Экспериментальное и теоретическое изучение основных закономерностей синтеза и устойчивости золей оксидов алюминия, кремния и титана

• Автор: Макаров, Сергей Альбертович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Организация и свойства нанодисперсных систем

1.2. Физикохимические аспекты формирования ультрадисперсных систем

1.2.1. Термодинамика образования дисперсных систем

1.2.2. Кинетические аспекты возникновения и роста частиц новой фазы

1.2.3. Физикохимические основы устойчивости коллоидных систем

1.3. Особенности получения ультрадисперсных частиц оксидов алюминия,

кремния и титана зольгель методом.

1.3.1. Зольгель синтез ультрадисперсиого оксида алюминия.

1.3.2. Зольгель синтез ультрадисперсиого диоксида кремния
1.3.3. Зольгель синтез ультрадисперсиого диоксида титана.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЫ1АЯ ЧАСТЬ.
2.1. Исходные вещества и методы получения золей
2.1.1. Исходные вещества
2.1.2. Получение золей АЬОз гидролизом нитрата алюминия.
2.1.3. Получение золей АЬОз гидролизом нзопропоксида алюминия.
2.1.4. Получение золей оксида кремния гидролизом тстраэтоксисилана ТЭОС
2.1.5. Получение золей оксида кремния гидролизом тстрахлорнда кремния
2.1.6. Получение золей диоксида титана гидролизом нзопропоксида титана .
2.1.7. Получение золей диоксида титана гидролизом тетрахлорида титана
2.2. Методы исследования.
2.2.1. Определение размеров частиц золей методом спектроскопии корреляции фотонов
2.2.2. Определение элсктрокинетического потенциала частиц золей методом микроэлсктрофореза.
2.2.3. Определение величины плотности поверхностного заряда частиц золей оксидов по результатам потенциометрического титрования.
2.2.4. Проведение коагуляции в золях
ГЛАВА 3. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЧАСТИЦ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ЗОЛЕЙ ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ, КРЕМНИЯ И ТИТАНА.
ГЛАВА 4. ВЗАИМОСВЯЗЬ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА, ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОПОВЕРХНОСТНЫХ ЗОЛЕЙ ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ, КРЕМНИЯ И ТИТАНА.
ГЛАВА 5. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ЗОЛЕЙ ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ И КРЕМНИЯ, СИНТЕЗИРОВАННЫХ ГИДРОЛИЗОМ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


В первую очередь это такие макроскопические свойства, как повышенная прочность, термостойкость, твердость, экстремально высокая адсорбционная емкость в случае порошков и пористых тел, высокая ионная проводимость в случае электролитсодержащих ианокомпозитов 2 5. Отчасти указанные особенности находят объяснение в рамках классической теории поверхностных явлений наличием чрезвычайно развитой поверхности у наночастиц образующих материал. Однако, данный подход становиться неэффективным при уменьшении размеров частиц до нм. Установлено, что размер структурного элемента оказывает значительное влияние на свойства материала в целом. Такие закономерности называют размерными эффектами. По причине особых свойств, которые проявляет вещество, находясь в виде частиц очень малых размеров нм в последнее время принято выделять особое его состояние наносостояние 6. Частицы, содержащие до 4 5 атомов вещества и имеющие размер нм, часто называют кластерами 3, 7, а системы, состоящие из таких частиц нанокластерными. Как правило, авторы различных работ 4, 5, 7 сходятся во мнении, что сильные размерные эффекты проявляются именно в ианокластериых системах, т. Ьс нм является пограничным, отделяющим область применения классической теории поверхностных явлений. В случае ианокластериых систем теряется смысл понятия поверхностного натяжения, так как вследствие малых размеров частиц, различия между поверхностными атомами и атомами в объеме частицы становятся весьма незначительными 5, 8, т. Такое состояние вещества приводит к возникновению ряда характерных явлений 5, проявляющихся и на макроуровне. Например, при использовании частиц никеля в качестве катализатора в реакции гидрирования бензола Т3 К, рС6Нсв0 Па, рН20 Па, когда размер частиц становиться менее 1 нм при этом отношение числа поверхностных атомов к общему числу атомов в частице стремиться к единице, происходит резкое увеличение удельной каталитической активности активности, отнесенной к одному поверхностному атому металла наночастиц 1 в 34 раза 6. Последнее явление называют химическим размерным эффектом. Для ианокластериых систем наблюдается зависимость параметра кристаллической решетки от размера кластера, так как практически все атомы находятся под действием поверхностных сил вблизи поверхности межплоскостные расстояния в направлении, перпендикулярном поверхности, меньше, чем в объеме кристалла. В нано кластерных системах также наблюдается изменение критической температуры сверхпроводящего перехода, понижение температуры Кюри и энтропии плавления, объясняемых снижением частот колебаний не только поверхностных атомов что соответствует классической теории поверхностных явлений, но и атомов в глубине нанокристалла с уменьшением его размеров 5,4. В наносистемах наблюдается стабилизация многих неравновесных структур 3 и, даже, возникновение фаз, нехарактерных для данного вещества в том числе аморфной фазы, тогда как в массивных материалах такие фазы устойчивы лишь при высоких температурах или давлении. Важным свойством нанокластерных систем является их высокая прочность при размерах кристаллитов с1 нм и сверхпластичность без разрушения при нм с0 нм, что связано с различной концентрацией С дефектов и дислокаций в системе в зависимости от с1 максимум С наблюдается при 6 нм 3. Наконец, наиболее интересным и значимым в химии наносистем является так называемый квантовый эффект. В кристаллитах нанометрового размера, соизмеримого с длиной свободного пробега электрона, наблюдается расщепление энергетических зон в дискретный спектр. Квантовый эффект является причиной таких особых магнитных и оптических свойств нанокластерных систем как суперпарамагнетизм 3, 9, исчезновение ферромагнитных свойств у ферромагнетиков при уменьшении размеров кластеров до 1 нм, эффект гигантского магнетосопротивления 3, смещение спектров люминесценции полупроводниковых кристаллов в коротковолновую область синий сдвиг при уменьшении их размеров 3, . Описанные эффекты открывают новые возможности в конструировании материалов с особыми магнитными и электрическими свойствами, которые могут найти применение в первую очередь в интенсивно развивающейся элемгронной промышленности.