วิธีการทางกลในการรับอนุภาคนาโนและวัสดุนาโน วิธีการได้มาซึ่งวัสดุนาโน

จนถึงปัจจุบัน มีการพัฒนาวิธีการมากมายในการรับวัสดุนาโนทั้งในรูปแบบของผงนาโนและในรูปแบบของการรวมไว้ในเมทริกซ์ที่มีรูพรุนหรือเสาหิน ในกรณีนี้ เฟอร์โรและเฟอร์ริแมกเน็ต โลหะ เซมิคอนดักเตอร์ ไดอิเล็กทริก ฯลฯ สามารถทำหน้าที่เป็นนาโนเฟสได้

ตามคำกล่าวของเฟนด์เลอร์ เงื่อนไขที่จำเป็นการได้รับวัสดุนาโนคือ:

1. ระบบไม่สมดุล ระบบนาโนเกือบทั้งหมดมีความไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ และได้มาภายใต้สภาวะที่ห่างไกลจากสมดุล ซึ่งทำให้สามารถเกิดนิวเคลียสที่เกิดขึ้นเองได้ และหลีกเลี่ยงการเติบโตและการรวมตัวของอนุภาคนาโนที่ก่อตัวขึ้น

2. ความสม่ำเสมอของอนุภาคนาโน รับประกันความสม่ำเสมอทางเคมีในระดับสูงของวัสดุนาโน หากไม่มีการแยกส่วนประกอบเกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ทั้งภายในอนุภาคนาโนเดี่ยวและระหว่างอนุภาค

3. การกระจายตัวของอนุภาคนาโน คุณสมบัติของอนุภาคนาโนขึ้นอยู่กับขนาดของมันอย่างมาก ดังนั้น เพื่อให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติการทำงานที่ดีจึงจำเป็นต้องใช้อนุภาคที่มีการกระจายขนาดค่อนข้างแคบ

ต่อมาได้แสดงให้เห็นว่าเงื่อนไขเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องปฏิบัติตามเสมอไป ตัวอย่างเช่น สารละลายของสารลดแรงตึงผิว (โครงสร้างไมเซลลาร์ ฟิล์ม Langmuir-Blodgett เฟสของผลึกเหลว) มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ อย่างไรก็ตาม สารละลายเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการก่อตัวของโครงสร้างนาโนต่างๆ

วิธีการทั้งหมดในการรับวัสดุนาโนสามารถแบ่งได้ตามเงื่อนไขเป็นกลุ่มใหญ่หลายกลุ่ม กลุ่มแรกรวมถึงวิธีการที่เรียกว่าพลังงานสูงโดยอาศัยการควบแน่นของไอระเหยอย่างรวดเร็วภายใต้เงื่อนไขที่ไม่รวมถึงการรวมตัวและการเติบโตของอนุภาคที่เกิดขึ้น ความแตกต่างหลักระหว่าง วิธีการแยกกันของกลุ่มนี้ประกอบด้วยวิธีการระเหยและทำให้เสถียรของอนุภาคนาโนที่เกิดขึ้น การระเหยสามารถทำได้โดยใช้การกระตุ้นด้วยพลาสมา (พลาสมา-อาร์ค) รังสีเลเซอร์(การระเหยด้วยเลเซอร์), อาร์คโวลตาอิก (อาร์คคาร์บอน) หรือการสัมผัสความร้อน การควบแน่นจะดำเนินการเมื่อมีสารลดแรงตึงผิวซึ่งการดูดซับบนพื้นผิวอนุภาคจะทำให้การเติบโตช้าลง (การดักจับไอ) หรือบนพื้นผิวที่เย็น เมื่อการเติบโตของอนุภาคถูกจำกัดด้วยอัตราการแพร่ หรือมีส่วนประกอบเฉื่อยซึ่งช่วยให้สามารถผลิตวัสดุนาโนคอมโพสิตที่มีโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกันได้ตามเป้าหมาย หากส่วนประกอบไม่ละลายซึ่งกันและกัน ขนาดของอนุภาคนาโนสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการให้ความร้อน

กลุ่มที่สองรวมถึงวิธีการทางกลเคมี (การกัดลูกบอล) ซึ่งทำให้สามารถรับนาโนคอมโพสิตได้โดยการบดข้อต่อของส่วนประกอบที่ไม่ละลายน้ำร่วมกันในโรงงานดาวเคราะห์หรือโดยการสลายตัวของสารละลายของแข็งด้วยการก่อตัวของเฟสใหม่ภายใต้การกระทำของความเค้นเชิงกล

วิธีการกลุ่มที่สามขึ้นอยู่กับการใช้ระบบที่มีข้อ จำกัด เชิงพื้นที่ - เครื่องปฏิกรณ์นาโน (ไมเซลล์, หยด, ฟิล์ม ฯลฯ ) ซึ่งรวมถึงการสังเคราะห์ในไมเซลล์แบบย้อนกลับ ในภาพยนตร์ Langmuir-Blodgett และในชั้นดูดซับ เห็นได้ชัดว่าขนาดของอนุภาคที่เกิดขึ้นในกรณีนี้ต้องไม่เกินขนาดของเครื่องปฏิกรณ์นาโนที่สอดคล้องกัน ดังนั้น วิธีการเหล่านี้จึงทำให้สามารถรับระบบการกระจายตัวแบบเดี่ยวได้ กลุ่มนี้ยังรวมถึงวิธีการทางชีวภาพและชีวภาพสำหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโน ซึ่งชีวโมเลกุล (โปรตีน DNA ฯลฯ) ทำหน้าที่เป็นปฏิกิริยานาโน

กลุ่มที่สี่ประกอบด้วยวิธีการที่อิงตามการก่อตัวของอนุภาคคอลลอยด์อัลตราไมโครไฟน์ในสารละลายระหว่างการควบแน่นแบบโพลีคอนเดนเซอร์โดยมีสารลดแรงตึงผิวที่ป้องกันการรวมตัวกัน

กลุ่มที่ห้ารวมถึงวิธีการทางเคมีเพื่อให้ได้โครงสร้างที่มีรูพรุนสูงและกระจายตัวอย่างประณีต (โลหะ Riquet, นิกเกิล Raney) โดยอาศัยการกำจัดส่วนประกอบใดส่วนประกอบหนึ่งของระบบจุลภาคซึ่งเป็นผลมาจาก ปฏิกิริยาเคมีหรือการละลายขั้วบวก วิธีการเหล่านี้ยังรวมถึงวิธีการดั้งเดิมในการรับนาโนคอมโพสิตโดยการดับเมทริกซ์แก้วหรือเกลือด้วยสารที่ละลาย ซึ่งเป็นผลมาจากการที่สารนี้จะตกผลึกในเมทริกซ์ (แก้วดัดแปลงด้วยเซมิคอนดักเตอร์หรืออนุภาคนาโนของโลหะ) ในกรณีนี้ การนำสารเข้าสู่เมทริกซ์สามารถทำได้สองวิธี: โดยการเติมสารลงในสารหลอมละลาย (สารละลาย) ตามด้วยการชุบแข็ง และโดยการนำสารเข้าสู่เมทริกซ์ของแข็งโดยตรงโดยใช้การฝังไอออน

วิธีการทางเคมีที่ใช้กันทั่วไปวิธีหนึ่งในการรับวัสดุนาโนคือการสังเคราะห์โซล-เจล ด้วยความช่วยเหลือทำให้ได้รับระบบออกไซด์ที่เป็นเนื้อเดียวกันการดัดแปลงทางเคมีซึ่ง (การลดการเกิดซัลไฟด์ ฯลฯ ) นำไปสู่การก่อตัวของอนุภาคนาโนของวัสดุที่เกี่ยวข้องในเมทริกซ์ ควรสังเกตว่าการใช้วิธีโซลเจลทำให้ได้วัสดุนาโนที่มีคุณสมบัติการทำงานที่ดีขึ้นเนื่องจากการควบคุมองค์ประกอบและโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ระดับกลาง นอกจากนี้ยังมีความน่าสนใจเนื่องจากความเป็นไปได้ในสภาพห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตามวิธีนี้ก็มีข้อเสียอย่างร้ายแรงเช่นกัน ประการแรก ไม่ได้รับประกันการกระจายตัวของอนุภาคเดี่ยว ประการที่สอง ไม่อนุญาตให้ได้รับโครงสร้างนาโนสองมิติและหนึ่งมิติ เช่นเดียวกับโครงสร้างที่เรียงลำดับเชิงพื้นที่ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคนาโนที่อยู่ในระยะห่างเท่ากันจากกัน หรือจากแผ่นนาโนขนานที่มีชั้นของเมทริกซ์เฉื่อย ซึ่งสามารถสังเคราะห์ได้ เครื่องปฏิกรณ์นาโน และสุดท้าย ในหลายกรณี การได้รับนาโนคอมโพสิตที่ต้องการนั้นเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีของอนุภาคกับสารก่อเจล

ควรสังเกตว่าการใช้อนุภาคนาโนอิสระและโครงสร้างนาโนเป็นวัสดุเป็นเรื่องยากมากเนื่องจากความสามารถในการแพร่กระจายของสารในสถานะนาโนคริสตัลไลน์ ตามที่ระบุไว้ข้างต้น นี่เป็นเพราะการเพิ่มขึ้นของพื้นที่ผิวจำเพาะของอนุภาคเมื่อขนาดเชิงเส้นลดลงเหลือนาโนเมตร ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกิจกรรมทางเคมีของสารประกอบและความเข้มข้นของกระบวนการรวมตัว เพื่อป้องกันการรวมตัวกันของอนุภาคนาโนและปกป้องพวกมันจากอิทธิพลภายนอก (เช่น จากการเกิดออกซิเดชันโดยออกซิเจนในบรรยากาศ) อนุภาคนาโนจึงถูกล้อมรอบด้วยเมทริกซ์เฉื่อยทางเคมี

การวิเคราะห์ข้อมูลวรรณกรรมแสดงให้เห็นว่าจนถึงปัจจุบันมีการพัฒนาวิธีการต่างๆ มากมายสำหรับการแยกเมทริกซ์ของโครงสร้างนาโน ซึ่งสามารถแบ่งตามอัตภาพออกเป็นสองกลุ่ม: การได้มาซึ่งอนุภาคนาโนอิสระพร้อมการรวมเข้ากับเมทริกซ์เฉื่อยในภายหลัง และการก่อตัวโดยตรงของโครงสร้างนาโนในปริมาณมาก ของเมทริกซ์ระหว่างการดัดแปลงทางเคมี

วิธีการกลุ่มแรกนั้นใช้งานง่าย แต่มีข้อจำกัดร้ายแรงในการเลือกเมทริกซ์ ตามกฎแล้วจะใช้สารประกอบโพลีเมอร์อินทรีย์ที่ไม่แตกต่างกันในระดับสูง เสถียรภาพทางความร้อนและไม่ได้มีคุณสมบัติทางกายภาพที่จำเป็นเสมอไป (เช่น ความโปร่งใสทางแสงสูง) นอกจากนี้ ในระหว่างการรวมตัวกัน ไม่รวมกระบวนการรวมตัวของอนุภาคนาโน

วิธีการกลุ่มที่สองทำให้ไม่เพียง แต่หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องเหล่านี้เท่านั้น แต่ยังสามารถควบคุมพารามิเตอร์ของอนุภาคนาโนในเมทริกซ์ได้โดยตรงในขั้นตอนของการก่อตัวและแม้แต่เปลี่ยนพารามิเตอร์เหล่านี้ในระหว่างการทำงานของวัสดุ เมทริกซ์ที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้จะต้องมีช่องว่างเชิงโครงสร้างที่สามารถเติมสารประกอบได้ ซึ่งการปรับเปลี่ยนในภายหลังจะนำไปสู่การก่อตัวของอนุภาคนาโนในช่องว่างเหล่านี้ กล่าวอีกนัยหนึ่งช่องว่างเหล่านี้ควรจำกัดโซนของปฏิกิริยาด้วยการมีส่วนร่วมของสารประกอบที่นำเข้าไปในนั้นเช่น ทำหน้าที่เป็นเครื่องปฏิกรณ์นาโนชนิดหนึ่ง เห็นได้ชัดว่าการเลือกสารประกอบที่มีรูปทรงช่องว่างของโครงสร้างต่างกัน ทำให้สามารถสังเคราะห์โครงสร้างนาโนที่มีสัณฐานวิทยาและแอนไอโซโทรปีต่างกันได้

ตัวอย่างคือการสังเคราะห์วัสดุนาโนโดยใช้เมทริกซ์ออกไซด์ที่มีรูพรุน (โดยปกติคือ SiO 2 หรือ Al 2 ออนซ์) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโครงสร้างรูพรุนที่ไม่เป็นระเบียบของเมทริกซ์ดังกล่าวและการกระจายของรูพรุนที่มีขนาดค่อนข้างกว้าง จึงแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะได้รับระบบนาโนที่มีรูปแบบน่าพึงพอใจด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา โดยปกตินาโนคอมโพสิตที่ได้จากเมทริกซ์ที่มีรูพรุนออกไซด์จะใช้ในการเร่งปฏิกิริยาซึ่งข้อกำหนดสำหรับการกระจายตัวของอนุภาคและสัณฐานวิทยาของอนุภาคไม่สูงมากนัก นอกจากนี้ โครงสร้างรูพรุนที่แข็งแกร่งของเมทริกซ์ดังกล่าวทำให้ไม่สามารถเปลี่ยนขนาดอนุภาคและสัณฐานวิทยาในระหว่างการสังเคราะห์ได้ ตามกฎแล้วหลังขึ้นอยู่กับขนาดรูขุมขนและสัณฐานวิทยาอย่างเคร่งครัด เมื่อใช้เมทริกซ์ประเภทเดียว สามารถรับโครงสร้างนาโนได้เพียงช่วงที่จำกัดมากเท่านั้น

บางครั้ง เพื่อการก่อตัวอย่างรวดเร็วของอนุภาคนาโนในเมทริกซ์ อาจมีการใช้ผลกระทบทางกายภาพเพิ่มเติม เช่น อัลตราซาวนด์ ไมโครเวฟ และการฉายรังสีด้วยเลเซอร์

การแนะนำ

1 การเกิดขึ้นและพัฒนาการของนาโนเทคโนโลยี

2 พื้นฐานของเทคโนโลยีวัสดุนาโน

2.1 ลักษณะทั่วไป

2.2 เทคโนโลยีวัสดุรวม

2.2.1 เทคโนโลยีผง

2.2.2 การเสียรูปพลาสติกอย่างรุนแรง

2.2.3 การตกผลึกแบบควบคุมจากสถานะสัณฐาน

2.2.4 เทคโนโลยีฟิล์มและสารเคลือบ

2.3 เทคโนโลยีวัสดุนาโนโพลีเมอร์ มีรูพรุน ท่อ และชีวภาพ

2.3.1 วัสดุลูกผสมและซูปราโมเลกุล

2.3.2 วัสดุที่มีรูพรุนนาโน (ตะแกรงโมเลกุล)

2.3.3 วัสดุท่อ

2.3.4 วัสดุโพลีเมอร์

3 ลักษณะทั่วไปของการประยุกต์ใช้วัสดุนาโน

บทสรุป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นาโนเทคโนโลยีถูกมองว่าไม่เพียงแต่เป็นหนึ่งในสาขาเทคโนโลยีชั้นสูงที่มีแนวโน้มมากที่สุดเท่านั้น แต่ยังเป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดระบบในระบบเศรษฐกิจแห่งศตวรรษที่ 21 ด้วย ซึ่งก็คือเศรษฐกิจที่ตั้งอยู่บนพื้นฐานความรู้ ไม่ใช่การใช้งาน . ทรัพยากรธรรมชาติหรือการประมวลผลของพวกเขา นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่ว่านาโนเทคโนโลยีกระตุ้นการพัฒนากระบวนทัศน์ใหม่ของกิจกรรมการผลิตทั้งหมด ("จากล่างขึ้นบน" - จากแต่ละอะตอม - ไปจนถึงผลิตภัณฑ์ ไม่ใช่ "จากบนลงล่าง" เช่นเดียวกับเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมที่ผลิตภัณฑ์อยู่ ที่ได้จากการตัดวัสดุส่วนเกินออกจากชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่กว่า) จึงเป็นที่มาของแนวทางใหม่ในการปรับปรุงคุณภาพชีวิตและแก้ไขปัญหาต่างๆ มากมาย ปัญหาสังคมวี สังคมหลังอุตสาหกรรม. ตามที่ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่ในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนโยบายและการลงทุน การปฏิวัตินาโนเทคโนโลยีที่ได้เริ่มต้นขึ้นจะครอบคลุมทุกด้านที่สำคัญของกิจกรรมของมนุษย์ (ตั้งแต่การสำรวจอวกาศไปจนถึงการแพทย์ จากความมั่นคงของชาติไปจนถึงนิเวศวิทยาและการเกษตร) และผลที่ตามมาจะเป็น กว้างและลึกกว่าการปฏิวัติคอมพิวเตอร์ สามครั้งสุดท้ายศตวรรษที่ 20. ทั้งหมดนี้ก่อให้เกิดปัญหาและคำถามไม่เพียงแต่ในแวดวงวิทยาศาสตร์และเทคนิคเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผู้บริหารในระดับต่างๆ ผู้มีโอกาสเป็นนักลงทุน ภาคการศึกษา หน่วยงานของรัฐ ฯลฯ

นาโนเทคโนโลยีก่อตั้งขึ้นบนพื้นฐานของการเปลี่ยนแปลงเชิงปฏิวัติ เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์. อิเล็กทรอนิกส์เป็นทิศทางแบบองค์รวมเกิดขึ้นประมาณปี 1900 และยังคงพัฒนาอย่างรวดเร็วตลอดศตวรรษที่ผ่านมา พิเศษเฉพาะ เหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์คือการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ในปี พ.ศ. 2490 หลังจากนั้นความรุ่งเรืองของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ก็เริ่มขึ้นซึ่งขนาดของอุปกรณ์ซิลิกอนที่สร้างขึ้นนั้นลดลงอย่างต่อเนื่อง ในเวลาเดียวกัน ความเร็วและปริมาตรของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบแม่เหล็กและออปติคอลก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

อย่างไรก็ตาม เมื่อขนาดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เข้าใกล้ 1 ไมครอน สมบัติเชิงกลของควอนตัมของสสารก็เริ่มปรากฏให้เห็นในอุปกรณ์เหล่านั้น เช่น ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ผิดปกติ (เช่น ผลกระทบจากอุโมงค์) สามารถสรุปได้อย่างปลอดภัยว่าในขณะที่ยังคงรักษาความเร็วของการพัฒนาพลังงานคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดจะประสบปัญหาในลักษณะพื้นฐานภายในเวลาประมาณ 5-10 ปี เนื่องจากความเร็วและระดับของการรวมในคอมพิวเตอร์จะถึง "พื้นฐาน" บางประการ ขอบเขตที่กำหนดโดยกฎฟิสิกส์ที่เรารู้จัก ดังนั้นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีต่อไปทำให้นักวิจัยต้องสร้าง "ความก้าวหน้า" ที่สำคัญต่อหลักการปฏิบัติงานและวิธีการทางเทคโนโลยีใหม่ ๆ

ความก้าวหน้าดังกล่าวสามารถทำได้โดยการใช้นาโนเทคโนโลยีเท่านั้นที่จะสร้างขึ้น ทั้งเส้นกระบวนการผลิต วัสดุ และอุปกรณ์ที่เป็นพื้นฐานใหม่ เช่น นาโนโรบอต

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าการใช้นาโนเทคโนโลยีสามารถปรับปรุงคุณลักษณะพื้นฐานของคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลเซมิคอนดักเตอร์ได้สามลำดับความสำคัญ ได้แก่ 1,000 ครั้ง

อย่างไรก็ตาม นาโนเทคโนโลยีไม่ควรถูกลดทอนลงเพียงแต่เป็นการปฏิวัติเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ในท้องถิ่นเท่านั้น ผลลัพธ์ที่สำคัญเป็นพิเศษจำนวนหนึ่งได้รับมาแล้ว ทำให้เราหวังว่าจะมีความก้าวหน้าที่สำคัญในการพัฒนาด้านอื่น ๆ ของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ในวัตถุหลายๆ ชิ้นในสาขาฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยา พบว่าการเปลี่ยนผ่านไปสู่ระดับนาโนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพใน คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีสารประกอบและระบบแต่ละตัวที่ได้มาจากพวกมัน เรากำลังพูดถึงค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานแสง, การนำไฟฟ้า, สมบัติทางแม่เหล็ก, ความแข็งแรง, ทนความร้อน นอกจากนี้ ตามการสังเกต วัสดุใหม่ที่ได้รับโดยใช้นาโนเทคโนโลยีมีความเหนือกว่าอย่างมีนัยสำคัญในด้านทางกายภาพ ทางกล ความร้อน และ คุณสมบัติทางแสงอะนาล็อกของมาตราส่วนไมโครมิเตอร์

ขึ้นอยู่กับวัสดุที่มีคุณสมบัติใหม่ มีการสร้างประเภทใหม่แล้ว แผงเซลล์แสงอาทิตย์, เครื่องแปลงพลังงาน, ผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และอื่นๆ อีกมากมาย เซ็นเซอร์ทางชีวภาพ (เซ็นเซอร์) ที่มีความไวสูงและอุปกรณ์อื่น ๆ ได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว ซึ่งทำให้สามารถพูดคุยเกี่ยวกับการเกิดขึ้นของวิทยาศาสตร์ใหม่ - นาโนเทคโนโลยีชีวภาพและมีแนวโน้มที่ดี การประยุกต์ใช้จริง. นาโนเทคโนโลยีนำเสนอโอกาสใหม่สำหรับวัสดุการตัดเฉือนไมโครและการสร้างกระบวนการผลิตและผลิตภัณฑ์ใหม่บนพื้นฐานนี้ ซึ่งน่าจะมีผลกระทบเชิงปฏิวัติต่อชีวิตทางเศรษฐกิจและสังคมของคนรุ่นอนาคต

2.1 ลักษณะทั่วไป

โครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุนาโนจะเกิดขึ้นในขั้นตอนการผลิต ความสำคัญของเทคโนโลยีที่เป็นพื้นฐานในการรับรองประสิทธิภาพที่เสถียรและเหมาะสมที่สุดของวัสดุนาโนนั้นค่อนข้างชัดเจน นี่เป็นสิ่งสำคัญเช่นกันจากมุมมองของเศรษฐกิจของพวกเขา

เทคโนโลยีของวัสดุนาโนตามความหลากหลายของวัสดุหลังนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยการรวมกันในด้านหนึ่งคือโลหะวิทยากายภาพเคมีและ วิธีการทางชีวภาพและในทางกลับกัน เทคนิคดั้งเดิมและพื้นฐานใหม่ ดังนั้น หากวิธีการส่วนใหญ่ในการได้มาซึ่งวัสดุนาโนที่รวมกันค่อนข้างเป็นแบบดั้งเดิม ดังนั้น การดำเนินการ เช่น การผลิต "ปากกาควอนตัม" โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกน การก่อตัวของจุดควอนตัมโดยการประกอบอะตอมด้วยตนเอง หรือ การใช้เทคโนโลยีแทร็กไอออนเพื่อสร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนในวัสดุโพลีเมอร์นั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทางเทคโนโลยีที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน

วิธีการของเทคโนโลยีชีวภาพระดับโมเลกุลก็มีความหลากหลายเช่นกัน ทั้งหมดนี้ทำให้การนำเสนอพื้นฐานของเทคโนโลยีวัสดุนาโนมีความซับซ้อนโดยคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่ารายละเอียดทางเทคโนโลยีจำนวนมาก (“ความรู้”) ได้รับการอธิบายโดยผู้เขียนในแง่ทั่วไปเท่านั้นและบ่อยครั้งที่ข้อความมีลักษณะเป็นการโฆษณา นอกจากนี้จะมีการวิเคราะห์เฉพาะวิธีการทางเทคโนโลยีหลักและมีลักษณะเฉพาะที่สุดเท่านั้น

2.2.1 เทคโนโลยีผง

ผงเข้าใจว่าเป็นผลรวมของอนุภาคแต่ละตัวที่สัมผัสกัน ของแข็ง(หรือมวลรวม) ขนาดเล็ก - ตั้งแต่ไม่กี่นาโนเมตรไปจนถึงหลายพันไมครอน ในส่วนของการผลิตวัสดุนาโนนั้น จะใช้ผงละเอียดพิเศษเป็นวัตถุดิบ อนุภาคที่มีขนาดไม่เกิน 100 นาโนเมตร เช่นเดียวกับผงขนาดใหญ่ที่ได้รับภายใต้เงื่อนไขของการบดแบบเข้มข้นและประกอบด้วยผลึกขนาดเล็กที่มีขนาดใกล้เคียงกับที่ระบุไว้ข้างต้น

การดำเนินงานภายหลังของเทคโนโลยีผง - การอัด การเผาผนึก การอัดร้อน ฯลฯ - ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ตัวอย่าง (ผลิตภัณฑ์) ที่มีรูปร่างและขนาดที่กำหนดพร้อมโครงสร้างและคุณสมบัติที่เหมาะสม จำนวนทั้งสิ้นของการดำเนินการเหล่านี้มักถูกเรียกตามคำแนะนำของ M.Yu Balshina การรวมตัว ในส่วนของวัสดุนาโน ในด้านหนึ่ง การรวมเข้าด้วยกันควรทำให้เกิดการบดอัดที่เกือบจะสมบูรณ์ (นั่นคือ การไม่มีมาโครและไมโครพอร์ในโครงสร้าง) และในทางกลับกัน ควรรักษาโครงสร้างนาโนที่เกี่ยวข้องกับขนาดเริ่มต้นของอุลตร้าไฟน์ ผง (เช่น ขนาดเกรนในวัสดุเผาผนึกควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และไม่ว่าในกรณีใดก็ตาม จะต้องน้อยกว่า 100 นาโนเมตร)

วิธีการรับผงสำหรับการผลิตวัสดุนาโนนั้นมีความหลากหลายมาก พวกเขาสามารถแบ่งตามเงื่อนไขออกเป็นเคมีและกายภาพโดยหลักซึ่งมีข้อบ่งชี้ของผง ultrafine ที่มีลักษณะเฉพาะมากที่สุดแสดงไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1. วิธีการหลักในการรับผงสำหรับการผลิตวัสดุนาโน

วิธี	ตัวแปรวิธีการ	วัสดุ
วิธีการทางกายภาพ
การระเหยและการควบแน่น	สุญญากาศหรือก๊าซเฉื่อย	Zn, Cu, Ni, Al, Be, Sn, Pb, Mg, Ag, Cr, MgO, อัล 2 O 3 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , SiC
	ในก๊าซปฏิกิริยา	ดีบุก, AlN, ZrN, NbN, ZrO 3 , อัล 2 O 3 , TiO 2
การทำลายล้างพลังงานสูง	การบด	Fe-Cr, Be, อัล 2 O 3 , TiC, Si 3 N 4 , NiAl, TiAl, AlN
	การบำบัดด้วยการระเบิด	BN, SiN, TiC, Fe, เพชร
	ระเบิดไฟฟ้า	อัล, ซีดี, อัล 2 O 3, TiO 2
วิธีการทางเคมี
สังเคราะห์	สารเคมีพลาสม่า	TiC, TiN, Ti(C,N), VN, AlN, SiC, Si 3 N 4 , BN, W
	เลเซอร์	ศรี 3 N 4 , SiC, ศรี 3 N 4 -SiC
	ความร้อน	Fe, Cu, Ni, Mo, W, BN, TiC, WC-Co
	อุณหภูมิสูงแพร่กระจายได้เอง	SiC, MoSi2, อัลน์, TaC
	เคมีกล	TiC, TiN, NiAl, TiB 2 , Fe-Cu, W-Cu
	เคมีไฟฟ้า	สุขา, ซีอีโอ 2 , ZrO 2 , WB 4
	ปูน	โม 2 C, BN, TiB 2 , SiC
	ไครโอเคมีคอล	Ag, Pb, Mg, ซีดี
การสลายตัวด้วยความร้อน	สารตั้งต้นแบบย่อ	Fe, Ni, Co, SiC, Si 3 N 4 , BN, AlN, ZrO 2 , NbN
	สารตั้งต้นของก๊าซ	ZrB 2 , TiB 2 , BN

ให้เราพิจารณาวิธีการบางอย่างในการรับผงละเอียดมาก

จนถึงปัจจุบันมีการรู้จักวิธีการมากมายในการสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างนาโน โดยหลักการแล้ววิธีการทั้งหมดในการรับโครงสร้างนาโนสามารถแบ่งได้ตามเงื่อนไขเป็นสองชั้นใหญ่ - วิธีทางกายภาพและเคมี . ในเวลาเดียวกันก็ควรเน้นว่าวิธี "จากล่างขึ้นบน" เป็นลักษณะเฉพาะของวิธีการผลิตทางเคมีมากกว่า กระบวนการในการรับวัสดุนาโนนั้นมีทั้งขั้นตอนการสังเคราะห์และขั้นตอนการทำให้เสถียร เมื่อพิจารณาด้วยว่าโครงสร้างนาโนแสดงคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ในกรณีส่วนใหญ่อย่างแม่นยำในสถานะที่สามารถแพร่กระจายได้ไม่สมดุล การใช้สารเพิ่มความคงตัวต่างๆ ทำให้ไม่เพียงแต่สามารถสังเคราะห์โครงสร้างนาโนเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้วัสดุนาโนที่มีพื้นฐานมาจากนาโนเทคโนโลยีอีกด้วย

1 กลุ่มวิธีการได้มาและศึกษาอนุภาคนาโน (การควบแน่นที่อุณหภูมิต่ำมาก ตัวแปรทางเคมี โฟโตเคมีและการแผ่รังสี การระเหยด้วยเลเซอร์) ไม่อนุญาตให้สร้างวัสดุใหม่

กลุ่มวิธี Pทำให้สามารถรับวัสดุนาโนและนาโนคอมโพสิตโดยใช้อนุภาคนาโน (รูปแบบต่างๆ ของการบดเชิงกลเคมี การควบแน่นจากเฟสก๊าซ วิธีพลาสมาเคมี ฯลฯ)

โครงสร้างของอนุภาคนาโนที่มีขนาดเท่ากันซึ่งได้จากการกระจายตัวและการสร้างจากอะตอมอาจแตกต่างกัน ในกรณีแรก โครงสร้างของอนุภาคจะคงโครงสร้างของตัวอย่างดั้งเดิมไว้ อนุภาคนาโนที่ได้จากการรวมตัวของอะตอมอาจมีการจัดเรียงอะตอมในเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นที่ขนาด 2-4 นาโนเมตรจะสังเกตเห็นการลดลงของพารามิเตอร์ขัดแตะ

วิธีการทางกายภาพ

1. การพ่นพลาสม่า: พลาสมา แอโนด แมกนีตรอน ฯลฯ ขึ้นอยู่กับว่าคุณสร้างอย่างไร สภาพแวดล้อมของก๊าซที่สะสมอยู่บนพื้นผิวหรือถูกพาออกจากโซนปฏิกิริยา เช่น โดยกระแสก๊าซ

2. epitaxy ลำแสงไอออน

3. การบดอัดเฟสแก๊ส

4. วิธีการระเหยด้วยเลเซอร์

5. ควบคุมการตกผลึก

6. การกระจายและการบด

7. การเปลี่ยนรูปพลาสติก

หนึ่งในวิธีการหลักในการได้รับอนุภาคนาโนของโลหะคือกระบวนการที่อาศัยการผสมผสานของการระเหยของโลหะเป็นการไหลของก๊าซเฉื่อยตามด้วยการควบแน่นในห้องที่อุณหภูมิหนึ่ง

การระเหยเกิดขึ้นจากพลาสมาอุณหภูมิต่ำ คานโมเลกุลและการระเหยของก๊าซ การสปัตเตอร์แคโทด คลื่นกระแทก การระเบิดด้วยไฟฟ้า การกระจายตัวของกระแสไฟฟ้าด้วยเลเซอร์ เจ็ทความเร็วเหนือเสียง วิธีการกระจายตัวเชิงกลด้วยวิธีต่างๆ

ขั้นแรก วัสดุตั้งต้นจะถูกระเหยโดยใช้วิธีการให้ความร้อนที่เหมาะสม ไอของสารจะถูกเจือจางเมื่อมีก๊าซเฉื่อยไหลมากเกินไป มักใช้อาร์กอนหรือซีนอน ผลลัพธ์ของส่วนผสมของไอระเหยและก๊าซจะถูกส่งไปยังพื้นผิวตัวอย่าง (สารตั้งต้น) และทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำ (ปกติคือ 4-77 เคลวิน) การก่อตัวของอนุภาคนาโนบนพื้นผิวของสารตั้งต้นเป็นกระบวนการที่ไม่สมดุลซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น อุณหภูมิของสารตั้งต้นที่ถูกทำให้เย็นลง ระดับของการเจือจางด้วยก๊าซเฉื่อย อัตราการไปถึงพื้นผิวของสารตั้งต้น อัตราของ การควบแน่น ฯลฯ การได้รับอนุภาคนาโนโดยวิธีการควบแน่นร่วมของสารหลายชนิดบนพื้นผิวที่เย็นลงทำให้ง่ายต่อการใส่สารเติมแต่งต่างๆ ลงในองค์ประกอบ และในกระบวนการควบคุมความร้อน ซึ่งเพิ่มความคล่องตัวของอนุภาคนาโน เพื่อดำเนินการสิ่งใหม่และผิดปกติจำนวนหนึ่ง การสังเคราะห์ทางเคมี

เครื่องปฏิกรณ์ไครโอรีแอคเตอร์ชนิดพิเศษจำนวนหนึ่งได้รับการพัฒนาสำหรับการสังเคราะห์วัสดุที่มีโครงสร้างนาโนโดยการควบแน่นทางเคมี เครื่องปฏิกรณ์แบบไครโอรีแอคเตอร์ที่สร้างขึ้นในสหพันธรัฐรัสเซีย สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่นผลิตวัสดุนาโนที่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เฟอร์โรแมกเนติก วัสดุฟิล์ม และสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อน ตัวอย่างเช่น ในการติดตั้งแห่งหนึ่ง โลหะสองชนิดจะถูกระเหยในสุญญากาศและควบแน่นลงบนสารตั้งต้นที่ระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว ผลลัพธ์ที่ได้จะถูกกดด้วยแรงดันสูงและแปลงเป็นนาโนคอมโพสิตชนิดไบเมทัลลิก

ในหน่วยสะสมพลาสมา สารประกอบโลหะจะถูกนำเข้าไปในโซนพลาสมาพร้อมกับตัวพาก๊าซเฉื่อย ในโซนพลาสมา อนุภาคนาโนจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งเมื่อออกจากโซนพลาสมา จะสัมผัสกับโมโนเมอร์อินทรีย์และก่อตัวเป็นอนุภาคนาโนออกไซด์ ไนไตรด์ และโลหะคาร์ไบด์ที่ทำให้โพลีเมอร์เสถียร

วิธีการฝังไอออนบีมสร้างโครงสร้างนาโนที่ได้รับคำสั่งจากจุดควอนตัม เรียกว่าโครงสร้างเฮเทอโร โครงสร้างที่แตกต่างที่คล้ายกันสามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์ อุปกรณ์ลอจิคัล แหล่งกำเนิดเลเซอร์ของคนรุ่นใหม่

ในอุปกรณ์ปลูกฝังลำแสงไอออน ระบบจุดควอนตัมถูกปกคลุมไปด้วยชั้นของวัสดุเฉื่อย จากนั้นจึงนำวัสดุออกฤทธิ์หลักของชั้นที่สองกลับมาใช้อีกครั้ง ในชั้นที่สองนี้ การประกอบจุดควอนตัมด้วยตนเองซึ่งสัมพันธ์กับตำแหน่งในชั้นแรกของวัสดุออกฤทธิ์จะเกิดขึ้น การสปัตเตอร์หลายครั้งนำไปสู่โครงสร้างเฮเทอโรที่ต้องการ

ในการผลิตวัสดุนาโนในขั้นตอนก๊าซ อนุภาคโลหะจากเบ้าหลอม-เครื่องระเหยจะถูกส่งไปยังตัวกรอง ซึ่งจะถูกกำจัดออกโดยการไหลของก๊าซ อันเป็นผลมาจากการบดอัด - การขยายตัวของอนุภาคนาโนจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับวัสดุที่มีรูพรุนขนาดนาโนตามลำดับ

ในกรณีที่ใช้วิธีการระเหยด้วยเลเซอร์ในการเคลือบอนุภาคต่าง ๆ จะใช้เลเซอร์ต่างกัน ทำงานในโหมดพัลส์หรือต่อเนื่อง

วัสดุนาโนยังสามารถหาได้โดยวิธีการเวอร์เนลที่ทันสมัย ​​เมื่อผงเบาพิเศษ ("ผง") ของวัสดุที่กำลังแปรรูปถูกส่งผ่านคบเพลิงก๊าซที่ติดไฟได้ (ไฮโดรเจน-ออกซิเจน) หรือพลาสมาที่มีความถี่สูงแบบไร้ขั้วไฟฟ้าหรือการปล่อยอิเล็กโทรด ในเปลวไฟ อนุภาคนาโนของโลหะออกไซด์จะเกิดขึ้น ซึ่งสะสมอยู่ในรูปของผง (~50 นาโนเมตร) บนพื้นผิวที่เย็นลง จากเทคโนโลยีนี้ ได้รับการเคลือบที่ไม่ด้อยไปกว่าความแข็งของเพชร ซึ่งเพิ่มความต้านทานการสึกหรอของพื้นผิวการตัด ความต้านทานความร้อน และความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมาก

วิธีการทางเคมี.ไปที่หลัก วิธีการทางเคมีการได้รับวัสดุนาโนมีดังต่อไปนี้:

· การควบแน่นของไอสารเคมี

การได้รับโซลโดยการลดเฟสของเหลว (รวมถึงการสะสมและการสังเคราะห์เคมีไฟฟ้าในเครื่องปฏิกรณ์นาโน)

· การแผ่รังสี;

การสังเคราะห์เมทริกซ์

รับซอล .

ฟาราเดย์ได้รับโซลทองคำที่เสถียรโดยรวม (มีอนุภาค 2–50 นาโนเมตร) โดยการลดเกลือทองคำเจือจางด้วยฟอสฟอรัสสีเหลือง

AuCl 3 + 3H 2 O + P ® Au + P(OH) 3 + 3HCl

ต่อมา Zsigmondy ได้พัฒนาวิธีการ (ซึ่งกลายมาเป็นแบบดั้งเดิม) สำหรับการสังเคราะห์โซลทองแบบกระจายตัวเดี่ยวด้วยระดับการกระจายที่กำหนดโดยการลดทองคำด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และฟอร์มาลดีไฮด์

2 HАuCl 4 + 3H 2 O 2 ® 2 Au + 8HCl + 3O 2,

2 HАuCl 4 + 3HCHO + 11KOH ® 2Au + 3HCOOK + 8KCl + 8H 2 O

กระบวนการดำเนินไปในสองขั้นตอน ขั้นแรก นิวเคลียสของเฟสใหม่จะถูกสร้างขึ้น และจากนั้นความอิ่มตัวยเหนือระดับต่ำจะถูกสร้างขึ้นในเถ้า ซึ่งไม่มีนิวเคลียสใหม่เกิดขึ้น แต่มีเพียงการเจริญเติบโตเท่านั้นที่เกิดขึ้น ด้วยวิธีนี้ จึงสามารถหาโซลทองสีเหลือง (d ~ 20 นาโนเมตร) สีแดง (d ~ 40 นาโนเมตร) และสีน้ำเงิน (d ~ 100 นาโนเมตร)

ปัจจุบันมีการใช้สารละลายสามชนิดเพื่อให้ได้อนุภาคนาโนทองคำ:

1.กรดคลอโรออริกในน้ำ

2.โซเดียมคาร์บอเนตในน้ำ

3. ไฮโปฟอสไฟต์ในไดเอทิลอีเทอร์

ส่วนผสมของสารละลายจะถูกเก็บไว้ที่ 70 0 C เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง

ขนาดอนุภาคทองคำ - 2-5 นาโนเมตร

ข้อเสีย: มีสิ่งสกปรกจำนวนมากซึ่งสามารถลดลงได้โดยการลดระบบด้วยไฮโดรเจน

การลดสารเคมีจะดำเนินการในระบบที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์และจลนศาสตร์ กระบวนการนี้ได้รับอิทธิพลจากการเลือกคู่ของสารรีดิวซ์-สารออกซิแดนท์ ความเข้มข้น อุณหภูมิ pH ของตัวกลาง คุณลักษณะการแพร่กระจายและการดูดซับ

ขณะนี้กระบวนการถูกเลือกโดยที่ตัวรีดิวซ์จะทำหน้าที่ของสารทำให้คงตัวไปพร้อมๆ กัน (สารลดแรงตึงผิวที่ประกอบด้วย N-S, ไทออล, เกลือไนเตรต ฯลฯ)

สารรีดิวซ์ที่พบมากที่สุดคือเทตระบอเรตของโลหะอัลคาไล (MVN 4) ซึ่งลดแคตไอออนเกือบทั้งหมดในตัวกลางที่เป็นน้ำในช่วง pH ที่กว้าง (ศักยภาพรีดอกซ์สูง - 1.24 V ในตัวกลางที่เป็นด่าง) การลดลงของไอออนของโลหะเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของสารเชิงซ้อนที่มีพันธะสะพาน M…H….V สิ่งนี้มีส่วนทำให้เกิดการถ่ายโอนอะตอมไฮโดรเจนและการแตกของพันธะสะพาน กระบวนการรีดอกซ์ และการแตกร้าวในภายหลัง การเชื่อมต่อ V-Nด้วยการก่อตัวของ VN 3 . หลังถูกไฮโดรไลซ์หรือสลายตัวเร่งปฏิกิริยาบนพื้นผิวของอนุภาคโลหะ

การใช้วิธีลดเฟสของเหลวอย่างแพร่หลายนั้นเนื่องมาจากความเรียบง่ายที่สัมพันธ์กัน การลดสารเคมีขึ้นอยู่กับลักษณะของคู่รีดิวซ์-สารออกซิแดนท์ และความเข้มข้น, pH ของตัวกลาง, อุณหภูมิ และคุณสมบัติของตัวทำละลาย สารรีดิวซ์ที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับไอออนของโลหะคือโบโรไฮไดรด์ (เช่น NaBH 4), อะลูมิเนียมไฮไดรด์, ​​เกลือของกรดออกซาลิกและทาร์ทาริก, ฟอร์มาลดีไฮด์ในตัวกลางที่เป็นน้ำและไม่มีน้ำ

ตัวอย่างเช่น จะได้อนุภาคนาโนเงิน (Ag) ที่เล็กกว่า 5 นาโนเมตรโดยรีดิวซ์ซิลเวอร์ไนเตรต (AgNO 3 ) ด้วยโซเดียมโบโรไฮไดรด์ (NaBH 4 )

อนุภาคนาโนเงินทรงกลมขนาด 3-5 นาโนเมตรถูกสังเคราะห์โดยการลด AgNO 3 ด้วยโซเดียมโบโรไฮไดรด์ต่อหน้าเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียมไดซัลไฟด์โดยการผสมสารละลายที่เกี่ยวข้องที่อุณหภูมิที่กำหนด:

อนุภาคที่ได้จะมีลักษณะพิเศษคือการดูดกลืนแสงที่รุนแรงในช่วง 400 นาโนเมตร ซึ่งบ่งบอกถึงธรรมชาติของโลหะของอนุภาค ที่ pH=5-9 นิ้ว สภาพแวดล้อมทางน้ำอนุภาคจะคงตัวเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ การเพิ่มหรือลดลงของ pH ทำให้เกิดการรวมตัวและการตกตะกอนของอนุภาคเงินอย่างรวดเร็ว

เกลือแพลตตินัมเมื่อรีดิวซ์ด้วยโซเดียมโบโรไฮไดรด์ จะได้อนุภาคที่มีรัศมี 2–3 นาโนเมตร และเมื่อรีดิวซ์ด้วยไฮดราซีนจะได้ 40 นาโนเมตร เจลโพลีอิเล็กโตรไลต์ที่มีสารลดแรงตึงผิวที่มีประจุตรงข้ามถูกใช้เป็นสื่อที่มีโครงสร้างนาโน

อนุภาคนาโน 1-2 นาโนเมตรที่ได้จากการให้ความร้อนไฮดรอกไซด์ในเอทิลีนไกลคอล

ความหลากหลายที่น่าหวังคือการลดเคมีไฟฟ้า การลดเคมีไฟฟ้าของโลหะทำให้สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของกระจุกนาโนที่เกิดขึ้นในช่วงกว้างได้โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของกระบวนการอิเล็กโทรด ตัวอย่างเช่น ในการลดแคโทดของโลหะ:

บนแคโทดแพลตตินัม อนุภาคนาโนของโลหะทรงกลมสามารถก่อตัวได้ และบนแคโทดอะลูมิเนียม อาจเกิดฟิล์มขนาดนาโนได้

อนุภาคนาโนเงิน 2-7 นาโนเมตรได้มาจากการละลายทางเคมีไฟฟ้าของขั้วบวก (แผ่นเงินในสารละลาย aprotic ของ tetrabutylammonium bromide ใน acetonitrile) ที่ความหนาแน่นกระแสสูง อนุภาคจะก่อตัวขึ้น รูปร่างไม่สม่ำเสมอ. ที่ความหนาแน่นกระแสตั้งแต่ -1.35 ถึง -6.90 mA cm -2 เส้นผ่านศูนย์กลางของทรงกลมแตกต่างกันไปตั้งแต่ 6 ถึง 1.7 นาโนเมตร นี่คือแคโทดแพลทินัม มีเพียงฟิล์มเท่านั้นที่ก่อตัวและสะสมอยู่บนแคโทดจาก A1

จนถึงปัจจุบัน มีการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์อนุภาคนาโนจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาสามารถได้รับไอรอนไฮดรอกไซด์โซล:

FeCl 3 + 3H 2 O T (90 - 100°C) "เฟ(OH) 3 + 3HCl

เมื่อเตรียมโซลในลักษณะนี้ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตสภาวะของปฏิกิริยาอย่างระมัดระวัง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การควบคุม pH อย่างเข้มงวดและการมีอยู่ของสารหลายชนิด สารประกอบอินทรีย์ในระบบ ดังนั้นขนาดอนุภาคของ Fe 2 O 3 ที่เกิดจากการไฮโดรไลซิสของ FeCl 3 ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไตรเอทาโนลามีน, ไอโซโพรพิลามีนและไพเพอราซีน

เพื่อควบคุมกระบวนการสร้างและรักษาเสถียรภาพของอนุภาคนาโน อิมัลชันและไมเซลล์ และโมเลกุลขนาดใหญ่ของสารอินทรีย์ - โมเลกุลขนาดใหญ่ (เดนดริเมอร์) - ถูกนำมาใช้ Dendrimers อิมัลชัน และไมเซลล์ถือได้ว่าเป็นเครื่องปฏิกรณ์นาโนที่ทำให้สามารถสังเคราะห์อนุภาคนาโนที่มีขนาดและรูปร่างที่ต้องการได้

การมีอยู่ในระบบ ultrafine ของพลังงานส่วนเกินจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับส่วนต่อประสานที่ได้รับการพัฒนาอย่างสูงช่วยอำนวยความสะดวกในกระบวนการรวมตัวของอนุภาคคอลลอยด์ เพื่อให้ได้อนุภาคที่มีการกระจายตัวที่กำหนด จำเป็นต้องหยุดการเติบโตของอนุภาคให้ทันเวลา เพื่อจุดประสงค์นี้พื้นผิวของอนุภาคของเฟสการกระจายตัวจะถูกยับยั้งเนื่องจากการก่อตัวของชั้นป้องกันของสารลดแรงตึงผิวหรือเนื่องจากการก่อตัวของสารประกอบที่ซับซ้อนบนนั้น

วัตถุพิเศษทางเคมีคือสารลดแรงตึงผิว - อินทรียฺวัตถุ(สังเคราะห์และเป็นธรรมชาติ) ซึ่งมีความสามารถในการละลายน้ำได้จำกัด และสามารถดูดซับบนส่วนต่อประสาน ช่วยลดแรงตึงระหว่างผิว สารเหล่านี้มีโครงสร้างแบบแอมฟิฟิลิก: โมเลกุลหรือไอออนของสารลดแรงตึงผิวประกอบด้วยส่วนที่ไม่ชอบน้ำและกลุ่มขั้วในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง ส่วนที่ไม่ชอบน้ำคืออนุมูลไฮโดรคาร์บอน (C n H 2 n+1, C n H 2 n–1, C n H 2 n+1, C 6 H 4 และอื่น ๆ ) ที่มีอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 8 ถึง 18 อะตอม ขึ้นอยู่กับลักษณะของกลุ่มที่ชอบน้ำ สารลดแรงตึงผิวจะถูกแบ่งออกเป็นประจุบวก (ซึ่งรวมถึงเอมีนปฐมภูมิ, ทุติยภูมิ, ตติยภูมิและฐานแอมโมเนียมควอเทอร์นารี), ประจุลบ (โมเลกุลของสารประกอบเหล่านี้ประกอบด้วยคาร์บอกซิล, ซัลโฟอีเทอร์, หมู่ซัลโฟและอื่น ๆ ) ความจำเพาะของพฤติกรรมของสารลดแรงตึงผิวในสารละลายที่เป็นน้ำนั้นสัมพันธ์กับคุณสมบัติของปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิว จากการศึกษาจำนวนมาก น้ำที่อุณหภูมิห้องเป็นของเหลวที่มีโครงสร้าง ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายกับน้ำแข็ง แต่ต่างจากน้ำแข็งตรงที่น้ำมีลำดับระยะสั้นเท่านั้น (r< 0,8 нм). При растворении ПАВ происходит дальнейшее структурирование молекул воды вокруг неполярных углеводородных радикалов ПАВ, что приводит к уменьшению энтропии сис­темы. Поскольку система стремится к максимуму энтропии, то при достижении определён­ной концентрации, называемой критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), молекулы или ионы ПАВ начинают самопроизвольно образовывать ассоциаты, которые на­зываются мицеллами (по предложению открывшего их учёного Мак-Бэна, 1913 г.). Образо­вание мицелл сопровождается высвобождением части структурированной воды, что является термодинамически выгодным процессом, поскольку он приводит к увеличению энтропии системы.

การก่อตัวของไมเซลล์มักตรวจพบได้จากการเปลี่ยนแปลงในบางส่วน คุณสมบัติทางกายภาพสารละลายลดแรงตึงผิว (เช่น แรงตึงผิว การนำไฟฟ้า ความหนาแน่น ความหนืด การกระเจิงของแสง ฯลฯ) ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิว ค่า CMC ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ: ธรรมชาติของสารลดแรงตึงผิว ความยาวและระดับของการแตกแขนงของอนุมูลไฮโดรคาร์บอน การมีอยู่ของอิเล็กโทรไลต์หรือสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ และค่า pH ของสารละลาย อย่างไรก็ตาม ปัจจัยหลักคืออัตราส่วนระหว่างคุณสมบัติที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำของสารลดแรงตึงผิว ดังนั้น ยิ่งอนุมูลไฮโดรคาร์บอนนานขึ้นและกลุ่มขั้วยิ่งอ่อนลง ค่าของ CMC ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

ที่ความเข้มข้นใกล้กับ CMC ไมเซลล์จะก่อตัวเป็นทรงกลมโดยประมาณ โดยมีกลุ่มขั้วสัมผัสกับน้ำ ในขณะที่อนุมูลที่ไม่ชอบน้ำอยู่ภายใน ก่อตัวเป็นแกนกลางที่ไม่มีขั้ว โมเลกุลหรือไอออนที่ประกอบเป็นไมเซลล์นั้นอยู่ในสมดุลแบบไดนามิกกับปริมาตรของสารละลาย นี่เป็นหนึ่งในสาเหตุของ “ความหยาบ” ของพื้นผิวด้านนอกของไมเซลล์ ระดับความชุ่มชื้นของกลุ่มขั้ว โครงสร้างของชั้นไฮเดรต และโครงสร้างของแกนกลางชั้นในขึ้นอยู่กับลักษณะของสารลดแรงตึงผิว

ที่ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวมากกว่า CMC การก่อตัวของไมเซลล์หลายประเภท (รูปที่ 4.1) เป็นไปได้ โดยมีรูปร่างแตกต่างกัน: ทรงกลม, ทรงกระบอก, บรรจุหกเหลี่ยม, ลาเมลลาร์ ดังนั้นไมเซลล์จึงถือได้ว่าเป็นวัตถุนาโนขนาดหนึ่งมิติ สองมิติ และจำนวนมาก ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารลดแรงตึงผิว จำนวนการรวมกลุ่ม ( n) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่สิบถึงหลายร้อย และขนาดของไมเซลล์ก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน

โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่ละลายน้ำซึ่งมีอนุมูลไฮโดรคาร์บอนยาวและกลุ่มขั้วอ่อนสามารถละลายได้ในสถานะของเหลวที่ไม่มีขั้ว ในกรณีนี้ ที่ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวระดับหนึ่ง จะสังเกตการก่อตัวของไมเซลล์ด้วย ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาเฉพาะระหว่างกลุ่มขั้วของสารลดแรงตึงผิว ไมเซลล์ดังกล่าวเรียกว่าไมเซลล์แบบย้อนกลับ รูปร่างของรีเวิร์สไมเซลล์ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวและอาจมีความแตกต่างกัน

มีสองวิธีในการอธิบายกระบวนการไมเซลล์ไลเซชัน ตามแนวทางแรก (แบบจำลองกึ่งเคมี) การก่อตัวของไมเซลล์นั้นพิจารณาจากมุมมองของกฎการออกฤทธิ์ของมวล อีกวิธีหนึ่งถือว่าลักษณะที่ปรากฏของไมเซลล์เหมือนกับการปรากฏของระยะใหม่

คุณสมบัติที่สำคัญประการหนึ่งของระบบไมเซลลาร์คือความสามารถในการละลาย ซึ่งเพิ่มความสามารถในการละลายของไฮโดรคาร์บอนในสารละลายไมเซลลาร์ที่เป็นน้ำได้อย่างมีนัยสำคัญ หรือส่งผลให้ของเหลวมีขั้วในระบบไมเซลล์แบบย้อนกลับได้อย่างมีนัยสำคัญ

ข้าว. 4.1 - โครงสร้างที่เกิดขึ้นในสารละลายลดแรงตึงผิว.

1 – โมโนเมอร์, 2 – ไมเซลล์, 3 – ไมเซลล์ทรงกระบอก, 4 – ไมเซลล์ทรงกระบอกบรรจุหกเหลี่ยม, 5 – ไมเซลล์ลามินาร์, 6 – หยดน้ำบรรจุหกเหลี่ยมในระบบไมเซลลาร์แบบย้อนกลับ

อันเป็นผลมาจากการละลายจะเกิดระบบไอโซโทรปิกสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ที่เสถียรเรียกว่า ไมโครอิมัลชัน. ปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลต่อการละลาย (ลักษณะของเฟสสัมผัสและสารลดแรงตึงผิว การมีอยู่ของอิเล็กโทรไลต์ อุณหภูมิ) นำไปสู่ความจริงที่ว่าความสามารถในการละลายสูงสุดของสารในไมเซลล์ของสารลดแรงตึงผิวอาจแตกต่างกันไปในช่วงที่กว้างมาก ควรสังเกตว่าคุณสมบัติของสารในระหว่างการละลายเปลี่ยนแปลงอย่างมากซึ่งเป็นผลมาจากอัตราของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในระบบเหล่านี้ก็สามารถเปลี่ยนแปลงได้เช่นกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเร่งปฏิกิริยาไมเซลล์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเคมี ชีววิทยา การแพทย์ และกระบวนการทางเทคโนโลยีต่างๆ ตัวอย่างเช่น การเพิ่มปฏิกิริยาของสารมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการพอลิเมอไรเซชันของอิมัลชันและการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์

ไมโครอิมัลชันเป็นการกระจายตัวของไอโซโทรปิกที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของของเหลวที่ผสมเข้ากันไม่ได้สองชนิด เมื่อของเหลวดังกล่าวผสมกัน หยดหนึ่งในนั้นจะถูกกระจายไปยังอีกหยดหนึ่งซึ่งมีฟิล์มเคลือบระหว่างสารลดแรงตึงผิวและสารลดแรงตึงผิวร่วม ซึ่งเป็นแอลกอฮอล์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ซึ่งคงความเสถียรด้วยฟิล์มที่เคลือบไว้ ไมโครอิมัลชันเป็นระบบการกระจายตัวแบบไลโอฟิลิกและสามารถได้รับโดยการกระจายตัวของของเหลวที่ไม่สามารถผสมกันได้เองสองชนิดอันเป็นผลจากแรงตึงระหว่างผิวลดลงอย่างมาก หรือโดยการละลาย ความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของระบบไมโครอิมัลชันเกิดจากแรงตึงผิวที่ต่ำ ซึ่งสามารถมีค่าได้ 10–5 mJ m - 2 สำหรับสารลดแรงตึงผิวไอออนิกและ 10 - 4 mJ m - 2 สำหรับสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ ไมโครอิมัลชันอาจเป็นแบบโดยตรง - น้ำมันในน้ำ (o / w) - หรือย้อนกลับ - น้ำในน้ำมัน (w / m) ขึ้นอยู่กับเฟสใดที่กระจายตัวและแบบต่อเนื่อง คำว่า "น้ำมัน" หมายถึงของเหลวอินทรีย์ที่ไม่มีขั้ว ในทั้งสองกรณี ระยะการกระจายตัวประกอบด้วยหยดที่มีขนาดไม่เกิน 100 นาโนเมตร

ตามกฎแล้ว ไมโครอิมัลชันเป็นระบบหลายองค์ประกอบที่ประกอบด้วยโครงสร้างต่างๆ (ไมเซลล์แบบสองชั้น ทรงกระบอก และทรงกลม) ในกระบวนการไมเซลล์ไลเซชัน นอกเหนือจากเฟสไอโซโทรปิกไมเซลลาร์ของเหลวแล้ว ยังมีการสร้างเฟสไมเซลลาร์แบบแอนไอโซโทรปิกแบบออพติคัลอีกด้วย ตัวอย่างเช่น เฟสสเมกติกแบบชั้นและเฟสหกเหลี่ยมซึ่งประกอบด้วยมวลรวมรูปแท่งที่มีความยาวไม่สิ้นสุด นั่นคือ ไมโครอิมัลชันมีโครงสร้างจุลภาคภายใน ในกรณีที่ปริมาณน้ำและน้ำมันในระบบเทียบเคียงได้ อาจเกิดการก่อตัวของระบบต่อเนื่องสองทางได้

คุณสมบัติของไมโครอิมัลชันส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยขนาดและรูปร่างของอนุภาคของเฟสที่กระจายตัวตลอดจนคุณสมบัติทางรีโอโลยีของชั้นการดูดซับบนพื้นผิวที่เกิดจากสารลดแรงตึงผิว เนื่องจากไมโครอิมัลชันมีความคล่องตัวสูงและมีส่วนต่อประสานขนาดใหญ่ระหว่างเฟส จึงสามารถใช้เป็นตัวกลางสากลได้ รวมถึงการผลิตอนุภาคนาโนที่เป็นของแข็งด้วย

ในระบบไมโครอิมัลชัน อนุภาคของเฟสที่กระจัดกระจายจะชนกัน รวมตัวกันและสลายตัวอีกครั้งอย่างต่อเนื่อง ซึ่งนำไปสู่การแลกเปลี่ยนเนื้อหาอย่างต่อเนื่อง กระบวนการชนกันของหยดขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายของหยดในเฟสน้ำมัน (สำหรับระบบไมโครอิมัลชันแบบย้อนกลับ) ในขณะที่กระบวนการแลกเปลี่ยนถูกกำหนดโดยอันตรกิริยาของชั้นดูดซับของสารลดแรงตึงผิวและความยืดหยุ่นของพื้นผิวที่เชื่อมต่อกัน (กรณีหลังมีความสำคัญอย่างยิ่ง เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีในระบบดังกล่าว)

ข้าว. 4.2 - แผนผังของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในระบบไมโครอิมัลชันแบบย้อนกลับ

ระบบรีเวอร์สไมโครอิมัลชันมักใช้ในการผลิตอนุภาคนาโนที่เป็นของแข็ง เพื่อจุดประสงค์นี้ จะมีการผสมระบบไมโครอิมัลชัน w / m ที่เหมือนกันสองระบบ โดยเฟสที่เป็นน้ำประกอบด้วยสาร A และ B ซึ่งก่อตัวเป็นสารประกอบ C ที่ละลายได้น้อยในระหว่างปฏิกิริยาเคมี เมื่อหยดรวมตัวกันในพวกมัน สารประกอบ C ใหม่จะถูกสร้างขึ้นเป็น อันเป็นผลมาจากการเผาผลาญ (รูปที่ 4.2) ขนาดของอนุภาคของเฟสใหม่จะถูกจำกัดด้วยขนาดของหยดของเฟสขั้วโลก

อนุภาคนาโนของโลหะยังสามารถได้รับโดยการใส่สารรีดิวซ์ (เช่น ไฮโดรเจนหรือไฮดราซีน) ลงในไมโครอิมัลชันที่มีเกลือของโลหะ หรือโดยการส่งก๊าซ (เช่น CO หรือ H 2 S) ผ่านอิมัลชัน ด้วยวิธีนี้ (โดยการลดเกลือของโลหะที่เกี่ยวข้องหรือด้วยไฮดราซีน) อนุภาคโลหะที่กระจายตัวเดี่ยวของ Pt, Pd, Rh และ Ir (ที่มีขนาดอนุภาค 3-5 นาโนเมตร) ได้มาเป็นครั้งแรก วิธีการที่คล้ายกันนี้ใช้ในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนแพลตตินัม bimetallic และแพลเลเดียม

ปัจจุบัน ปฏิกิริยาการสะสมในระบบไมโครอิมัลชันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนของโลหะ เซมิคอนดักเตอร์ อนุภาค SiO 2 ที่กระจายตัวเดี่ยว และเซรามิกอุณหภูมิสูง

แม้ว่ากลไกการก่อตัวของอนุภาคนาโนจะยังไม่ได้รับการจัดตั้งขึ้นในที่สุด แต่ก็สามารถแยกแยะปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อการเกิดปฏิกิริยาได้ ประการแรก คืออัตราส่วนของเฟสที่เป็นน้ำและสารลดแรงตึงผิวในระบบ (W = /[สารลดแรงตึงผิว]) โครงสร้างและคุณสมบัติของเฟสที่เป็นน้ำที่ละลายได้ พฤติกรรมไดนามิกของไมโครอิมัลชัน และความเข้มข้นเฉลี่ยของสารตั้งต้นใน เฟสน้ำ ขนาดของหยดเฟสที่กระจายยังได้รับอิทธิพลจากธรรมชาติของสารลดแรงตึงผิว ซึ่งเป็นสารเพิ่มความคงตัวของระบบไมโครอิมัลชัน อย่างไรก็ตาม ในทุกกรณี ขนาดของอนุภาคนาโนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำปฏิกิริยาจะถูกควบคุมโดยขนาดของหยดของอิมัลชันเริ่มต้น ดังนั้น ขนาดของอนุภาคนาโน CdS จะเพิ่มขึ้นเกือบเป็นเส้นตรงด้วยอัตราส่วน W ที่เพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกัน ขนาดของอนุภาคที่ได้รับในระบบไมโครอิมัลชันแบบย้อนกลับที่ทำให้เสถียรโดยโซเดียมได (เอทิลเฮกซิล) ซัลโฟซัคซิเนต (สเปรย์ OT) จะมีขนาดเล็กกว่าใน ระบบทำให้เสถียรโดยสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ Triton X- 100 ( n-(เติร์ต-ออกทิล)ฟีนิลอีเทอร์ของโพลีเอทิลีนไกลคอลที่มี n = 10)

ระบบไมโครอิมัลชันยังใช้สำหรับการทำปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสอีกด้วย ตัวอย่างคือปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเตตร้าเอทอกซีไซเลนในระบบไมเซลล์แบบย้อนกลับที่ทำให้เสถียรโดย Aerosol OT

ศรี (เอ็ท) 4 + 2H 2 O ® SiO 2 + 4EtOH

การวิจัยส่วนใหญ่ในพื้นที่นี้เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทรงกลม ในเวลาเดียวกัน การได้รับอนุภาคที่ไม่สมมาตร (เส้นใย จาน ทรงรี) และการควบคุมรูปร่างที่แม่นยำถือเป็นความสนใจทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติอย่างมาก

สิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งคือการสังเคราะห์นาโนคอมโพสิตที่ประกอบด้วยอนุภาคของวัสดุหนึ่ง (ขนาดอนุภาค 50–100 นาโนเมตร) ที่เคลือบด้วยชั้นบาง ๆ ของวัสดุอื่น

การกู้คืนภาพถ่ายและรังสีเคมี

วิธีการนี้อาศัยการสร้างสารรีดิวซ์ที่ออกฤทธิ์สูง เช่น อิเล็กตรอน อนุมูล และอนุภาคที่ถูกกระตุ้น

สำหรับการลดแสงเคมีด้วยแสง (โฟโตไลซิส) โดยทั่วไปพลังงานที่น้อยกว่า 60 eV สำหรับการแผ่รังสี (เคมีรังสี) - 103-104 eV

คุณสมบัติของโฟโตไลซิสและเรดิโอไลซิส:

ความไม่สมดุลในการกระจายพลังงานของอนุภาค

เวลาลักษณะที่ทับซ้อนกันของกระบวนการทางกายภาพและเคมี

การกำหนดค่าสำหรับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของอนุภาคที่ใช้งานอยู่

กระบวนการหลายช่องทางและการไม่คงที่ของกระบวนการในระบบปฏิกิริยา

ข้อดีของโฟโตไลซิสและกัมมันตภาพรังสีเหนือการลดสารเคมี:

ความบริสุทธิ์สูงของอนุภาคนาโนที่เกิดขึ้น

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนในตัวกลางที่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิต่ำเป็นไปได้

โฟโตไลซิสในสารละลายมักใช้สำหรับการสังเคราะห์อนุภาคโลหะมีตระกูล

ปานกลาง - สารละลายเกลือในน้ำ แอลกอฮอล์ ตัวทำละลายอินทรีย์ ในนั้นอนุภาคกัมมันตภาพจะเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแสง

H 2 0 → hν e - (aq) + H + OH

เมื่อทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ อะตอมไฮโดรเจนและอนุมูลไฮดรอกซิลจะทำให้เกิดอนุมูลแอลกอฮอล์:

H(OH) + (CH 3) 2 CHOH → hν H 2 O(H 2) + (CH 3) 2 COH

อิเล็กตรอนที่ละลายแล้วจะทำปฏิกิริยากับไอออนเงินและลดลงจนกลายเป็นโลหะ

Ag + + (dendrimer)-СОО - → hν Ag 0

ที่จุดเริ่มต้นของโฟโตไลซิส แถบจะปรากฏในสเปกตรัมการดูดกลืนรังสียูวีที่ 277 และ 430 นาโนเมตร ซึ่งมีสาเหตุมาจากกระจุก Ag 4 + และอนุภาคนาโนเงินที่มีขนาด 2–3 นาโนเมตร เมื่อเวลาการฉายรังสีเพิ่มขึ้น ค่าสูงสุดของแถบดูดกลืนแสงจะแยกออกจากกัน ซึ่งบ่งชี้ถึงขนาดอนุภาคเฉลี่ยที่ลดลงและการเกิดขึ้นของกระบวนการรวมตัว (ความยาวคลื่นยาว)

การลดแสงของซิลเวอร์ไนเตรตเมื่อมีกรดโพลีคาร์บอกซิลิกทำให้สามารถพัฒนาวิธีการควบคุมรูปร่างและขนาดของอนุภาคได้ ได้อนุภาคเงินทรงกลมและรูปแท่ง

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนในระหว่างการแผ่รังสีประกอบด้วยการทำให้ระบบสัมผัสกับพลังงานสูงประมาณ 100 eV ในระหว่างการแผ่รังสี อิเลคตรอนอิสระและอนุมูลอิสระจะถูกสร้างขึ้นในระบบ ดังนั้นในสารละลายที่เป็นน้ำเมื่อถูกฉายรังสีอนุภาคไฮเดรตจะได้มาจากโมเลกุลของน้ำ - อิเล็กตรอนและอนุมูลของไฮโดรเจนและไฮดรอกซิล:

H 2 O hv →H 0 +H2O 0 +e

อิเล็กตรอนและอนุมูลทำปฏิกิริยากับวัสดุเริ่มต้นเพื่อสร้างอนุภาคนาโน เมื่อใช้ radiolysis จะได้นาโนคอมโพสิตที่ประกอบด้วยโลหะหลายชนิด ตัวอย่างเช่น ระบบนาโนนิกเกิล-เงินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2-4 นาโนเมตร อนุภาค Au-Ni ของ bimetallic ขนาด 2.5 นาโนเมตรสะสมอยู่บนคาร์บอนอสัณฐาน อนุภาคนาโน Pd-Au-Ag ของ trimetallic ประกอบด้วยแกนแพลเลเดียมและเปลือกทองคำและเงินสองเปลือก วัสดุนาโนคลัสเตอร์หลายชั้นที่เกิดขึ้นควรใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ femtosecond รุ่นใหม่

รังสีสำหรับการสังเคราะห์อนุภาคโลหะซึ่งเกิดขึ้นในสถานะของเหลว ส่งเสริมการสังเคราะห์อนุภาคที่กระจายตัวแคบมากขึ้น ในระหว่างการแผ่รังสี อะตอมและกระจุกโลหะขนาดเล็กจะก่อตัวขึ้นในขั้นแรก ซึ่งต่อมาจะกลายเป็นอนุภาคนาโน ระยะเริ่มต้นของการก่อตัวของพวกมันคือกลุ่มที่มีประจุ Ag 2 + , Ag 4 + .

ได้รับอนุภาคนาโนที่มีโลหะตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป ตัวอย่างเช่น การลดลงของเกลือ Na 2 PdCl 4 กับไฮโดรเจนโดยมีโซเดียมซิเตรตเป็นตัวทำให้คงตัว ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของอนุภาคแพลเลเดียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 นาโนเมตร การเติม K 2 Au(CN) 4 ลงในโซลของอนุภาคแพลเลเดียมในเมทานอลตามด้วยการฉายรังสี γ จะทำให้ไอออนทองคำลดลง ทองคำทั้งหมดสะสมอยู่บนอนุภาคแพลเลเดียม ก่อตัวเป็นชั้นนอก ชั้นเงินก็ถูกสะสมอยู่บนอนุภาคที่เกิดขึ้นเช่นกัน คลัสเตอร์หลายชั้นเหล่านี้เป็นที่สนใจสำหรับการศึกษากระบวนการทางอิเล็กทรอนิกส์แบบ femtosecond

การสังเคราะห์ไครโอเคมีคอล

กิจกรรมที่สูงของกระจุกโลหะขนาดเล็กในกรณีที่ไม่มีสารเพิ่มความคงตัวทำให้เกิดการรวมตัวโดยไม่มีพลังงานกระตุ้น อะตอมที่ทำงานอยู่จะถูกทำให้เสถียรที่อุณหภูมิต่ำ (77K) และอุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ (4-10K) โดยวิธีการแยกเมทริกซ์: ไอของอะตอมจะถูกควบแน่นด้วยอาร์กอนและซีนอนส่วนเกินนับพันเท่าบนพื้นผิวที่ถูกทำให้เย็นลงถึง 4-12K

ในการศึกษาตัวอย่างที่ได้จากวิธีการแยกเมทริกซ์ในกระบวนการให้ความร้อนปฏิกิริยาจะดำเนินการกับสารประกอบทางเคมี (โครงการ) ที่แนะนำเป็นพิเศษ M - โลหะ, X - สารประกอบเคมี (ลิแกนด์) นี่คือโครงร่างของปฏิกิริยาการแข่งขันแบบอนุกรม-ขนาน ทิศทางที่ 1 สะท้อนถึงกระบวนการรวมตัวและการก่อตัวของได- ไตรเมอร์ และอนุภาคนาโน ทิศทางที่ 2 - ปฏิกิริยาของอะตอมกับลิแกนด์และการผลิตเชิงซ้อนหรือสารประกอบออร์แกโนเมทัลลิกในภายหลัง

การก่อตัวของอนุภาคนาโนในกระบวนการแช่แข็งด้วยความเย็นจัดได้รับอิทธิพลจาก: อัตราที่อะตอมไปถึงพื้นผิวเย็น อัตราส่วนโลหะ-ลิแกนด์ อัตราการควบแน่น อัตราการสูญเสียพลังงานส่วนเกินโดยอะตอม ความดันไอ ฯลฯ

M → M M 2 → M M 3 → M M 4 → M ทิศทาง 1

↓ x ↓ x ↓ x ↓ x

MX → M M 2 X → M M 3 X → M M 4 X → M

↓x ↓x ↓x ↓x

MX 2 → ม M 2 X 2 → ม

ทิศทางที่ 2 สามารถรับอะตอมของโลหะได้โดยใช้ วิธีการต่างๆความร้อน:

ด้วยการให้ความร้อนโดยตรง อะตอมของธาตุอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธจะระเหยออกไป (โดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันต่ำ (5V) ที่มีกระแสไฟ 300A

โลหะนำไฟฟ้าสูง (Cu, Ag, Au) จะระเหยออกจากเซลล์ Knudsen ระหว่างการให้ความร้อนทั้งทางตรงและทางอ้อม

อนุภาคนาโนมีปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น วิธีหนึ่งในการรับและรักษาเสถียรภาพของอนุภาคนาโนคือการใช้เมทริกซ์ที่มีรูพรุนและช่องขนาดนาโน ซึ่งขนาดและเรขาคณิตสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้างด้วยวิธีนาโนเทคโนโลยี เมทริกซ์มีโซพอรัสดังกล่าวป้องกันการรวมตัวของอนุภาคนาโนและทำหน้าที่เป็นคอนเทนเนอร์นาโน มักใช้วัสดุอนินทรีย์ที่มีรูพรุนเป็นเมทริกซ์ - ซีโอไลต์ (อะลูมิโนซิลิเกต), ซิลิกาเจล, ไฮดรอกซีอะพาไทต์ โครงสร้างนาโนเกิดขึ้นจากการดูดซับไอของสารตั้งต้นในรูขุมขนของเมทริกซ์หรือ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีสารที่ถูกดูดซับในรูขุมขน ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้โพลีเอทิลีนเป็นเมทริกซ์ จะได้อนุภาคนาโนของโลหะในช่องว่างของเมทริกซ์ โครงสร้างนาโนของโลหะถูกสร้างขึ้นระหว่างการสลายตัวด้วยความร้อนของสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกที่ถูกดูดซับในโพลีเอทิลีนที่มีรูพรุน

ขนาดและรูปร่างของอนุภาคนาโนของโลหะขึ้นอยู่กับวิธีการเตรียม อัตราส่วนของอัตราการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของอนุภาค (อุณหภูมิ ธรรมชาติและความเข้มข้นของโลหะหรือลิแกนด์ ลักษณะของสารทำให้คงตัวและสารรีดิวซ์)

อนุภาคนาโนเงินในรูปแบบของทรงกลมและทรงกระบอกได้มาโดยการลดเกลือของเงินด้วยโฟโตเคมีเมื่อมีกรดโพลีอะคริลิกซึ่งให้คอมเพล็กซ์ด้วย Ag + โดยการฉายรังสีซึ่งได้อนุภาคนาโนขนาด 1-2 นาโนเมตร

ในที่ที่มีกรดดีคาร์บอกซีเลต นอกจากทรงกลมแล้ว ยังมีแท่งนาโนที่มีความยาวสูงสุด 80 นาโนเมตรก็เกิดขึ้นเช่นกัน กรดนี้จะช่วยลดประสิทธิภาพการรักษาเสถียรภาพของอนุภาคนาโนทรงกลมและเอื้อต่อการเติบโตของนาโนร็อด

ขนาดของอนุภาคโลหะที่เกิดขึ้นต่อหน้าโมเลกุลขนาดใหญ่นั้นขึ้นอยู่กับเงื่อนไขในการก่อตัวของเปลือกป้องกันโดยโพลีเมอร์ หากโพลีเมอร์ไม่ได้เป็นสารเพิ่มความเสถียรที่มีประสิทธิผลเพียงพอ การเติบโตของอนุภาคสามารถดำเนินต่อไปได้แม้ว่าจะจับกับโมเลกุลขนาดใหญ่แล้วก็ตาม โดยการเปลี่ยนธรรมชาติของโมโนเมอร์และพอลิเมอร์ที่สอดคล้องกันและความเข้มข้นของพอลิเมอร์ในสารละลาย ขนาดและรูปร่างของอนุภาคนาโนจะเปลี่ยนไป การใช้อัลตราซาวนด์ในอิเล็กโทรไลซิสของซิลเวอร์ไนเตรตเมื่อมี N(CH 2 COOH) 3 จะได้อนุภาคในรูปทรงกลม แท่ง และเดนไดรต์ รูปร่างขึ้นอยู่กับระยะเวลาของชีพจรอัลตราซาวนด์และความเข้มข้นของรีเอเจนต์ ทรงกลมมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 นาโนเมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งคือ 10–20 นาโนเมตร อนุภาคนาโนเหล็กในรูปทรงกลมและแท่งได้มาจากการสลายตัวทางความร้อนของเหล็กเพนตะคาร์บอนิลต่อหน้าสารเพิ่มความคงตัว ทรงกลมมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นาโนเมตรและมีรูปร่างไม่แน่นอน เมื่อกระจายตัวในสารละลาย พวกมันกลายเป็นแท่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นาโนเมตร และยาว 11 นาโนเมตร และมีโครงสร้างลูกบาศก์ bcc

นาโนซิลเวอร์. IUD ให้ผลลัพธ์ที่มีเสถียรภาพสูง ระบบกระจายตัวและมีส่วนร่วมโดยตรงในกระบวนการก่อตัว ควบคุมขนาดและรูปร่างของอนุภาคนาโนที่กำลังเติบโต

กรดอะคริลิกโพลีคาร์บอกซิลิกมีหมู่คาร์บอกซิเลทที่แตกตัวเป็นไอออนและมีปฏิกิริยากับไอออนเงิน จับพวกมันเป็นสารเชิงซ้อนที่แข็งแกร่ง (1)

คืนสภาพภายใต้การกระทำของแสงโดยตรงในคอมเพล็กซ์ (2)

กระจุกที่มีประจุขนาดเล็กและอนุภาคนาโนของโลหะที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องระหว่างการสังเคราะห์จะมีความเสถียร (3):

(1) R-COO - + Ag + → R-COO -● Ag +

(2) R-COO -● Ag + → hν R-COO -● + Ag +

(3) R-COO -● Ag + + Ag 0 → R-COO -● Ag + 2 → R-COO -● Ag 2+ 4 → hν R-COOAg + n

กระบวนการทั้งหมดของการก่อตัวของอนุภาคนาโนดำเนินไปโดยสัมผัสกับเมทริกซ์โพลีเมอร์

การจับกันของ Ag+ พอลิอะคริเลตแอนไอออน (PA) กับ М=450000 และ 1250000 ที่ระดับการแตกตัวเป็นไอออน α=1.0 เกิดขึ้นร่วมกัน (เมื่อปริมาณธาตุเงินในสารละลายเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของโซ่ที่ถูกเติมจนถึงระดับสูงสุดด้วยไอออน Ag+ จะเพิ่มขึ้น .

การฉายรังสีด้วยหลอดปรอทของสารละลายที่เป็นน้ำของ Ag+●PA ทำให้เกิดการลดแสงของไอออนบวกของ Ag+ ในกรณีนี้ กระจุก Ag 2 +8 จะเกิดขึ้นครั้งแรก (หากไม่มีแสง UV กระจุกจะคงตัวเป็นเวลาหลายสัปดาห์) การฉายรังสีเพิ่มเติมจะนำไปสู่การก่อตัวของ Ag2+14 และอนุภาคนาโนเงิน โซลูชันนี้ยังมีความเสถียรเป็นเวลาหลายสัปดาห์ อนุภาคเหล่านี้มีรูปร่างเป็นทรงกลมและมีขนาด 1-2 นาโนเมตรที่ M=450000 และขนาด 4-5 นาโนเมตรที่ M=1250000

ที่. การลดลงของแคตไอออน การเติบโตของอนุภาคจะเกิดขึ้นภายในขดลวดโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องปฏิกรณ์นาโนสำหรับการสังเคราะห์โฟโตเคมีคอลของอนุภาคนาโนทรงกลม

เมื่อ Ag+ ถูกพันธะด้วยโพลีอะคริเลตไอออนด้วย М=2000 จะไม่มีการทำงานร่วมกัน: เมื่อปริมาณ Ag เพิ่มขึ้น การเติมโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สม่ำเสมอจะมาพร้อมกับความเข้มข้นของ Ag+ ไอออนในสารละลายที่เพิ่มขึ้น โฟโตไลซิสยังนำไปสู่การก่อตัวของทั้งโซลและอนุภาคนาโน

รูปร่างของอนุภาคนาโนเงินถูกกำหนดโดยปริมาณของกลุ่มคาร์บอกซิเลทที่แตกตัวเป็นไอออนในโพลีเมอร์ สำหรับ γ< 0,7 происходит формирование стержневидных частиц.

ที่ γ=0.5 การรวมตัวของอนุภาคจะก่อตัวทันทีในรูปของแท่งนาโนที่มีความหนา 20–30 นาโนเมตรและยาวไม่เกินหลายไมโครเมตร

การลดลงของ AgNO 3 (6.10-4M) ด้วยโซเดียมโบโรไฮไดรด์ (1.2.10-3M) เมื่อมี PA ที่ถูกโฟโตเดคาร์บอกซีเลต γ=0.5 (1.2.10-3M) ทำให้เกิดโซลที่เสถียรโดยมีทรงกลม 6 นาโนเมตร เพื่อแปลงให้ยาวขึ้นด้วยการฉายรังสีด้วย 363<λ <555нм, т.е. в полосе их поглощения. Усиление диполь-дипольного взаимодействия между частицами и вызывает их фотоиндуцированную агрегацию.

ขนาด รูปร่าง และระดับของการกระจายตัวของอนุภาคนาโนเงินที่เกิดขึ้นระหว่างการลดแสงของไอออนสามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยน M ระดับของไอออไนซ์ และดีคาร์บอกซิเลชันของกรดโพลีคาร์บอกซิลิก

เครื่องปฏิกรณ์นาโน กิจกรรมที่สูงของกลุ่มโลหะและอนุภาคสัมพันธ์กับพันธะพื้นผิวที่ไม่มีการชดเชย กระบวนการหลายปัจจัย M+L ของปฏิกิริยาอนุกรม-ขนานที่แข่งขันกันซึ่งดำเนินการด้วยพลังงานกระตุ้น E=0 เกิดขึ้นในรูปแบบที่ถือได้ว่าเป็นเครื่องปฏิกรณ์นาโน สิ่งเหล่านี้เป็นระบบที่ไม่สมดุล ดังนั้น ยิ่งอนุภาคมีการเคลื่อนไหวมาก อุณหภูมิในการคงตัวของอนุภาคก็จะยิ่งต่ำลง อะตอมของโลหะส่วนใหญ่จะถูกทำให้เสถียรที่อุณหภูมิ 4-10 K ในเมทริกซ์เฉื่อยเมื่อเจือจาง เช่น ด้วยอาร์กอน 1,000 เท่า นี่คือวิธีการแยกเมทริกซ์ สาระสำคัญคือการสะสมของสารภายใต้สภาวะที่รบกวนปฏิกิริยา ดังนั้น ในสารเฉื่อยที่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิต่ำ เมทริกซ์จะป้องกันการแพร่และอนุภาคออกฤทธิ์จะถูกแช่แข็ง (เสถียร) ในตัวกลางที่ไม่สามารถทำปฏิกิริยากับพวกมันได้

จุดหลอมเหลว (เป็น K) สำหรับก๊าซเฉื่อย - เมทริกซ์

อะตอม เน อาร์ เครเซ

Р=1 เอทีเอ็ม 25 83 116 161

Р=10-3 มม.ปรอท ศิลปะ. 11 39 54 74

องค์ประกอบของกลุ่ม VIII: Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt การก่อตัวของคลัสเตอร์แพลเลเดียมที่มีเปลือกลิแกนด์ L-1,10-ฟีแนนโทรลีน และหมู่ OAc เกิดขึ้นในสองขั้นตอน:

Pd(OAc) 2 + L + H 2 → (1/n) n + AcOH,

N + O 2 +AcOH →Pd 561 L 60 (OAc) 180 + Pd(OAc) 2 + L + H 2 O

อนุภาคแพลเลเดียมที่เกิดขึ้นจะจัดอยู่ในประเภท "เวทมนตร์" 13, 55, 147, 309, 561, …..

ตัวเลขเหล่านี้สอดคล้องกับกระจุกทรงลูกบาศก์ที่เติมเต็มเต็ม กลไกการสังเคราะห์อนุภาคที่มีจำนวนอะตอมคงที่ยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างละเอียด

ฟูลเลอรีนได้มาจากวิธีการต่างๆ มากมาย โดยวิธีการอาร์ก การผลิตในเปลวไฟ การให้ความร้อนด้วยเลเซอร์ การระเหยของกราไฟท์โดยการแผ่รังสีแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์ และการสังเคราะห์ทางเคมีเป็นเรื่องปกติ

วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการรับฟูลเลอรีนคือ การพ่นด้วยความร้อนของอิเล็กโทรดกราไฟท์ในพลาสมาแบบปล่อยส่วนโค้งการเผาไหม้ในบรรยากาศฮีเลียม ส่วนโค้งไฟฟ้าจะถูกจุดประกายระหว่างขั้วไฟฟ้ากราไฟท์สองตัว ซึ่งขั้วบวกจะระเหยไป เขม่าสะสมอยู่บนผนังของเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งมีฟูลเลอรีนตั้งแต่ 1 ถึง 40% (ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตและเทคโนโลยี) สำหรับการสกัดฟูลเลอรีนจากเขม่าที่มีฟูลเลอรีน จะใช้การแยกและการทำให้บริสุทธิ์ การสกัดของเหลว และคอลัมน์โครมาโทกราฟี ผลผลิตไม่เกิน 10% ของน้ำหนักของเขม่ากราไฟท์ดั้งเดิมในขณะที่ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายอัตราส่วน C 60: C 70 คือ 90: 10 จนถึงปัจจุบันวิธีนี้ได้รับฟูลเลอรีนทั้งหมดในตลาด ข้อเสียของวิธีนี้ ได้แก่ ความยากในการแยก การทำให้บริสุทธิ์ และการแยกฟูลเลอรีนต่างๆ ออกจากคาร์บอนแบล็ก ฟูลเลอรีนที่ได้ผลผลิตต่ำ และส่งผลให้ต้นทุนสูง

วิธีการสังเคราะห์ท่อนาโนที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ การปล่อยอาร์คด้วยไฟฟ้า การระเหยด้วยเลเซอร์ และการสะสมไอสารเคมี

โดยใช้ ปล่อยส่วนโค้งการระเหยด้วยความร้อนที่รุนแรงของกราไฟท์แอโนดเกิดขึ้น และเกิดการสะสมตัว (ประมาณ 90% ของมวลของแอโนด) ที่มีความยาวประมาณ 40 ไมโครเมตร จะเกิดขึ้นที่พื้นผิวส่วนปลายของแคโทด กลุ่มของท่อนาโนที่เกาะอยู่บนแคโทดสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ช่องว่างระหว่างคานเต็มไปด้วยส่วนผสมของอนุภาคนาโนที่ไม่เป็นระเบียบและท่อนาโนเดี่ยว ปริมาณของท่อนาโนในแหล่งสะสมคาร์บอนสามารถเข้าถึงได้มากถึง 60% และความยาวของท่อนาโนที่มีผนังชั้นเดียวที่ได้อาจมีขนาดได้ถึงหลายไมโครเมตรโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก (1-5 นาโนเมตร)

ข้อเสียของวิธีการนี้รวมถึงปัญหาทางเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการทำให้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์หลายขั้นตอนจากการรวมเขม่าและสิ่งสกปรกอื่น ๆ ผลผลิตของท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยวไม่เกิน 20-40% พารามิเตอร์ควบคุมจำนวนมาก (แรงดันไฟฟ้า ความแรงและความหนาแน่นกระแส อุณหภูมิพลาสมา ความดันรวมในระบบ คุณสมบัติและอัตราการไหลของก๊าซเฉื่อย ขนาดของห้องปฏิกิริยา ระยะเวลาการสังเคราะห์ การมีอยู่และรูปทรงของอุปกรณ์ทำความเย็น ธรรมชาติและความบริสุทธิ์ ของวัสดุอิเล็กโทรด อัตราส่วนของขนาดทางเรขาคณิต รวมถึงพารามิเตอร์อื่นๆ จำนวนหนึ่งที่ยากต่อการหาปริมาณ เช่น อัตราการทำความเย็นของไอคาร์บอน) ทำให้การควบคุมกระบวนการ การออกแบบฮาร์ดแวร์ของพืชสังเคราะห์มีความซับซ้อนอย่างมาก และป้องกัน การสืบพันธุ์ในระดับการใช้งานทางอุตสาหกรรม นอกจากนี้ยังรบกวนการสร้างแบบจำลองการสังเคราะห์ส่วนโค้งของท่อนาโนคาร์บอนอีกด้วย

ที่ การผ่าตัดด้วยเลเซอร์เป้าหมายของกราไฟท์จะถูกระเหยในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง ตามด้วยการควบแน่น โดยให้ผลผลิตสูงถึง 70% ด้วยวิธีนี้ จะมีการผลิตท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางควบคุมเป็นส่วนใหญ่ แม้ว่าวัสดุที่ได้จะมีราคาสูง แต่เทคโนโลยีการระเหยด้วยเลเซอร์ก็สามารถปรับขนาดได้จนถึงระดับอุตสาหกรรม ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องคำนึงถึงวิธีลดความเสี่ยงที่ท่อนาโนจะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของพื้นที่ทำงาน อย่างหลังนี้เป็นไปได้ด้วยกระบวนการอัตโนมัติเต็มรูปแบบและการยกเว้นการใช้แรงงานคนในขั้นตอนการบรรจุผลิตภัณฑ์

การสะสมไอสารเคมีเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่มีชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาของอนุภาคโลหะ (ส่วนใหญ่มักเป็นนิกเกิล โคบอลต์ เหล็ก หรือของผสม) เพื่อเริ่มต้นการเติบโตของท่อนาโน ก๊าซสองประเภทจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์: ก๊าซที่ใช้ในกระบวนการผลิต (เช่น แอมโมเนีย ไนโตรเจน ไฮโดรเจน) และก๊าซที่มีคาร์บอน (อะเซทิลีน เอทิลีน เอทานอล มีเทน) ท่อนาโนเริ่มเติบโตบนอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นโลหะ วิธีนี้เป็นวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดในระดับอุตสาหกรรมเนื่องจากมีต้นทุนที่ต่ำกว่า ความเรียบง่ายที่สัมพันธ์กัน และสามารถควบคุมการเติบโตของท่อนาโนได้โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา

การวิเคราะห์โดยละเอียดของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการสะสมไอสารเคมีพบว่ามีอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนอย่างน้อย 15 ชนิด ซึ่งรวมถึงสารประกอบโพลีไซคลิกคาร์บอนที่เป็นพิษ 4 ชนิดที่ถูกตรวจพบ โพลีไซคลิกเบนซาไพรีนซึ่งเป็นสารก่อมะเร็งที่รู้จักกันดีได้รับการยอมรับว่าเป็นอันตรายที่สุดในองค์ประกอบของผลพลอยได้จากการผลิต สิ่งเจือปนอื่นๆ ที่เป็นภัยคุกคามต่อชั้นโอโซนของโลก

บริษัทรัสเซียหลายแห่งได้เริ่มผลิตท่อนาโนคาร์บอนแล้ว ดังนั้น ศูนย์วิทยาศาสตร์และเทคนิค "GraNaT" (ภูมิภาคมอสโก) จึงมีโรงงานนำร่องที่พัฒนาโดยกองกำลังของตัวเองสำหรับการสังเคราะห์วัสดุนาโนคาร์บอนโดยการตกตะกอนทางเคมีด้วยความจุสูงถึง 200 กรัมต่อชั่วโมง JSC "โรงงาน Tambov" Komsomolets "ตั้งชื่อตาม ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2548 N. S. Artemova ได้พัฒนาการผลิตวัสดุนาโนคาร์บอน Taunit ซึ่งเป็นท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลายชั้น ซึ่งได้มาจากการสะสมไอสารเคมีบนตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ กำลังการผลิตรวมของเครื่องปฏิกรณ์สำหรับการผลิตท่อนาโนคาร์บอนของผู้ผลิตในรัสเซียเกิน 10 ตันต่อปี

ผงนาโนของโลหะและสารประกอบของมันเป็นวัสดุนาโนประเภทที่พบมากที่สุด ในขณะที่การผลิตมีการเติบโตทุกปี โดยทั่วไปวิธีการได้มาซึ่งผงนาโนสามารถแบ่งได้เป็น เคมี(การสังเคราะห์พลาสโมเคมี การสังเคราะห์ด้วยเลเซอร์ การสังเคราะห์ด้วยความร้อน การสังเคราะห์ที่อุณหภูมิสูงที่แพร่กระจายได้เอง (SHS) การสังเคราะห์เคมีกลศาสตร์ การสังเคราะห์เคมีไฟฟ้า การสะสมจากสารละลายในน้ำ การสังเคราะห์เคมีด้วยความเย็นจัด) และ ทางกายภาพ(การระเหยและการควบแน่นในก๊าซเฉื่อยหรือปฏิกิริยา การระเบิดทางไฟฟ้าของตัวนำ (EEW) การบดด้วยกลไก การบำบัดด้วยการระเบิด) สิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรมคือการสังเคราะห์เฟสก๊าซการสังเคราะห์พลาสมาเคมีการบดและการระเบิดของตัวนำไฟฟ้า

ที่ การสังเคราะห์เฟสก๊าซการระเหยของวัสดุแข็ง (โลหะ, โลหะผสม, เซมิคอนดักเตอร์) จะดำเนินการที่อุณหภูมิควบคุมในบรรยากาศของก๊าซต่าง ๆ (Ar, Xe, N 2 , He 2 , อากาศ) พร้อมกับการระบายความร้อนอย่างเข้มข้นของไอระเหยของสารที่เกิดขึ้น ทำให้เกิดเป็นผงโพลีดิสเพอร์ส (ขนาดอนุภาค 10-500 นาโนเมตร)

การระเหยของโลหะสามารถเกิดขึ้นได้จากถ้วยใส่ตัวอย่าง หรือโลหะเข้าสู่โซนการให้ความร้อนและการระเหยในรูปของเส้นลวด ผงโลหะ หรือในไอพ่นของเหลว บางครั้งโลหะก็ถูกพ่นด้วยลำแสงอาร์กอนไอออน พลังงานสามารถจัดหาได้โดยการทำความร้อนโดยตรง การส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายไฟ การปล่อยอาร์คไฟฟ้าในพลาสมา การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำด้วยกระแสความถี่สูงและปานกลาง การแผ่รังสีเลเซอร์ และการทำความร้อนด้วยลำอิเล็กตรอน การระเหยและการควบแน่นสามารถเกิดขึ้นได้ในสุญญากาศ ในก๊าซเฉื่อยที่อยู่นิ่ง ในการไหลของก๊าซ รวมถึงพลาสมาเจ็ทด้วย

ด้วยเทคโนโลยีนี้ทำให้ผลผลิตสูงถึงหลายสิบกิโลกรัมต่อชั่วโมง ด้วยวิธีนี้จะได้ออกไซด์ของโลหะ (MgO, Al 2 0 3, CuO), โลหะบางชนิด (Ni, Al, T1, Mo) และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว ข้อดีของวิธีนี้ ได้แก่ การใช้พลังงานต่ำ ความต่อเนื่อง ขั้นตอนเดียว และผลผลิตสูง ความบริสุทธิ์ของผงนาโนขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบตั้งต้นเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว การสังเคราะห์เฟสก๊าซจะดำเนินการในปริมาณปิดที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นความเสี่ยงที่อนุภาคนาโนจะเข้าไปในพื้นที่ทำงานอาจเกิดจากสถานการณ์ฉุกเฉินหรือผู้ปฏิบัติงานที่ไม่เป็นมืออาชีพเท่านั้น

การสังเคราะห์ทางเคมีของพลาสมาใช้เพื่อให้ได้ผงนาโนของไนไตรด์, คาร์ไบด์, โลหะออกไซด์, ส่วนผสมหลายองค์ประกอบที่มีขนาดอนุภาค 10-200 นาโนเมตร ในระหว่างการสังเคราะห์จะใช้อาร์กอน, ไฮโดรคาร์บอน, แอมโมเนียหรือพลาสมาไนโตรเจนที่อุณหภูมิต่ำ (10 5 K) ของการปล่อยประเภทต่างๆ (อาร์ค, แสงเรืองแสง, ความถี่สูงและไมโครเวฟ) ในพลาสมาสารทั้งหมดสลายตัวเป็นอะตอมด้วยการทำความเย็นอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้นสารที่เรียบง่ายและซับซ้อนจะเกิดขึ้นจากพวกมันองค์ประกอบโครงสร้างและสถานะซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราการทำความเย็นอย่างมาก

ข้อดีของวิธีนี้คือมีอัตราการก่อตัวและการควบแน่นของสารประกอบสูง และมีผลผลิตสูง ข้อเสียเปรียบหลักของการสังเคราะห์พลาสมาเคมีคือการกระจายตัวของอนุภาคในขนาดกว้าง (ตั้งแต่หลายหมื่นไปจนถึงหลายพันนาโนเมตร) และปริมาณสิ่งสกปรกในผงสูง ความจำเพาะของวิธีนี้ทำให้กระบวนการต้องดำเนินการในปริมาณปิด ดังนั้น หลังจากเย็นตัวลงแล้ว ผงนาโนสามารถเข้าสู่บรรยากาศของพื้นที่ทำงานได้ก็ต่อเมื่อไม่ได้แกะและขนส่งอย่างเหมาะสมเท่านั้น

จนถึงปัจจุบันในระดับกึ่งอุตสาหกรรมเท่านั้น ทางกายภาพวิธีการได้มาซึ่งผงนาโน เทคโนโลยีเหล่านี้เป็นเจ้าของโดยบริษัทผู้ผลิตส่วนเล็กๆ ที่ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร เยอรมนี รัสเซีย และยูเครน วิธีการทางกายภาพเพื่อให้ได้ผงนาโนจะขึ้นอยู่กับการระเหยของโลหะ โลหะผสม หรือออกไซด์ จากนั้นจึงเกิดการควบแน่นที่อุณหภูมิและบรรยากาศที่ควบคุม การเปลี่ยนเฟส "ไอ-ของเหลว-ของแข็ง" หรือ "ไอ-ของแข็ง" เกิดขึ้นในปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์หรือบนพื้นผิวหรือผนังที่มีการระบายความร้อน วัสดุตั้งต้นถูกระเหยโดยการให้ความร้อนอย่างเข้มข้น ไอระเหยจะถูกป้อนเข้าไปในพื้นที่ปฏิกิริยาด้วยความช่วยเหลือของก๊าซตัวพา ซึ่งจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว การทำความร้อนจะดำเนินการโดยใช้พลาสมา, การแผ่รังสีเลเซอร์, อาร์คไฟฟ้า, เตาต้านทาน, กระแสเหนี่ยวนำ ฯลฯ ขึ้นอยู่กับประเภทของวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์ผลลัพธ์ การระเหยและการควบแน่นจะดำเนินการในสุญญากาศในก๊าซเฉื่อยหรือการไหลของพลาสมา ขนาดและรูปร่างของอนุภาคขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของกระบวนการ องค์ประกอบของบรรยากาศ และความดันในพื้นที่ปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น ในบรรยากาศของฮีเลียม อนุภาคจะมีขนาดเล็กกว่าในบรรยากาศของก๊าซอาร์กอนที่หนักกว่า วิธีนี้ทำให้ได้ผง Ni, Mo, Fe, Ti, Al ที่มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 100 นาโนเมตร ข้อดี ข้อเสีย และอันตรายที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการตามวิธีการดังกล่าวจะกล่าวถึงด้านล่างโดยใช้ตัวอย่างวิธีระเบิดด้วยไฟฟ้าด้วยลวด

วิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายก็คือ การบดวัสดุด้วยกลไกที่ใช้ลูกบอล ดาวเคราะห์ แรงเหวี่ยง โรงสีแบบสั่น รวมถึงอุปกรณ์ไจโรสโคปิก ตัวลดทอน และซิโมโลเยอร์ LLC Tekhnika i Tekhnologiya Disintegratsii ผลิตผงละเอียดและผงนาโนโดยใช้โรงงานอุตสาหกรรมดาวเคราะห์ เทคโนโลยีนี้ช่วยให้บรรลุความสามารถในการผลิตตั้งแต่ 10 กก./ชม. ถึง 1 ตัน/ชม. โดยมีคุณลักษณะเด่นคือมีต้นทุนต่ำและมีความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์สูง มีการควบคุมคุณสมบัติของอนุภาค

โลหะ เซรามิก โพลีเมอร์ ออกไซด์ วัสดุที่เปราะจะถูกบดอัดด้วยเครื่องจักร ในขณะที่ระดับการบดจะขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุ ดังนั้นสำหรับออกไซด์ของทังสเตนและโมลิบดีนัมขนาดอนุภาคจะอยู่ที่ประมาณ 5 นาโนเมตรสำหรับเหล็ก - 10-20 นาโนเมตร ข้อดีของวิธีนี้คือการเตรียมผงนาโนของโลหะผสมอัลลอยด์ สารประกอบระหว่างโลหะ ซิลิไซด์ และวัสดุผสมที่มีการกระจายตัวเข้มข้น (ขนาดอนุภาค ~5–15 นาโนเมตร)

วิธีนี้ใช้งานง่ายช่วยให้คุณได้วัสดุในปริมาณมาก นอกจากนี้ยังสะดวกที่การติดตั้งและเทคโนโลยีที่ค่อนข้างง่ายเหมาะสำหรับวิธีการเจียรเชิงกลสามารถบดวัสดุต่าง ๆ และรับผงโลหะผสมได้ ข้อเสียได้แก่ การกระจายขนาดอนุภาคในวงกว้าง ตลอดจนการปนเปื้อนของผลิตภัณฑ์ด้วยวัสดุจากชิ้นส่วนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนของกลไก

ในบรรดาวิธีการทั้งหมดที่ระบุไว้ การใช้เครื่องบดเกี่ยวข้องกับการปล่อยวัสดุนาโนลงในท่อระบายน้ำหลังจากทำความสะอาดอุปกรณ์ที่ใช้ และในกรณีของการทำความสะอาดชิ้นส่วนของอุปกรณ์นี้ด้วยตนเอง บุคลากรจะต้องสัมผัสโดยตรงกับอนุภาคนาโน

• การระเหยด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการกำจัดสารออกจากพื้นผิวด้วยเลเซอร์พัลส์
• Attritors และ Simoloyers เป็นอุปกรณ์บดพลังงานสูงที่มีตัวเครื่องคงที่ (ถังที่มีตัวกวนที่ทำให้ลูกบอลเคลื่อนที่) Attritors มีการจัดเรียงกลองในแนวตั้ง simoloyers - แนวนอน การเจียรวัสดุที่จะบดด้วยลูกบด ต่างจากอุปกรณ์เจียรประเภทอื่นๆ ที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่ไม่ได้เกิดจากการกระแทก แต่ขึ้นอยู่กับกลไกการเสียดสี

วิธีการทางกายภาพ:
เครื่องกล: การเจียรด้วยวิธีต่างๆ
การสังเคราะห์ทางกล การผสมทางกล
กระบวนการระเหย (การควบแน่น) การเปลี่ยนเฟส
การสังเคราะห์เฟสก๊าซของผงนาโนด้วยการควบคุม
อุณหภูมิและบรรยากาศ วิธีการระเบิดด้วยไฟฟ้า
สายไฟ
วิธีการทางเคมีในการได้รับ:
การตกตะกอน วิธีโซลเจล การสลายตัวด้วยความร้อน หรือ
ไพโรไลซิส ปฏิกิริยาเคมีในเฟสก๊าซ เคมี
การรีดิวซ์, ไฮโดรไลซิส, การวางตำแหน่งด้วยไฟฟ้า, ภาพถ่ายและ
การนำรังสีกลับมาใช้ใหม่, ไครโอเคมีคอล
สังเคราะห์.
ทางชีวภาพ - วิธีการภายในเซลล์และนอกเซลล์
สังเคราะห์.
การจำแนกประเภทเป็นไปตามเงื่อนไขเพราะว่า ด้วยวิธีการจริงเพื่อให้ได้โครงสร้างนาโน
มีการใช้กระบวนการที่แตกต่างกัน กระบวนการทางเคมีที่มักใช้ร่วมกับ
ทางกายภาพและทางกล
3

กระบวนการรับวัตถุนาโน "จากบนลงล่าง" และ "จากล่างขึ้นบน"

"บนลงล่าง" (บนลงล่าง)
คือการลด
ขนาดของวัตถุจนถึงระดับนาโน
"จากล่างขึ้นบน" (จากล่างขึ้นบน)
คือการสร้างผลิตภัณฑ์
โดยการประกอบจากบุคคล
อะตอมหรือโมเลกุล และ
บล็อกอะตอมและโมเลกุลระดับประถมศึกษา โครงสร้าง
ชิ้นส่วนของเซลล์ชีวภาพและ
เป็นต้น
ข้าว. สองวิธีในการรับอนุภาคนาโน:
เหนือ - มากไปน้อย (ทางกายภาพ) ด้านล่าง -
จากน้อยไปมาก (เคมี)
(จากหนังสือของ G.B. Sergeev "นาโนเคมี")
4

ตัวอย่างวิธีการสังเคราะห์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย
อนุภาคนาโนและวัสดุนาโน:
1 - วิธีพลาสมาเคมี
2 - การระเบิดทางไฟฟ้าของตัวนำ
3 - วิธีการระเหยและการควบแน่น
4 - วิธีลอยเจ็ท
5 - วิธีปฏิกิริยาเฟสก๊าซ
6 - การสลายตัวของสารประกอบที่ไม่เสถียร
7 - วิธีการสังเคราะห์ด้วยความเย็นเคมี
8 - วิธีโซลเจล
9 - วิธีการสะสมจากสารละลาย
10 - การสังเคราะห์พลังน้ำและโซลโวเทอร์มอล
11 - การสังเคราะห์ที่อุณหภูมิสูงแพร่กระจายได้เอง
12 - การสังเคราะห์ทางกล
13 - วิธีอิเล็กโทรไลต์ 14
14 - วิธีไมโครอิมัลชัน
15 - การกู้คืนเฟสของเหลว
16 - การสังเคราะห์คลื่นกระแทก (หรือการระเบิด)
17 - โพรงอากาศ - อุทกพลศาสตร์, อัลตราโซนิก, วิธีการสั่นสะเทือน,
18 - วิธีการรับผงนาโนโดยการกระจายตัวของวัสดุจำนวนมากโดย
การเปลี่ยนแปลงเฟสในสถานะของแข็ง
19 - วิธีการสัมผัสกับรังสีต่างๆ
20 - เทคโนโลยีการฉีดพ่นแปลง
5

ผง
เทคโนโลยี
การบดอัดผง (วิธี Glater)
การเผาผนึกด้วยไฟฟ้า
การขึ้นรูปร้อน
เข้มข้น
พลาสติก
การเสียรูป
การกดเชิงมุมช่องเท่ากัน
การเปลี่ยนรูปบิด
การกำหนดสูตรของคอมโพสิตหลายชั้น
การตกผลึกแบบควบคุมจากสถานะสัณฐาน
เทคโนโลยีฟิล์มและการเคลือบ
6

วิธีการรับฟิล์มและสารเคลือบ

ความร้อน
การระเหย
ทางกายภาพ
การระเหยของปฏิกิริยาที่เปิดใช้งาน
การให้ความร้อนด้วยลำอิเล็กตรอน
การประมวลผลด้วยเลเซอร์ (การกัดเซาะด้วยเลเซอร์)
การสะสมของไอออน
การสปัตเตอร์อาร์คไอออน
การสปัตเตอร์แมกนีตรอน
การบำบัดด้วยลำแสงไอออน การฝัง
ปริมาณน้ำฝนจาก
เฟสแก๊ส
พลาสมามาด้วย
และ
กระบวนการ CDV ที่กระตุ้นด้วยพลาสมา
อิเล็กตรอนไซโคลตรอนเรโซแนนซ์
ความร้อน
การสลายตัว
เคมี
ก๊าซ
สารตั้งต้น
และ
ย่อ
7

การบด
การทำลายเอกสารเป็นตัวอย่างทั่วไปของเทคโนโลยีจากบนลงล่าง
การบดในโรงงาน เครื่องสลายตัว ผู้ฟอกสี และอื่นๆ
พืชที่กระจายตัวเกิดขึ้นเนื่องจากการบด, การแยก,
การตัด การขัดถู การเลื่อย การกระแทก หรือทั้งสองอย่างรวมกัน
การกระทำ เพื่อกระตุ้นให้เกิดการทำลายล้าง มักดำเนินการบดเข้า
สภาพอุณหภูมิต่ำ
ตามหลักการแล้ว การให้ประสิทธิภาพที่ยอมรับได้ แต่การเจียรไม่ได้เป็นเช่นนั้น
ส่งผลให้ได้แป้งที่ละเอียดมากเพราะมีขีดจำกัดอยู่บ้าง
การบดซึ่งสอดคล้องกับความสำเร็จของความสมดุลระหว่างกระบวนการ
การทำลายอนุภาคและการรวมตัวกัน แม้เมื่อบดวัสดุเปราะขนาด
อนุภาคที่เกิดขึ้นมักจะไม่น้อยกว่าประมาณ 100 นาโนเมตร อนุภาคประกอบด้วยผลึก
ขนาดไม่น้อยกว่า 10-20 นาโนเมตร ควรคำนึงถึงด้วยว่าในกระบวนการเจียร
มักมีการปนเปื้อนของผลิตภัณฑ์ด้วยวัสดุของลูกบอลและซับในและ
ออกซิเจนด้วย
8

วิธีการทางกายภาพในการรับอนุภาคนาโน

BaTiO3(5-25 นาโนเมตร) NP เหล็กโบไรด์
การกระจายตัวทางกล
ดำเนินการบนพื้นฐานของ:
ก) หลักการของดาวเคราะห์ (การหมุนของลูกบอล
ในปริมาณของสสาร)
b) หลักการสั่นสะเทือน (เนื่องจาก
การสั่นสะเทือนของร่างกายและการเคลื่อนไหวของลูกบอล)
สาระสำคัญ: การสัมผัสอย่างแรงกับสิ่งแปลกปลอม
หรือระหว่างอนุภาคเอง
สามารถทำการกระจายตัวได้
การระเบิดอัลตราโซนิก
สนามไฟฟ้าตามธรรมชาติ
9

วิธีการทางกายภาพในการรับอนุภาคนาโน

ระเบิดไฟฟ้า
เมื่อกระแสพัลส์ถูกส่งผ่านสายไฟที่ค่อนข้างบาง
ด้วยความหนาแน่น 104-106 A / mm2 จะเกิดการระเหยของโลหะแบบระเบิดด้วย
การควบแน่นของไอระเหยในรูปของอนุภาคที่มีการกระจายตัวต่างๆ ขึ้นอยู่กับ
จากสิ่งแวดล้อมอาจเกิดการก่อตัวของอนุภาคโลหะได้
(ตัวกลางเฉื่อย) หรือออกไซด์ (ไนไตรด์) ผง (ออกซิไดซ์หรือ
สภาพแวดล้อมที่มีไนโตรเจน) ขนาดอนุภาคและปริมาณงานกระบวนการที่ต้องการ
ถูกควบคุมโดยพารามิเตอร์ของวงจรคายประจุและเส้นผ่านศูนย์กลางของที่ใช้
ลวด. รูปร่างของอนุภาคนาโนมีลักษณะเป็นทรงกลมเป็นส่วนใหญ่
γ-δ-Al2O3 ผงนาโน
ที่ได้รับโดยวิธีการ
ระเบิดไฟฟ้า
10

วิธีการทางกายภาพในการรับอนุภาคนาโน

วิธี Levitation-jet (เทคนิคการระเหยของก๊าซไหล)
การระเหยของโลหะในการไหลของก๊าซเฉื่อย เช่น จากการระเหยอย่างต่อเนื่อง
เติมเชื้อเพลิงและให้ความร้อนด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง
หยดโลหะเหลว ด้วยอัตราการไหลของก๊าซที่เพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ย
ขนาดอนุภาคลดลงจาก 500 เหลือ 10 นาโนเมตร ในขณะที่การกระจายตัวของอนุภาคอยู่เหนือ
หดตัวขนาด
ได้รับแมงกานีส NPs ที่มีขนาดอนุภาค (รูปร่างขนมเปียกปูน) ตั้งแต่ 20 ถึง
300 นาโนเมตร พลวงที่มีโครงสร้างอสัณฐานและขนาดอนุภาคเฉลี่ย 20 นาโนเมตร และ
NP อื่น ๆ
11

วิธีการทางกายภาพในการรับอนุภาคนาโน

วิธีการควบแน่น
นี่เป็นหนึ่งในวิธีการหลักในการรับอนุภาคนาโนของโลหะ ตามกระบวนการ
เมื่อโลหะระเหยกลายเป็นกระแสก๊าซเฉื่อยตามมาด้วย
การควบแน่นในห้องเพาะเลี้ยงที่อุณหภูมิหนึ่ง ขั้นตอน:
1) นิวเคลียสที่เป็นเนื้อเดียวกันหรือต่างกันของเอ็มบริโอ
2) การระเหยของโลหะด้วยพลาสมาอุณหภูมิต่ำ, คานโมเลกุล
และการระเหยของก๊าซ การสปัตเตอร์แคโทด คลื่นกระแทก การระเบิดทางไฟฟ้า
การกระจายตัวด้วยเลเซอร์ด้วยไฟฟ้า เจ็ทความเร็วเหนือเสียง วิธีการทางกลต่างๆ
การกระจายตัว
3) ไอระเหยของสารถูกเจือจางด้วยก๊าซเฉื่อยที่มากเกินไป
มักใช้อาร์กอนหรือซีนอน ส่วนผสมของก๊าซและไอที่ได้จะถูกส่งไปยัง
พื้นผิวตัวอย่าง (สารตั้งต้น) เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำ (ปกติคือ 4-77
ถึง).
ปัจจุบันได้มีการปรับเปลี่ยนวิธีการควบแน่นเพื่อให้ได้มาซึ่ง
ผงนาโนเซรามิก เครื่องระเหยเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบท่อซึ่ง
สารตั้งต้นออร์แกโนเมทัลลิกผสมกับก๊าซเฉื่อยของตัวพาและ
สลายตัว ส่งผลให้เกิดกระแสกระจุกหรืออนุภาคนาโนอย่างต่อเนื่อง
จากเครื่องปฏิกรณ์ไปยังห้องทำงานและควบแน่นด้วยการหมุนแบบเย็น
ทรงกระบอก
สารตั้งต้น - สารเคมีส่วนประกอบเริ่มต้นหรือผู้เข้าร่วมของสารตัวกลาง
ปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สาร
12

วิธีทางกายภาพในการได้รับอนุภาคนาโน (วิธีการควบแน่น)

ขั้นตอนที่ 1 ของกระบวนการควบแน่น - ให้ความร้อนแก่สารและ
การสร้างการไหลของก๊าซ
ด่าน 2 - การเปลี่ยนเฟส
ด่าน 3 - การควบแน่นก่อนการก่อตัวของ NP
13

วิธีเอพิแทกซี
Epitaxy (epi + กรีก τάχις - ตำแหน่ง) - กระบวนการ
การเจริญเติบโตของชั้นผลึกเดี่ยวบาง ๆ (พื้นฐาน
โครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์) บนผลึกเดี่ยว
วัสดุพิมพ์ ชั้นบาง ๆ ที่กำลังเติบโตมักจะสืบทอดประเภทนี้
ตาข่ายคริสตัลพื้นผิว
การปลูกชั้นเยื่อบุผิวที่มีองค์ประกอบเดียวกันและ
โครงสร้าง - homoepitaxy, autoepitaxy
การปลูกชั้น epitaxis ขององค์ประกอบที่แตกต่างกันและ
โครงสร้าง - เฮเทอโรอีพิแทกซี กำหนดตามเงื่อนไข
การผันของโครงผลึกของชั้นที่สะสมและ
วัสดุพิมพ์
การก่อตัวของจุดควอนตัม
กลไกการเจริญเติบโตด้วยตนเองของความผอม
ชั้นบนพื้นผิวของผลึกเดี่ยว:
a - สองมิติ (ชั้น)
b - สามมิติ (เกาะ)
c - กลไกการเติบโตระดับกลาง (กลไก
Stranskoy และ Krastanov) (คาร์โปวิช ไอ.เอ. ควอนตัม
วิศวกรรม. จุดควอนตัมที่จัดเอง //
น้ำยาหล่อเย็น พ.ศ. 2544 ฉบับที่ 7 ส. 102-108)
14

วิธีการพิมพ์หิน
การพิมพ์หิน (จากภาษากรีก Lithos - หินและ grapho - ฉันเขียน) - วิธีที่เก่าแก่ที่สุด
การพิมพ์แบบเรียบซึ่งใช้แผ่นพิมพ์บนหิน (บนหินปูน)
อะตอมที่ไม่บริสุทธิ์จะถูกนำเข้าไปในเซมิคอนดักเตอร์ AlGaAs ในระหว่างการเจริญเติบโต
อิเล็กตรอนจากอะตอมเหล่านี้ไปที่เซมิคอนดักเตอร์ GaAs ซึ่งก็คือไปยังบริเวณนั้น
ด้วยพลังงานน้อยลง แต่ไม่ไกลจนเกินไปเพราะถูกดึงดูด
อะตอมเจือปนที่ถูกทิ้งร้างซึ่งได้รับประจุบวก
อิเล็กตรอนเกือบทั้งหมดมีความเข้มข้นที่เฮเทอโรอินเทอร์เฟซนั่นเอง
จากด้าน GaAs และก่อตัวเป็นก๊าซสองมิติ
มีการติดมาสก์จำนวนหนึ่ง (โฟโตมาสก์) ลงบนพื้นผิว AlGaAs โดยแต่ละมาสก์
ซึ่งมีลักษณะเป็นวงกลม ตามมาด้วยความลึก
การแกะสลักซึ่งจะลบเลเยอร์ AlGaAs ทั้งหมดและส่วนหนึ่งของเลเยอร์
GaAs‚ ส่งผลให้อิเล็กตรอนติดอยู่ในรูปแบบนั้น
กระบอกสูบ
จุดควอนตัมก่อตัวขึ้นใน
ก๊าซอิเล็กตรอนสองมิติที่ขอบเขต
เซมิคอนดักเตอร์สองตัว
15

วิธีการได้มาซึ่งวัสดุนาโนรวม

การบดอัดผง
อนุภาคนาโนที่ได้จากวิธีการควบแน่น
วางอยู่บนพื้นผิวจะถูกลบออกด้วยมีดโกนพิเศษและ
กำลังไปหานักสะสม หลังจากสูบก๊าซเฉื่อยออกมาในสุญญากาศแล้ว
เบื้องต้น (ภายใต้ความกดดันประมาณ 1 GPa) และ
การกดขั้นสุดท้าย (ภายใต้แรงกดดันสูงถึง 10 GPa)
ผงนาโนคริสตัลไลน์ ผลที่ได้คือจาน
มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5-15 และความหนา 0.2-3.0 มม. มีความหนาแน่น 70-90% ของ
วัสดุที่สอดคล้องกันทางทฤษฎี (มากถึง 97% สำหรับ
โลหะนาโนคริสตัลไลน์ และมากถึง 85% สำหรับนาโนเซรามิก)
โดยทั่วไปเพื่อให้ได้นาโนคริสตัลไลน์ที่มีขนาดกะทัดรัด
วัสดุโดยเฉพาะเซรามิกมีแนวโน้มที่ดี
กดตามด้วยการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง
ผงนาโน เมื่อนำวิธีนี้ไปใช้ก็จำเป็นต้องหลีกเลี่ยง
การทำให้เมล็ดหยาบในขั้นตอนการเผาตัวอย่างที่ถูกอัด นี้
เป็นไปได้ที่ความหนาแน่นของการบดอัดสูงเมื่อผ่านกระบวนการ
การเผาผนึกดำเนินไปอย่างรวดเร็วเพียงพอและค่อนข้างต่ำ
อุณหภูมิ.
16

วิธีการได้มาซึ่งวัสดุนาโนรวม

การเสียรูปพลาสติกอย่างรุนแรง
วิธีที่น่าสนใจมากในการสร้างขนาดกะทัดรัด
วัสดุที่มีเม็ดละเอียดพิเศษโดยมีขนาดเกรนเฉลี่ย 100
นาโนเมตรคือการเสียรูปพลาสติกอย่างรุนแรง ที่แกนกลาง
วิธีการรับวัสดุนาโนนี้คือการก่อตัวของ
เนื่องจากการเสียรูปขนาดใหญ่ของการกระจัดกระจายอย่างมากและ
โครงสร้างที่สับสนซึ่งยังคงคุณสมบัติที่หลงเหลืออยู่
สถานะอสัณฐานตกผลึกใหม่ เพื่อความสำเร็จ
การเสียรูปขนาดใหญ่ของวัสดุใช้วิธีการต่างๆ:
แรงบิดภายใต้แรงดันกึ่งอุทกสถิตช่องเท่ากัน
การกดเชิงมุม, การรีด, การปลอมทุกรอบ แก่นแท้ของพวกเขา
ประกอบด้วยพลาสติกชนิดเข้มข้นซ้ำ
การเปลี่ยนรูปเฉือนของวัสดุแปรรูป การใช้งาน
การเปลี่ยนรูปพลาสติกอย่างรุนแรงช่วยให้พร้อมด้วย
โดยการลดขนาดเมล็ดพืชเฉลี่ยให้ผลิตได้มาก
ตัวอย่างที่มีโครงสร้างวัสดุที่แทบไม่มีรูพรุน ซึ่งไม่มีเลย
สามารถทำได้โดยการบดอัดผงที่มีความหนาแน่นสูง
17

วิธีการได้มาซึ่งวัสดุนาโนรวม

วิธีการระเหยด้วยเลเซอร์ (การกัดเซาะของเลเซอร์)
กลไกของวิธีนี้มีดังนี้:
ชั้นผิวของโลหะในกระบวนการสัมผัสกับแสงเลเซอร์
การแผ่รังสีที่มีความหนาแน่นของพลังงานปานกลางจะถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิ
จุดเดือดสูง ทำให้เกิดฟองก๊าซไอน้ำ
เมื่อระเบิด พวกมันจะส่งอนุภาคของสถานะของเหลวไปยังคบเพลิงที่มีฤทธิ์กัดกร่อนของโลหะ
ตามการประมาณการทางทฤษฎีที่ทำไว้สำหรับสื่อที่ทำไม่ได้
มีข้อบกพร่องระดับจุลภาคตลอดจนสภาพแวดล้อมที่ไม่มีก๊าซในกระบวนการ
การกลายเป็นไอเชิงปริมาตรเป็นสิ่งจำเป็นที่ความหนาแน่น
กำลังไฟขนาดใหญ่ 108 W/cm2. ในสภาวะจริง กระบวนการวัดปริมาตร
การกลายเป็นไอเริ่มต้นที่ความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำกว่ามาก
ในกรณีนี้ อนุภาคที่โผล่ออกมาจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นปกติจนถึงพื้นผิว
เป้าหมายที่ถูกกักไว้โดยไอระเหยของวัสดุเป้าหมาย หากอยู่ระหว่างทางดังกล่าว
ลำแสงอนุภาคเพื่อวางตัวกลางดักจับ (ของเหลว, สารตั้งต้น,
เมทริกซ์โพลีเมอร์) - สามารถสร้างพื้นผิวที่มีได้
อนุภาคนาโนของวัสดุเป้าหมาย
18

วิธีการได้มาซึ่งวัสดุนาโนรวม

ควบคุมการตกผลึกของวัสดุอสัณฐาน
ตามวิธีนี้ โครงสร้างนาโนคริสตัลไลน์จะถูกสร้างขึ้น
โลหะผสมอสัณฐานโดยการตกผลึกในกระบวนการเผาผนึก
ผงอสัณฐานเช่นเดียวกับการกดร้อนหรืออุ่นหรือ
การอัดขึ้นรูป ขนาดของผลึกที่เกิดขึ้นภายในอสัณฐาน
วัสดุถูกควบคุมโดยอุณหภูมิของกระบวนการ วิธีการนี้มีแนวโน้มดี
สำหรับวัสดุเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ (แม่เหล็ก,
ทนความร้อน ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน ฯลฯ) และส่วนใหญ่
ฐานต่างๆ (เหล็ก, นิกเกิล, โคบอลต์, อลูมิเนียม) ข้อบกพร่อง
วิธีการคือการได้รับสถานะนาโนคริสตัลไลน์
ที่นี่มีโอกาสน้อยกว่าไมโครคริสตัลไลน์
19

วิธีการได้มาซึ่งวัสดุนาโนรวม

การสะสมบนพื้นผิว
การสะสมบนพื้นผิวที่เย็นหรือร้อน
ได้ฟิล์มและสารเคลือบเช่น ชั้นนาโนคริสตัลไลน์ต่อเนื่อง
วัสดุ. ในวิธีนี้ ตรงกันข้ามกับการสังเคราะห์เฟสก๊าซ การก่อตัว
อนุภาคนาโนเกิดขึ้นโดยตรงบนพื้นผิวของสารตั้งต้น และไม่เกิดในนั้น
ปริมาตรของก๊าซเฉื่อยใกล้ผนังระบายความร้อน ขอบคุณ
การก่อตัวของชั้นวัสดุนาโนคริสตัลไลน์ที่มีขนาดกะทัดรัด
ไม่จำเป็นต้องกด
การสะสมบนพื้นผิวอาจเกิดขึ้นได้จากไอ พลาสมา หรือ
สารละลายคอลลอยด์ ในระหว่างการสะสมของไอ โลหะจะระเหยเข้าไป
สุญญากาศ ในบรรยากาศที่มีออกซิเจนหรือไนโตรเจน และไอโลหะหรือ
สารประกอบที่เกิดขึ้น (ออกไซด์, ไนไตรด์) ควบแน่นอยู่
วัสดุพิมพ์ ขนาดของผลึกในฟิล์มสามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนแปลง
อัตราการระเหยและอุณหภูมิของสารตั้งต้น มักเป็นแบบนี้
ได้ฟิล์มโลหะนาโนคริสตัลไลน์ เมื่อฝากเงินจาก
พลาสมาเพื่อรักษาการปล่อยประจุไฟฟ้าซึ่งเป็นค่าเฉื่อย
แก๊ส.
20

วิธีการได้มาซึ่งวัสดุนาโนรวม

เทคโนโลยีฟิล์มแลงเมียร์-บลอเจ็ตต์
ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการผลิตฟิล์มโมโนและมัลติโมเลกุลโดย
การถ่ายโอนฟิล์ม Langmuir ไปยังพื้นผิวของสารตั้งต้นที่เป็นของแข็ง
(ชั้นเดียวของสารประกอบแอมฟิฟิลิก - สารลดแรงตึงผิวที่เกิดขึ้น
พื้นผิวของเหลว)
21

วิธีการได้มาซึ่งวัสดุนาโนรวม

เทคโนโลยีฟิล์มแลงเมียร์–บลอเจ็ตต์ (ต่อ)
ประเภท (X, Y, Z) ของโครงสร้างชั้นที่เกิดขึ้นเมื่อถ่ายโอนหลาย ๆ
ชั้นเดียวบนพื้นผิว (ชอบน้ำ (Y) หรือไม่ชอบน้ำ (X, Z))