Исследование стимулированных нагревом и ударным сжатием структурных превращений в нанопорошках диоксида титана

• Автор: Матюшенко, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

§ 1. Нанокристаллические материалы

1.1 Классификация. Свойства. Применение в науке и технике

1.2. Методы получения нанокристаллических материалов

1.3. Основные методы исследования наноматериалов

§ 2. Диоксид титана (ТЮ2)

2.1. Применение диоксида титана

2.2. Строение и фазовые модификации ТЮ2

2.3. Физические и химические свойства
2.4. Производство диоксида титана
§ 3. Нанокристаллический ТЮ2
3.1. Области применения нанокристаллического ТЮ2
3.2. Исследование нанопорошков ТЮ2
3.2.1. Исследование нанопорошков ТЮ2, полученных газофазными и жидкофазными методами синтеза
3.2.2. Исследование фазовых превращений ТЮ2 в смеси анатаз-рутил
3.2.3. Модифицирование П02
3.2.4. Эксперименты с брукит-содержащими нанопорошками ТЮ2
3.2.5. Эксперименты с ТЮ2 при повышенных давлениях
§ 4. Постановка задачи
Глава 2. Экспериментальные методики
§ 1. Методики получения наноразмериого ТЮ2
1.1. Низкотемпературный гидролиз
1.2. Плазмохимический синтез
§ 2. Методики характеризации наноразмериого ТЮ2
2.1. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР)
2.1.1. Спектры КР различных фазовых модификаций ТЮ2
2.1.2. Спектроскопия КР нанокристаллических образцов ТЮ2 5О

2.2. Рентгенофазовый анализ (РФА)
2.3. Термогравиметрический анализ (ТГА)
2.4. Измерение удельной поверхности (БЭТ метод)
2.5. Электронная микроскопия 56 Глава 3. Исследование трансформации спектров комбинационного
рассеяния наночастиц анатаза в зависимости от размера частиц 58 Глава 4. Фазовые превращения наноструктурированного анатаза ТЮ2 в
условиях ударного сжатия
Глава 5. Термостимулированные фазовые превращения в брукит-
содержащих нанопорошках ТЮ2
Выводы
Список иллюстраций
Список таблиц
Список литературы

Введение
Актуальность работы
Интерес к диоксиду титана (ТЮ2) обусловлен его традиционным использованием в лакокрасочных материалах, в производстве пластмасс и ламинированной бумаги. Мелкодисперсные порошки диоксида титана используются в качестве основы фотокатализаторов, химических сенсоров, диэлектрического материала в конденсаторах и для других целей. В настоящее время не вызывает сомнения, что при переходе характерного размера частиц ТЮ2 в нанометровый диапазон происходит качественное изменение их свойств, обусловленное увеличением отношения числа поверхностных атомов к числу объемных.
Отличительной особенностью ТЮ2 является его полиморфизм. ТЮ2 существует в виде нескольких модификаций - это три природные фазы атмосферного давления - рутил, анатаз и брукит, и две фазы повышенного давления - колумбит и моноклинная структура типа Хх02.
Каждая модификация диоксида титана имеет различные физикохимические свойства, такие как плотность, показатель преломления, фотохимическую реакционную способность и др. Так рутил, например, имеет наибольшую плотность и показатель преломления, наивысшую диэлектрическую постоянную среди трех фазовых модификаций ТЮ2, тогда как анатаз и брукит обладают наибольшей фотокаталитической активностью. Структуры ТЮ2, получаемые при высоких давлениях, имеют высокий коэффициент объемного сжатия и рассматриваются как возможные кандидаты для использования в качестве сверхтвердых материалов.
Возможные применения нанокристаллического ТЮ2 непосредственно зависят от фазового состава, морфологии, размера частиц. Эти параметры определяются условиями эксперимента: они зависят от выбранного метода синтеза ТЮ2, его температуры, используемых реагентов, их концентрации и/или последующей обработки. Большой научный и практический интерес к нанокристаллическому ТЮ2 определяет актуальность изучения таких систем,

частиц, зависят от условий эксперимента: выбранного метода синтеза ТЮ2, от его температуры, используемых реагентов, их количественного состава и/или последующей обработки.
Рассмотрим некоторые работы, посвященные исследованию нанопорошков ТЮ2, полученных газофазными методами синтеза.
В работе [53] приведены результаты исследования синтеза наночастиц диоксида титана при термическом газофазном разложении тетрабутоксититана (СДО 11 Получено, что при температурах в реакторе превышающих 600°С все синтезированные частицы ТЮ2 имели кристаллическую структуру анатаза. Фаза рутила формировалась только при температурах, превышающих 1200°С. Метод химического осаждения из газовой фазы при температурах 450 - 600°С и атмосферном давлении использовали в работе [54] для выращивания тонких пленок ТЮ2 на поверхности из нержавеющей стали. Было показано, что рост пленок анатазной и/ или рутильной структур в значительной степени зависит от используемых прекурсоров и температуры синтеза. В работе [55] исследовалось образование наночастиц ТЮ2 в реакции тетрабутоксититана с кислородом в плазме ВЧ-разряда. Установлено, что кристаллическая' решетка рутила в заметных количествах формируется при температурах выше 800°С. В Аг-02 и Аг-Н2-С02 плазме нанокристаллические порошки ТЮ2 со структурой анатаза и рутила с размерами от 10 до 50 нм получали при окислении порошков карбида титана микронного размера [56]. В Аг-02 плазме доля анатаза увеличивалась с ростом скорости подачи кислорода, в Аг-Н2-С02 плазме получались порошки ТЮ2 с фазовой структурой рутила. При импульсном лазерном испарении титановой мишени в атмосфере Не-02 образовывались частицы анатаза с размером 10-50 нм, тогда как при использовании мишени из диоксида титана в инертной атмосфере формировались аморфные нанодисперсные частицы ТЮ2 [57]. Авторами работы [58] были выполнены исследования газофазного гидролиза тетрахлорида титана при температурах до 600°С. Было получено, что при проведении гидролиза в диапазоне температур до 400°С образуется аморфный ТЮ2, а при температурах 400 - 600°С - кристаллический анатаз.