Электроосаждение икосаэдрических частиц меди и разработка фильтрующего элемента на их основе

• Автор: Денисова, Диана Аркадьевна
• Шифр специальности: 01.04.07, 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Некоторые свойства наноматсриалов

1.2. Основные принципы получения наночастиц.

1.2.1. Синтез наноструктур на поверхности твердофазных

1.2.2. Осаждение наночастиц в газовой фазе.

1.2.3. Осаждение наночастиц в жидкой фазе

1.2.4. Получение наночастиц с использованием плазмы

1.2.5. Криохимический метод

1.2.6. Электрохимический метод.

1.3. Электрохимический метод получения металлических частиц

1.3.1. Термодинамика и кинетика электрохимической нуклеации
1.3.2. Некоторые экспериментальные методы изучения начальных стадий электрокристаллизации.
1.3.3. Метод хроноамперограмм
1.3.4. Влияние состояния подложки на процессы образования и роста зародышей
1.4. Исследовательские работы по изучению свойств кластеров и малых частиц с Пентагон ал ьной симметрией
1.5 Механизм формирования пентагональных частиц.
1.5.1. Модели образования пентагональных кристаллов из двумерных кристаллических зародышей
1.5.2. Модели образования пентагональных кристаллов при электрокристаллизации из трехмерных кластеров
1.6. Цель и задачи исследования.
ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕНТАГОНАЛЬНЫХ КРИСТАЛЛОВ МЕДИ
2.1. Электрохимические исследования
2.1.1. Подготовка электродов.
2.2.1. Поляризация электродов
2.2. Микроскопические исследования
2.3. Резка микрокристаллов в камере сканирующего микроскопа. Метод поперечных срезов.
2.4. Проведение термообработки.
2.5. Проведение химического анализа воды
ГЛАВАЗ. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА И КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗРАСТАНИЯ КРИСТАЛЛОВ МЕДИ.
ВЫЯВЛЕНИЕ УСЛОВИЙ МАССОВОГО ОБРАЗОВАН ИЯ
ИКОСАЭДРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ МЕДИ
3.1. Механизм и кинетика образования и разрастания кристаллов меди
3.1.1. Коэффициент диффузии ионов меди в электролите
3.1.2. Коэффициент переноса и плотность тока обмена
3.1.3. Число атомов в критическом зародыше.
3.1.4. Выявление оптимальных режимов получения икосаэдрических частиц меди на электродах из нитрида титана и сетчатых подложках из нержавеющей стали.
3.2. Выводы
ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛОСТИ В
ИКОСАЭДРИЧЕСКИХ МАЛЫХ ЧАСТИЦАХ
4.1. Существование полости в икосаэдрических малых металлических частицах электролитического происхождения и методы ее вскрытия.
4.2. Методики вскрытия внутренних полостей в икосаэдрических малых частицах, осажденных на подложках в виде сеток путем химического травления
4.3. Диффузионнодисклинационная модель образования полости в икосаэдрических малых металлических частицах электролитического происхождения
4.4. Экспериментальная проверка диффузионно
дисклинационного механизма формирования полости в икосаэдрических малых частицах
4.5. Выводы.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА СОРБЦИОННОГО ФИЛЬТРА.
5.1. Разработка и изготовление фильтрующего элемента
5.2. Результаты испытания фильтра.
5.2.1. Зависимость сорбционной способности фильтрующих элементов от вида сорбционного слоя.
4.2.2. Зависимость сорбционной способности фильтрующих элементов от качества исходной воды.
4.2.3. Активность сорбирующих слоев в отношении микробиологических примесей.
5.3. Выводы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И АББРЕВИАТУРЫ
Я универсальная газовая постоянная
к постоянная Больцмана
Т абсолютная температура
е элементарный заряд
Р число Фарадея
0 плотность тока обмена
пс число атомов или молекул в критическом зародыше
а удельная поверхностная энергия на границе паржидкость
Л пересыщение системы разность химических потенциалов
пересыщенного и равновесного пара
У стационарная скорость нуклеации
АГА кинетический фактор в уравнении для скорости нуклеации
У0 число активных центров подложки, на которых может
реализоваться процесс фазообразования а электрохимический коэффициент переноса
П перенапряжение
С безразмерная координата плотности тока
безразмерная координата времени
1т сила тока, соответствующая максимуму хроноамперограмм
Ввремя, соответствующее максимуму хроноамперограмм
плотность тока
я плотность тока, соответствующая максимуму
хроноамперограмм
О коэффициент диффузии ионов металла
с0 концентрация разряжающихся ионов
с объемная концентрация
г валентность осаждающегося металла
А константа скорости нуклеации
общее число зародышей
Лгт плотность активных мест зарождения
I.и стационарная скорость нуклеации
пф число атомов в критическом зародыше
.9 площадь поверхности электрода
М молярная масса осаждающегося металла
Р плотность осаждающегося металла
МЧ малая частица
ПМЧ пентагональная малая частица
ДМЧ декаэдрическая малая частица
ИМЧ икосаэдрическая малая частица
ПК пентагональний кристалл
ВВЕДЕНИЕ


Основные положения и результаты исследования были представлены на XVI Петербургских чтениях по проблемам прочности СанктПетербург, i Ii i i i, , XIV Международной конференции Актуальные проблемы прочности Белгород, Российской школеконференции молодых ученых и преподавателей Биосовместимыс наноструктурные материалы и покрытия медицинского назначения Белгород, XII Национальной конференции по росту кристаллов НКРК Москва, XVII Петербургских чтениях по проблемам прочности СанктПетербург, IV Международной школеконференции Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений Тамбов, III Международной школе Физическое материаловедение. Наноматериалы технического и медицинского назначения СамараТольяттиУльяновскКазань, 2 i i i i, XVII Международной конференции Актуальные проблемы прочности Нижний Новгород, . Федеральным агентством по образованию государственные контракты . Министерством образования и науки Самарской области грант 8Е2. К индивидуальный Аналитической ведомственной целевой программой Развитие научного потенциала высшей школы регистрационный 2. Личный вклад автора. Представленные в диссертационном исследовании результаты электрохимических исследований, результаты разработки макета фильтра получены автором самостоятельно. Автор принимал непосредственное участие в обсуждении идей, написании статей, исследовании структуры икосаэдрических частиц, экспериментах по испытанию макетного образца сорбционного фильтра. Остальные результаты получены автором совместно с соавторами опубликованных работ. Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано работы, из них 9 статей в реферируемых журналах получено 2 патента Российской Федерации. Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа включает введение, 5 глав, заключение, список основных обозначений и аббревиатур, библиографический список использованной литературы из 5 источников содержит рисунков, 5 таблиц. Общий объем работы составляет 8 страниц машинописного текста. Автор выражает благодарность Центру наноструктурных материалов и нанотехнологий Белгородского государственного университета и д. И.С. Ясникову, сотруднику лаборатории Аттестация материалов деталей автомобилей отдела исследования состава и свойств материалов исследовательского центра ОАО АВТОВАЗ за содействие в проведении экспериментов. ГЛАВА 1. Отличие свойств малых частиц от свойств макрочастиц достаточно давно открыто человеком и даже неосознанно используется им с древних времен. Примером использования особых физических свойств малых частиц в древнем мире служит получение цветных стекол при использовании коллоидных частиц различных металлов в Древнем Египте, применение красящих пигментов. Первым упоминанием в науке малых частиц может служить открытие в году броуновского движения шотландским ботаником Р. Броуном. Началом осознанного изучения и получения наноструктурного состояния вещества можно считать исследования в области коллоидной химии с середины XIX века. В частности, в х гг. М. Фарадей изучал рассеяние света коллоидными растворами и стеклами 1. До настоящего времени остается открытым вопрос о том, как быстро появляется и на каком этапе объединения атомов заканчивается формирование того или иного свойства массивного тела. До сих пор не существует однозначного, строгого определения наночастиц. По рекомендациям ШРАС к наноструктурным веществам относят вещества, у которых хотя бы один характерный размер составляет от до 0 нм 2, 3. При этом число атомов в объеме становится сравнимым с числом атомов, находящихся на его поверхности. Поверхностные атомы с высокой энергией оказывают определяющее влияние на свойства элемента структуры 4. На поверхности частицы сферической формы и размером 0 нм находится примерно 1 всех атомов. Именно такую долю поверхностных атомов условно принимают за верхнюю границу, на которой вещество еще проявляет наносвойства 5. Верхний предел достаточно условен, а нижний определяется размерами атомов и молекул. Ориентационные размерные границы наночастиц определяются как , где 0 нм верхняя граница размера наночастиц, 1 нм нижняя граница размера наночастицы, у которой число атомов на поверхности приблизительно равно количеству атомов в объеме 4.