Химические методы получения наноразмерных материалов. Методы получения наноразмерных частиц в полимерах

Лекция № 8.

Химические методы получения наноразмерных материалов.

Вернемся к схеме существующих методов получения наноразмерных частиц (Слайд 2). Постараемся, хотя бы кратко, познакомится с большинством из этих методов. Эта часть технологии получения НРЧ в настоящее время очень бурно развивается, и просто невозможно рассмотреть все существующие направления. Их очень много. Мы будем рассматривать в основном традиционные, уже сложившиеся и устоявшиеся направления химических методов.

5.1. Термическое разложение и восстановление.

Термолиз металлосодержащих прекурсоров – солей неорганических и органических кислот простых и комплексных катионов металлов – широко используется для получения НРЧ металлов и (или) оксидов в индивидуальном состоянии и в виде составных частей нанокомпозитов, в том числе и полимерсодержащих.

Термолиз веществ можно проводить в газовом, жидком (растворы, расплавы) и твердом состоянии. Термолиз в газовой фазе осуществляют в различных вариантах режима химического газофазного осаждения (Chemical Vapor Deposition, CVD – синтез).

При разложении в жидкой фазе обычно используют высокотемпературные растворители (например, парафины) либо суспензии распадающихся веществ в высокотемпературных жидких средах (в основном высокомолекулярные органические жидкости или расплавы полимеров).

Пиролиз в твердой фазе проводят как в вакууме, так и в атмосфере газов. Возможны и гетерогенные режимы превращения, когда в ходе разложения определяющую роль начинают играть процессы межфазного переноса.

Отсюда видно, что вариантов термолиза огромное множество. Мы с вами все их рассматривать, естественно не можем. Остановимся более подробно только на методе CVD-процесса. Хотя и здесь существует великое множество путей его проведения.

На следующем слайде 3 приведена принципиальная схема этого процесса. Термолиз проводят в потоке инертного газа-носителя с осаждением продуктов разложения на нагреваемую подложку. Механизм превращений при CVD – процессе очень сложен и им пока мало кто занимается. Пары металлосодержащего прекурсора, например металлоорганического соединения, переносятся газом-разбавителем (1) в реактор, стенки которого или весь объем нагреты до температуры пиролиза. Попадая в реактор, молекулы реагента претерпевают распад в объеме газопаровой фазы (7) либо, адсорбируясь на его стенках (2), или специальной подложке, разлагаются на их поверхности (3). Образующиеся в результате распада в объеме атомы или малоатомные кластеры металла, диффундируя, адсорбируются на поверхности (2) или агрегируют, формируя растущие зародыши металлосодержащей фазы (5). В результате поверхностной диффузии (4) атомов или кластеров происходит их агрегация и формирование металлической пленки. Это один из возможных путей процесса.

Кластеры-зародыши НРЧ, возникшие в парогазовой фазе, могут выводиться из реактора потоком газа-носителя (1¹), стабилизируясь в более холодной зоне