Химические методы синтеза наночастиц презентация

Содержание

Проблемы получения наночастиц Большая площадь поверхности: высокая поверхностная энергия Распределения: размер, состав, морфология, структура. Устойчивость: агломерация, рост размера

Слайд 1Химические методы синтеза наночастиц

Слайд 2Проблемы получения наночастиц
Большая площадь поверхности: высокая поверхностная энергия
Распределения: размер, состав, морфология,

структура.
Устойчивость: агломерация, рост размера

Слайд 3Принципы получения наночастиц
«Сверху вниз»
Уменьшение размера измельчением, травлением и т.д.
Размол в мельницах,

литография
Ухудшение структуры, дефекты
«Плохая» поверхность – неустойчивость системы
«Снизу вверх»
Синтез или сборка из атомов и молекул
Химические процессы
Разные подходы – один материал – разный результат

Слайд 4Разделение по признаку среды роста
Газовая фаза
Испарение, распыление, сжигание, разложение паров, пиролиз

и т.д.
Жидкая фаза
Обмен, разложение, полимеризация, кристаллизация и т.д.
Твердофазные процессы
Разложение твердых растворов, фотохимия и т.д.
Гибридные методы
Различные процессы на границе фаз.

Слайд 5Механизмы роста
 

Слайд 6Зародышеобразование
 

Слайд 7Зародышеобразование
 

Слайд 8Процессы в растворах («мягкая химия»)
Контролируемые условия
Определяющие факторы
Концентрация
Растворимость
Электростатические взаимодействия
Необходимость пассивации
Предотвращение коагуляции

Слайд 9Синтез в микрореакторах
Наноразмерное ограничение пространства
Ограничение количества вещества
Ограничение размера частиц
0D, 1D, 2D,

3D

Слайд 10Метод обратных мицелл
Обратные мицеллы - микрокапли (мицеллы) воды распределенные в другой

жидкости – подходящем органическом растворителе
Стабилизация – ПАВ
Столкновения мицелл – обмен содержимым
Два раствора с реагентами
Мицелла - нанореактор - наночастица

Слайд 11Поверхностно-активные вещества
Молекулы ПАВ (а), их ориентация на границе раздела фаз
(б) и

образование обратной мицеллы (в)

Зависимость поверхностного натяжения раствора ПАВ от
концентрации ПАВ и диаграмма состояния раствора ПАВ-вода

Схема образования мицелл при концентрации ПАВ выше
ККМ

Слайд 12Размеры мицелл
Размер меняется линейно с количеством воды, добавленной в систему при

постоянном количестве ПАВ

Параметр, определяющий размер мицелл, это отношение концентрации
воды к концентрации ПАВ R = [H2O]/[ПАВ].

Слайд 13Принцип метода
При столкновении мицеллы объединяют свое водное содержимое, и после этого

объединенная мицелла снова распадается на две мицеллы исходного раствора




!Стабилизатор наночастиц

Слайд 14Пористые материалы как реакторы
Микропористые – размер поры менее 2 нм
Мезопористые

– размер пор от 2 до 50 нм
Макропористые – размер пор более 50 нм

Слайд 15Пористые материалы
 
Структура пор в типичных цеолитах

Слайд 16Пористые материалы
Молекулярные сита
Размер пор от 1,5 до 40 нм
Основа –диоксид кремния

Слайд 17Пористые материалы
Анодированный алюминий

Слайд 18Пористые материалы
Пористый кремний
Пористые полупроводники

Слайд 19Пористые материалы

Слайд 20Синтез в микрореакторах
Синтез наночастиц – два условия:
Растворы прекурсоров должны смачивать гидрофильную

поверхность стенок пор.
Реакция образования наночастиц должна быть достаточно медленной, чтобы избежать блокирования пор на входе.

Слайд 21Синтез в микрореакторах
Пример – синтез квантовых точек PbS
Na2PbO2 + Na2S +

2H2O → PbS↓ + 4NaOH
(NH2)2CS + 2NaOH → (NH2)2CO + Na2S + H2O

Слайд 22Синтез в микрореакторах
Схема процесса получения нанонитей
Электронно-микроскопический снимок нанонитей железа, полученных в

пористом оксиде алюминия

Слайд 23Синтез наночастиц в растворах
Зарождение кристаллов во всем объеме
Т/Д и кинетические харктеристики
Широкие

распределения по размерам
Два типа процессов:
ПАВ-стабилизация
Координирующий растворитель

Слайд 24Сравнение методов

Слайд 25Сравнение методов

Слайд 26Метод горячего впрыска
В предварительно разогретый растворитель с необходимыми добавками впрыскивают холодный

раствор прекуросора

Реакции проводят в неводных средах и в атмосфере инертного газа, в связи с чувствительностью прекурсоров

Слайд 27Метод горячего впрыска
Стабилизация частиц
Регулятор процесса роста нанокристаллов

Зависимость концентрации кадмия в растворе

от времени протекания реакции образования сульфида кадмия в присутствии стабилизатора – олеиновой кислоты

Слайд 28Осаждение из водных растворов
Обычно промежуточные компоненты реакций
Разбавленные растворы – малое пересыщение,

быстрые реакции
Продукт – нанокристаллические порошки

Слайд 29Сольвотермальный синтез наночастиц
Высокая температура
Высокое давление
Наночастицы металлов, оксидов, халькогенидов, нитридов, фосфидов, гибридные

материалы и материалы с открытой структурой, например, цеолиты
Нанокристаллы веществ, клонных к аморфизации и неустойчивых к высоким температурам

Слайд 30Сольвотермальный синтез наночастиц
Синтез гидроксоапатита
(обычные методы - аморфный)

Слайд 31Сольвотермальный синтез наночастиц
Изменение химических свойств растворителя при высоких температурах
органические растворители, высокая

температура - восстановительные свойства
соли благородных металлов в таких средах восстанавливаются до наночастиц металлов
Сверхкритические жидкости - высокие температура и давление

Слайд 32Сольвотермальный синтез наночастиц
Сверхкритические жидкости - диэлектрическая проницаемость, плотность растворов, вязкость и

коэффициент диффузии
СКВ - разрушено более 70% водородных связей, поэтому ее химическая активность много выше
Реакции окисления водой и гидротермального синтеза многокомпонентных наноматериалов

Слайд 33Сольвотермальный синтез наночастиц
Нанокристаллы сложных оксидов
алюмоиттриевый гранат Al5Y3O12
673К и 30МПа
Al(NO3)3, (YNO3)3, щелочной

раствор - нанокристаллы граната, 20 - 70 нм
Зависимость размера от концентраций

Слайд 34Сонохимический синтез наночастиц
Применение ультразвука для синтеза частиц
Области сжатия и разрежения при

распространении звуковой волны
Периодические колебания частиц среды
Периодические изменения давления

Слайд 35Сонохимический синтез наночастиц
 

Слайд 36Сонохимический синтез наночастиц
Зависимость порога кавитации
от частоты ультразвука в
аэрированной воде (а)
и

дегазированной воде (б)

Рост и схлопывание пузырька в жидкости при воздействии на нее ультразвука.
Темные полосы – периоды сжатия (положительного
давления), светлые – периоды отрицательного давления

Слайд 37Сонохимический синтез наночастиц
Рост пузырька
Разность давлений – коллапс
Ударная волна в центре
5000…30000К, 5⋅107…108Па,

охлаждение 1010 К/с

Слайд 38Сонохимический синтез наночастиц
≈20 кГц
≈ 50 Вт/см2
Термостатирование
Контроль атмосферы
Обычно - процессы разложения, прежде

всего, металлорганических соединений в схлопывающихся пузырьках
Добавки – стабилизатор, твердые субстраты

Слайд 39Сонохимический синтез наночастиц
Разложение карбонилов и нитрозилов металлов в органических растворителях Fe(CO)5,

Co(CO)3NO
Обработка водных растворов комплексов металлов
H2O → H + OH
Ag[NH3]4+ + H = Ag +NH4+ + 3NH3
Дополнительно – стабилизатор, инертная среда

Слайд 40Микроволновой синтез наночастиц
Скорости нагрева среды до 1К/с

Слайд 41Микроволновой синтез наночастиц
Принцип нагрева – диэлектрические потери
Преимущества:
Нагрев во всем объеме
Быстрый нагрев
Чистота

метода – «посуда»
Быстрое охлаждение
Металлы – низкая мощность

Слайд 42Микроволновой синтез наночастиц

Слайд 43Золь-гель метод

Похожие презентации

Задачи на смеси и сплавы. Метод Пирсона 578
Применение жиров 503
Двойной электрический слой. Теория Гельмгольца 597
Такой разный песок 408
Свойства серной кислоты и солей 282
Материалы с малой плотностью 458

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика