Основні методи синтезу та стабілізації наносистем Частина 1 Лекція №3, 27.02.16

по розмірам. Чітка залежність функціональних характеристик від розміру.
Однорідність

складу.
Відтворюваність.

Уникнути:

Досягти:

Агрегації
Домішок (та сорбції на поверхні)
Широкого розподілу по розмірам
Зміни морфології наночасточок

Необхідного розміру
Однорідні наночасточки контрольованої форми
Необхідного складу та будови
Відтворюваності синтезу

метод;
Сольвотермальний.

накопичення та взаємодія точкових та лінійних дефектів.
Диспергування речовин на блоки.
Утворення

проміжних, метастабільних станів при контактів фаз; хімічна гомогенізація.
Релаксація до рівноважного стану.

метастабільних дефектів
агрегація
Зростає температура в зоні удару
Домішка нерівноважних фаз
Рекристалізація речовини
Механосинтез:

недоліки

500-1000 атм.
Локальна електризація
Подвійний електричний шар
Подвійний електричний шар
Ультразвукове диспергування

широкий розкид по розмірам
В.Ю. Долматов /Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза:свойства и

применение//Успехи химии (7) 2001 с.687 - 703

Синтез наноалмазів:
P>10 ГПа , Т>3000К, з органічних сполук CH4 = C + 2H2

Камера
вибуху

Інертний
газ

циклон

Збірник

Суспензія первинної суміші

Суха первинна суміш

Магнітна сепарація

Фільтрування

провідного матеріалу;

Провідник, що вибухає під дією струму

полум'ї;
- Лазерне випаровування;
Аерозольна конденсація;
кріоконденсація

-співосадження;
Золь-гель метод;
Сольвотермальний синтез;
Заміна розчинника;
Мікрохвильовий;
Швидкий термічний розклад;
кріохімічний метод;
-обернені

міцели;
в плівках Ленгмюрра – Блоджет;
Синтез в рідких кристалах;
Самозбірні шари.

осадження
(Chemical Vapor Decomposition)
Розклад на поверхні

– поток газу-носія, 2 – джерело вихідних речовин, 3 –

клапани регулювання, 4 – робоча камера, 6 – цилиндр охолодження, 7 – коллектор

реакція

Нуклеація та ріст
наночасточок

агломерація

вакууму та дорого обладнання
метод молекулярних пучків; для одержання шарів повщиною до

10 нм;

підкладка

Молекулярні
пучки

Джерела з
нагрівачами

полум'ї;
- Лазерне випаровування;
Аерозольна конденсація;
кріоконденсація

- співосадження;
Золь-гель метод;
Сольвотермальний синтез;
Заміна розчинника;
Мікрохвильовий;
Швидкий термічний розклад;
кріохімічний

метод;

-обернені міцели;
в плівках Ленгмюрра – Блоджет;
Синтез в рідких кристалах;
Самозбірні шари.

широкий діапазон розмірів, включення домішок.
Розчин А
Nb2O5 + HF
Розчин B
Mg(NO3)2
pH =

12

1000C 12 год

7500С
12 год

морфології та дисперсності залежно від варіювання температури, концентрації розчину, часу

обробки.

ZnO, отриманий гідротермальним методом при різних C(Zn(NO3)2)

C(Zn(NO3)2) = 0,005M

C(Zn(NO3)2) = 0,04M

C(Zn(NO3)2) = 0,05M

упаковка
Кристали ПАР
Обернена гексагональна упаковка
Обернена кубічна упаковка
Ламелярна структура
Обернені циліндричні
міцели
Обернені
сферичні

міцели

масло

Неупорядковане середовище

об'ємі, розмір якого не перевищує 100 нм хоча б в

одному напрямі і обмежений фізично розмірами елементів впорядкованої системи.

Нанореактор

Функція нанореакторів

Попередження злиття та росту наночасточок при синтезі, контроль розміру продукту

Класифікація

За розмірністю утворених пор виділяють: нуль -, одно - та двомірні нанореактори

кристал ПАР
Композит з SiO2
введення SiO2
Відпал
у O2
Характеристики:
- контрольований розмір пор

(1-100 нм),
- однорідність розподілу пор за розміром;
- упорядкованість пор,
- синтез анізотропних систем,
- ізольованість каналів-пор,
- вирішення проблеми агрегації та хімічної ізоляції наночасточок.

порами чи каналами
Мm/n[(AlO2)x(SiO2)y]×zH2O

наноалотропи
Детонаційний

наноалмаз
Електровзривний,
плазмохімичний,
лазерна абляція, механосинтез, кріохімія



Метали, сплави
Методы синтеза
Тип
Вибір та оптимізація методу синтезу:

фізико-хімією взаємодій, за зміною розміру та енергетики;
за зміною розмірів

часточок виділяють диспергаційний (top-down) та конденсаційні (bottom-up) підходи.
При виборі методів синтезу враховують методи стабілізації часточок, середовище (в міцелах, нанореакторах, в газовій суміші), можливість впливу домішок.
Для певного класу наносистем е специфічні методи одержання. Наприклад, для наноалмазів – детонаційний

of Nanoparticles in Solution// Handbook of Metal Physics, Volume 5,

2008, Pages 113–141.
Н.А. Шабанова, В.В. Попов, П.Б. Саркисов. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М.: Академкнига – 2006 - 309с.
Методы получения наноразмерных материалов. Учеб. Пособие. – Екатеринбург – 2007.
Ю.Д. Третьяков, А.В. Лукашин, А.А. Елисеев. Синтез функциональных нанокомпозитов на основе твердофазных нанореакторов – Успехи химии - 73 (9) – 2004 – с. 974-996.
А.А. Ремпель Нанотехнологии, свойства и применение наноструктурированных материалов. Успехи химии - 76(5) – 2007 – с. 474–500.