Осаждение из расплавов

Жидкой средой может быть не только раствор в воде или органической жидкости, но и расплавы солей и металлов. Процессы происходят при высоких температурах, что обеспечивает синтез высокотемпературных модификаций соединений. Чаще всего используютрасплавы солей. Основной проблемой при этом является исключение захвата синтезируемым порошком компонентов растворителя и побочных соединений. Поэтому процесс проводят при относительно низкой степени неравновесности, чтобы частицы порошка успели удалить примеси при совершенствовании своей кристаллической структуры. Исходные вещества и растворитель выбирают так, чтобы уменьшить вероятность образования твердых соединений с синтезируемым веществом. Для выделения синтезированного порошка после охлаждения соль или металл растворяют в подходящих растворителях.

Осаждениеиз расплава металла реализовано вметоде Lanxide.Суть его заключается в окислении металлов или сплавов газами. Например, при пропускании воздуха после окончания процесса получают материал с частицами оксидов и остатками металла. Метод Lanxide позволяет получать композиционный материал, но аналогичным способом можно синтезировать и керамические порошки. Изменяя степень неравновесности процесса, можно регулировать структуру материала. В принципе, если остановить процесс на стадии, когда твердая фаза имеет наноразмеры, можно получить наноматериал. Однако сделать это весьма трудно из-за большой скорости диффузионного массопереноса при достаточно высокой температуре процесса.

Другими словами, этот метод является крайне сложным как по исполнению и контролю, так и со стороны технического обеспечения.

1.5.4. Осаждение в водной среде.

Наибольшее распространение получили методы изготовления порошков в жидкой фазе, в водных и неводных растворах, в расплавах. Исходные вещества и растворитель выбирают так, чтобы побочные продукты можно было полностью удалять из основного продукта при промывании и последующей термообработке без загрязнения окружающей среды.

Для эффективного смешивания реагентов кроме мешалок различных конструкций, обеспечивающих сложную траекторию потоков (пропеллерные, стержневые, турбинные, барботажные, гидроакустические), используют различные конструкции распылителей. В качестве распылителей применяют форсунки (сопла), вращающиеся диски ультразвуковые распылители и др.

С точки зрения увеличения производительности растворимость исходных веществ должна быть большой. Однако при получении наночастиц это будет повышать их концентрацию в растворе и вероятность объединения в агрегаты. В то же время для обеспечения высокой степени неравновесности процесса зародышеобразования твердой фазы необходимо использовать насыщенные растворы исходных веществ. Чтобы при этом сохранить малую концентрацию наночастиц целесообразно использовать малорастворимые исходные вещества, хотя производительность установки при этом будет уменьшаться. Другой возможностью является использование малого количества осаждаемого вещества и большого избытка осадителя. Перспективно использование вязких жидкостей, в которых замедлены скорость диффузионного массопереноса и рост частиц, что облегчает контроль за тем, чтобы частицы находились в пределах наноразмеров.

Для получения наночастиц можно использовать растворение более крупных частиц в подходящих растворителях. Для этого необходимо затормозить процесс растворения в интервале наноразмеров. Таким способом можно проводить коррекцию размеров получаемых перечисленными выше методами частиц, если их размер оказался больше наноразмеров.

При осаждении в водных растворах в качестве осадителей чаще всего используют растворы аммиака, углекислого аммония, щавелевую кислоту или оксалат аммония. Например, для получения нанопорошков оксидов титана и циркония часто используют осаждение оксалатов. В качестве исходных веществ при осаждении обычных порошков выбирают хорошо растворимые соли азотной, соляной или уксусной кислот. При синтезе сложных оксидов, например ВаТi₃, применяют иногда сложные совместные комплексные соединения, прокаливание которых облегчает синтез.

Наночастицы CdS размером 6 - 8 нм получали при добавлении 8 мл 2 мМ раствора S^-2иона к смеси из 10 мл 2 мМ раствора Cd⁺²иона и 10 мл 5% раствора ПВП (PVP) – поливинилпирролидона [15].

Благодаря сорбции ПВП на поверхности наночачастиц их агрегация блокировалась.

Таким образом, для данного метода является определяющим выбор осадителя, растворителя и других добавок, т.к. вода является очень активным веществом и управлять её процессом взаимодействия с наночастицами весьма сложно.