Формирование микро- и наноразмерных прекурсоров полиметаллических систем в растворах с использованием алюминиевой матрицы

• Автор: Колпаков, Михаил Евгеньевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 301 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ ФОРМИРОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ В
РАСТВОРАХ

1Л Строение слоев оксо-гидроксосоединений на дисперсном алюминии

1.2 Особенности поведения дисперсного алюминия в водных растворах

1.3 Топохимический характер реакций металлов в растворах

1.4 Кинетические уравнения процесса контактного обмена

1.5 Использование электрохимических методов при изучении кинетики осаждения металлов в растворах
1.6 Особенности электроосаждения железа
1.7 Структура и свойства материалов на основе системы Ее-А
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Кинетические исследования
2.2 Изучение ионных равновесий в растворе
2.3 Методика получения дисперсных образцов
2.4 Рентгенофазовый анализ образцов
2.5 Рентгенофлуоресцентный анализ образцов
2.6 Исследование поверхности синтезированных образцов
2.7 Гранулометрический анализ
2.8 Исследование физико-механических характеристик синтезированных образцов
2.9 Искровое плазменное спекание
2.10 Плазмохимическая модификация высокодисперсных металлов и полиметаллических систем
2.11 Обработка экспериментальных результатов
ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО
ЖЕЛЕЗА НА ДИСПЕРСНОМ АЛЮМИНИИ
3.1 Кинетика выделения железа из водных растворов на алюминиевой основе

3.2 Тепловые эффекты процесса восстановления Fe(III) в водных растворах на алюминиевой матрице
3.3 Размеры, форма, морфология, микроструктура, фазовый состав частиц железа, формирующихся на алюминии
3.4 Фрактальная структура осадков железа и кинетика выделения
3.5 Кинетика топохимических превращений на алюминии в водных растворах соединений железа
3.6 Электрохимические характеристики процессов осаждения элементного железа
3.7 Динамика химических равновесий системы Fe(III)—Al(III)—Fе(11)—НгО при коррозии алюминия в растворе FeCh высокой концентрации
3.8 Перспективы получения наночастиц железа в водных растворах
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ ПРЕКУРСОРОВ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ
4.1 Синтез наночастиц кобальта и никеля
4.2 Синтез двойных систем
4.3 Синтез полиметаллических систем
ГЛАВА 5. КОМПАКТНЫЕ ОБРАЗЦЫ НА ОСНОВЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА АЛЮМИНИЕВОЙ МАТРИЦЕ
5.1 Структура, фазовый состав, физико-механические свойства компактных образцов
5.2 Получение интерметаллических и металлокерамических компактных образцов на основе синтезированных прекурсоров
5.3 Магнитные и каталитические свойства синтезированных объемных материалов
на основе системы Fe-Al
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

HV - Hardness Vikkers (твердость по Виккерсу);
MAUD - Materials Analysis Using Diffraction (дифракционный анализ материалов);
SPS - Spark Plasma Sintering (искровое плазменное спекание);
ACM - атомно-силовая микроскопия;
ВЧ - высокочастотный;
ГПУ - гексагональная плотноупакованная (решетка);
ГЦК - гранецентрированная кубическая (решетка);
ДЭС - двойной электрический слой;
ИПС - искровое плазменное спекание;
НПА - нанопорошок алюминия;
ОДЭ - отрицательный дифференц-эффект;
ОКР - область когерентного рассеяния;
ОЦК - объемноцентрированная кубическая (решетка);
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия;
СВС - самораспространяющийся высокотемпературный синтез;
СМП - субмикронные порошки (металлов);
СТМ - сканирующая туннельная микроскопия;
ФП - фазовые превращения;
ЦВА - циклическая вольтамперометрия;
ЯМР - ядерный магнитный резонанс; чда - чистый для анализа; хч - химически чистый; н.у. - нормальные условия;
D - фрактальная размерность;
А - функция зависимости фрактальной размерности от времени; d - диаметр частиц, мкм;
Е - потенциал электрода;
Ео - стандартный окислительно-восстановительный потенциал;
АЕ - разность равновесных потенциалов;
АЕп - разность стандартных потенциалов;

В. Иванов и др. [101] также сделали заключение о необходимости использования металлических частиц небольшого размера с развитой поверхностью для непрерывного получения водорода.
Установлено [101], что использование сплава Al/Si по сравнению с чистым алюминием позволяет получить больше водорода, достигая 14%-ного выхода при pH 12.
JI. Солер с соавт. [57], проводя эксперименты с алюминиевой лентой в водных растворах NaOH или КОН с концентрациями от 1 до 5 моль/л при температуре от 290 К и 350 К, обнаружили, что максимальное выделение водорода на грамм алюминия (3100 мл/мин) достигается в 5 М NaOH при температуре 350 К, в то время как использование 5 М КОН при 350 К позволяет достичь скорости 2900 мл/мин на грамм алюминия.
Авторы работы [102] исследовали влияние присутствия различных неорганических солей с концентрацией 0,01 М на реакцию металлического алюминия с 0,1 М раствором NaOH при 75°С. Установлено, что применение добавок позволяет достичь 100%-ного выхода водорода и получить значительный ускоряющий эффект (примерно в 2 раза в случае NaF, в 1,5 раза с MgCh, Fe2(SÛ4)3, Na2S04 и FeCh). Высокие скорости и хороший выход водорода также были достигнуты при отсутствии NaOH с использованием смешанных растворов алюмината натрия, станната натрия и метабората натрия, при концентрации каждого раствора от 0,1 М до 0,5 М. Почти во всех этих экспериментах начальные и конечные значения pH находились между 12 и 13.
Взаимодействие алюминия с водой в нейтральной среде
Алюминий может взаимодействовать непосредственно с водой без добавления щелочи [91]
2А1 + 6Н20 —* 2А1(ОН)3 +ЗН2. (1.22)
По сравнению с реакциями с участием щелочи, взаимодействие с водой является более безопасным, но пассивация поверхности происходит намного легче и активность алюминия крайне низка. Таким образом, повышение активности алюминия в воде может быть одной из важнейших задач для этой реакции. Выделение водорода наблюдается в воде при резке, сверлении и шлифовании алюминия, когда механически удаляется защитная оксидная пленка на поверхности [103]. Реакция