Наноструктуры металлов и металл-полимерных композитов, полученные методом электрогидродинамического диспергирования

• Автор: Горохов, Максим Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Электродиспергирование металла с плавлением его поверхности потоком электронов
1.1 Методы генерации металлических капель (обзор)
1.2 Описание экспериментальной установки
1.3 Плавление металлического анода
1.4 Диспергирование металлического анода 20 ■ 1.5 Стабильность процесса диспергирования металлического анода
1.6 Движение микрокапель, эмитируемых с вершины анода
2 Электродиспергирование металлических капель потоком электронов
2.1 Физические основы электродиспергирования капель металлического расплава
2.2 Заряжение металлических капель в потоке моноэнергетических электронов до неустойчивого состояния
2.3 Заряжение металлических капель в потоке электронов,
. ускоряемых электрическим полем
2.4 Заряжение металлических капель в потоке электронов
с максвелловским распределением по энергии
3 Наноструктуры металлов, формируемые методом электродиспергирования
3.1 Блок заряжения и деления микрокапель
3.2 Установка электродиспергирования металлов
3.3 Экспериментальные результаты
4 Электрогидродинамическое распыление жидких дисперсий для формирования металл-полимерных нанокомпозитов
4.1 Метод формирования металл-полимерных композитов
4.2 Структурные свойства металл-полимерных композитов
4.3 Электрические свойства металл-полимерных композитов
4.4 Оптимизация параметров металл-полимерных композитов
Заключение
Публикации автора по теме по теме диссертации
Литература

Введение
Актуальность темы диссертации.
Интерес к исследованию наноструктурированных материалов непрерывно растет, что обусловлено необычностью их физических свойств, а также широкими возможностями их практического применения. В частности, структуры, состоящие из металлических наночастиц являются перспективным материалом для создания сенсоров, коррозионно-стойких покрытий, высокоэффективных катализаторов и т.д. Традиционные методы формирования металлических наночастиц, основанные на процессах конденсации атомов в условиях близких к равновесным, позволяют получать кристаллические частицы. Однако такие частицы имеют тенденцию к коагуляции при соприкосновении, что затрудняет получение на их основе структур высокой плотности, в то время как в структурах с плотной упаковкой частиц эффекты межчастичного взаимодействия приводят к появлению новых свойств, наиболее интересных, как с физической, так и с практической точек зрения.
Альтернативные методы получения металлических наноструктур, основаны на электродиспергировании расплавов металлов. В рамках этих методов наночастицы формируются в результате заряжения и последовательного (каскадного) деления металлических капель, при этом процесс протекает в сильно неравновесных условиях, вследствие чего получаемые частицы находятся в аморфном состоянии. По своим свойствам аморфные наночастицы значительно отличаются от кристаллических, в частности, было показано, что они устойчивы по отношению к коагуляции, в силу чего на основе аморфных наночастиц могут быть получены структуры со значительно более широким набором полезных свойств.
Однако известные методы электродиспергирования металлов были реализованы в режиме коротких импульсов, поскольку заряжение капель металлов до порога неустойчивости и их деление осуществлялось в плазме с
экспериментальные исследования проводились на меди, при этом платина представляет определенный практический интерес, а также в силу ряда физически свойств относиться к группе металлов, которые имеют наиболее сложные условия диспергирования в потоке электронов. Подробнее условия диспергирования металлов в потоке электронов будут рассмотрены ниже.
Рис.2.1: Зависимость критического потенциала от радиуса капли (сплошная кривая соответствует меди, пунктирная — платине).
Отметим, что условие неустойчивости (2.1) не зависит от знака заряда капли, . то есть неустойчивыми могут быть как положительно заряженные капли, так и капли, заряженные отрицательно.
При выполнении условия (2.1) для основной моды капиллярных волн с п=2 заряженная капля начинает вытягиваться в сфероид. При этом для электропроводящей жидкости по мере увеличения эксцентриситета сфероида поверхностная плотность заряда на его вершинах увеличивается, что ведет к возбуждению более высоких мод, суперпозиция которых вызывает формирование на вершинах капли эмиссионных выступов, с которых происходит сброс массы и заряда (эмиссия капелек) [35]. По современным представлениям неустойчивая капля эмитирует ~ 100-К
высокодисперсных капелек [36]. При этом в наиболее точных измерениях [37] обнаружено, что потеря заряда при рэлеевском распаде капли составляет