АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Основы гидротермального синтеза нанодисперсных систем. Сольвотермальный, комбинированный гидротермально-электрохимический и гидротермально-электрохимический синтез.

Гидротермальный синтез. Это наиболее эффективный современный метод получения неорганических дисперсных частиц. Он заключается в проведении химических реакций в водных растворах при давлении р > 1 атм и температуре выше 100 °С. В гидротермальных условиях, т. е. при повышенных значениях давления и температуры, в воде растворяется большинство неорганических соединений, в том числе силикаты, сульфиды, фосфаты, оксиды. Наряду с водой растворителем могут быть водные растворы кислот, оснований и солей. Принцип гидротермального синтеза заключается в нагревании смеси исходных компонентов (А и В) до температуры, необходимой для их растворения.

После этого они реагируют друг с другом с образованием нового соединения С: А + В → С. Гидротермальный синтез используют для получения оксидов, сульфатов, ферритов и других неорганических веществ. Размеры дисперсных частиц могут изменяться в очень широких пределах, вплоть до наноуровня. Варьирование температуры и давления гидротермального раствора, рН и некоторых других факторов позволяет получать частицы требуемой дисперсности (т.е. заданного размера). Для получения органических дисперсных частиц используют аналогичный метод, но вместо воды применяют органические растворители при повышенных значениях температуры и. В случае органических веществ этот метод называют сольво-термалъным синтезом. Возможности гидротермального синтеза существенно расширяет создание микроволновых колебаний. Комбинированный гидротермально-микроволновой метод обеспечивает высокую скорость нагрева, скорость реакции можно повысить на несколько порядков. Благодаря этим преимуществам гидротермально-микроволновой синтез применяют для получения дисперсных частиц керамических оксидов (в том числе используемых при получении материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью) и ферритов. Другой комбинированный вариант представляет гидротермально-электрохимический синтез, при котором происходит электролиз металла в растворе щелочи. Этот метод весьма эффективен для получения тонких пленок солей. Важное направление гидротермального синтеза — получение нанотрубок. Например, метод был использован для получения нанотрубок диоксида титана диаметром около 8 нм длиной 100 нм из порошков рутила и анатаза в растворе NaOH при температуре 110°С.

8)Синтез дисперсных частиц в микро- и нанореакторах. Микроэмульсии, мицеллярные системы (темплантный синтез, использование дендримеров), высокопористые тела.

Синтез дисперсных частиц в микрореакторах.Для многих тех-ких процессов(например,в микроэлектронике) важно,чтобы диспер. частицы имели узкое распределение по размерам,т.е. в пределе были бы монодисперсными.Для решения этой задачи хим.синтез проводят в огран-ном объёме-в условиях микрореактора.Микрореакторы,размер которых составляет несколько нанометров,наз-ют нанореакторами. Основные типы применяемых нанореакторов представляют дисперсные системы:микроэмульсии;мицееллярные системы;высокопористые тела(например,цеолиты). Микроэмульсии- это жидкие прозрачные тонкодисперсные термодинамически устойчивые системы.Они бывают прямые и обратные.В прямых диспер.фаза представлена микрокаплями масла,в обратных-микрокаплями воды.Размер капель воды в завис-ти от условий получения микроэмульсии и природы стабилизатора,в кач-ве которого используют различные ПАВ,может измен-ся в широких пределах-от 1-3 до 100 нм.Микрокаплю в данном случае можно рассматривать как микрореактор,в котором образуется новая фаза.Размер образующейся частицы ограничен размером микрокапли,а форма частицы повторяет форму капли.Таким способом были получены не только сфер-кие,но и нитевидные наночастицы Ме,оксидов Ме,труднораст-мых солей.

Метод получения ультрадисперсных частиц в мицеллярных системах наз-ют также темплатным синтезом (англ.temple-шаблон,форма). 1-ое достоинство: в завис-ти от конц. р-ра ПАВ мицеллы имеют разную форму:сфер-кую(при низких конц.),цилиндр-кую(при высоких конц.)Благодаря этому темплатный синтез позволяет получать частицы разной размерности:3-хмерные частицы в сфер-ких мицеллах,одномерные частицы (нановолокна); 2-ое достоинство: после завершения синтеза достаточно просто очистить частицы от 1 формы-от ПАВ.Так,например наночастицы крист-го висмута размером менее 10 нм были получены восстановлением раст-ных в воде солей висмута внутри обращённых мицелл на основе бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия.

Дендримеры -это сильно разветвлённые макромолекулы,включающие центральное ядро,промежуточные повтор-щиеся ед-цы и концевые функциональные группы. Дендримеры представляют новый тип макромолекул,сочетающих высокие молек.массы и низкую вязкость р-ров с наличием объёмной формы и пространственной структуры.Дендримеры применяются в кач-ве матриц для синтеза наночастиц.Их размеры измен-ся от 2 до 15 нм,и они яв-ся естественными нанореакторами.Дендримеры с большим числом звеньев образуют сфер-кие 3-хмерные структуры.Концевые группы дендримеров можно модифицировать гидроксильными,карбоксильными или углеродными группами.Возможный механизм образования ионов Ag⁺ в присутствии дендримеров с концевыми амино- и карбоксилатными группами фотохимическим восстановлением приведён ниже:

Ag⁺+[дендример]-COO^- Ag⁰+[дендример]-COO^. [дендример]^.+CO₂

Ag⁺+[дендример]-NH₂ Ag⁰+[дендример]-NH₂^+.

Дендримеры широко используются для получения разных биметаллических наночастиц.При этом если дендример перед процессом вос-ния,обычно борогидридом натрия,две соли металлов вводятся одновременно,то синтез-ся сплав металлов.При послед.введении солей возможно получение различного рода наночастиц типа ядро-оболочка.

Синтез наночастиц в нанопорах также применяют достаточно широко благодаря возможности получения частиц очень малых размеров и узкому распределению пор по размерам.С помощью этого метода синтезированы,например,наночастицы золота размером около 2 нм в порах цеолита.Для получения наночастиц в цеолитах используются 2 метода.В 1-ом методе проводится адсорбция паров металлов в порах цеолита.Во 2-ом-в поры цеолитов вводятся химические реагенты.Т.о.,моно получать нановолокна размером в диаметре 3 нм и длиною,превышающей поперечный размер в 100 раз.

9) Оптические методы исследования дисперсных систем. Уравнение Рэлея. Ультрамикроскопия. В наст время оптические методы явл-ся наиболее распространенными методами определения размера, формы и структуры коллоидных частиц. Это объясняется не только быстротой и удобством этих методов, но и точностью получаемых рез-тов. Грубые дисперсные системы (суспензии, эмульсии, пены, пыли) обычно исследуют с помощью светового микроскопа. К наиболее часто применяющимся методам исследования высокодисперсных коллоидных систем относятся ультрамикроскопия, нефелометрия и турбидиметрия. Ультрамикроскопия явилась одним из первых оптических методов исследования коллоидных систем. Зидентопф и Зигмонди предложили прибор- ультрамикроскоп, который был использован для исследования лиозолей. Теория показывает, что разрешающая способность микроскопа, т.е.то наименьшее расстояние, при котором две точки можно ещё видеть отдельно друг от друга, сост-т около половины длины световой волны. Т.о.,при использовании обычного света(длина волны 400-700нм) в наилучший микроскоп видимы частицы, размер которых сост-т не менее 0,2 мкм. При использовании УФ света с помощью фотосъёмки можно получить изображение более мелких частиц, но с диаметром все же не меньшим 0,1 мкм. Ультрамикроскоп позволяет констатировать присутствие коллоидных частиц, подсчитывать и наблюдать их движение. Принцип, на котором основан ультрамикроскоп, закл-ся в том, что на коллоидную систему сбоку направляют сильный луч света и с помощью обычного микроскопа наблюдают свет, рассеянный отдельными частицами. По сущ-ву, принцип ультрамикроскопа сводится к наблюдению под микроскопом конуса Тиндаля. С помощью у-микроскопа можно наблюдать в мет.золях частицы размером не меньше 0,002-0,005 мкм. В немет.золях, из-за меньшей разности в коэффициентах преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды, с помощью ультрамикроскопа можно видеть частицы с диаметром не меньше 0,2 мкм. Наконец для золей с орг.дисперсной фазой этот предел должен быть ещё выше.

Ур-е Рэлея - основа оптических методов исследования коллоидных растворов по светорассеянию. Выражение для интенсивности неполяризованного света, рассеянного во всех направлениях:

I=I₀*24π³νV²/λ⁴*((n₁²-n₀²)/(n₁²+2n₀²))²

Интенсивность светорассеяния – это ф-ция показателей преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды, длины волны, объёма частицы, поскольку поляризация- объёмное св-во, а также от частичной или массовой конц-ции и от интенсивности падающего света. Зависимость I от различных параметров коллоидной системы:1) величина I сильно возрастает с увеличением n₁-n₀.2) при пост массовой конц-ции частиц с=νVd величина I пропорц-на V и кубу линейного размера частицы.3) интенсивность обратно пропорциональна λ⁴.4) интенсивность пропорц-на ν или c_d=ν/N.

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 1919 | Нарушение авторских прав