – Fe, Ni – Ti, Ge – Yb алынғ ан. Cu – Gr, Co – Cu қ оспасын дисперстегенде қ атты компанент негізі Cu – Co нанобө лшектер болатын нанобө лшектер тү зіледі.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒