Разработка технологических принципов создания композиционных материалов на основе наночастиц кобальта в матрице полистирола

• Автор: Корнилов, Денис Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Полимерные композиционные материалы в электронной технике

1.1.1. Нанокомпозиционные материалы

1.1.2. Металлизированные полимерные материалы

1.1.3. Твердотельные потенциометрические химические сенсоры

1.2. Особенности технологии получения паночастнц кобальта

1.2.1. Химические методы

1.2.1.1. Термическое разложение

1.2.1.2. Осаждение в растворах

1.2.1.3. Электрохимический метод получения наночастиц
1.2.1.4. Криохимический метод
1.2.1.5. Газофазный синтез
1.2.2. Физические методы
1.2.2.1. Электроэрозионный метод
1.2.2.2. Получение наночастиц с использованием плазмы
1.2.2.3. Ударноволновой или детонационный синтез
1.2.2.4. Диспергирование
1.3. Методы получения микрогранул
1.4. Наночастицы кобальта в матрицах
1.4.1. Цеолиты и молекулярные сита
1.4.2. Высокодисиерсные 8Ю2 и АЬОг,
1.5. Стабилизация наночастиц металлов
1.5.1. Капсулирование наночастиц
1.5.2. Самоорганизующиеся монослои на поверхности наночастиц
1.6. Технология получения полимерных композиционных материалов
1.6.1. Механические способы металлизации
1.6.2. Физические способы металлизации
1.6.3. 3 Химические способы металлизации
1.6.4. Краткие сведения о составе и магнитных свойствах СоР и СоВ
покрытий
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Используемые реагенты
2.2. Получение микрогранул полистирола
2.3. Синтез наночастиц кобальта
2.4. Химическая стабилизация поверхности нанокомпозиционных
материалов
2.5. Металлизация гранул полистирола
2.6. Физикохимические методы исследования
2.6.1. Просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия
2.6.2. Рентгенофазовый анализ
2.6.3. Элементный химикоспектральный анализ
2.6.4. Исследование физических свойств композиционных материалов
Глава 3. Результаты исследований композиционных материалов на
основе наночастиц кобальта на поверхности микросфер полистирола
3.1. Исследование химического состава НКМ
3.2. Исследование морфологической сгруктуры поверхности НКМ
3.3. Стабилизация нанокомпозиционных материалов
Глава 4. Результаты исследований композиционных материалов на
основе металлизированных гранул полистирола марки ПСЭ 1
4.1. Исследование влияния стадий подготовки полистирола на
морфологическую структуру поверхности перед металлизацией
4.2. Исследование влияния природы восстановителя на процесс
металлизации и химический состав ПКМ
4.3. Исследование электродных свойств ПКМ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Установлено, что при синтезе НКМ, изменяя процесс введения восстанавливаемого вещества в реакционную среду, можно в широких пределах регулировать размер (от нескольких до сотен нанометров), форму, количество, состав частицы, следовательно, целенаправленно изменять свойства НКМ. Исследована возможность стабилизации полученных НКМ. Показано, что в результате обработки НКМ раствором стеариновой кислоты в этиловом спирте на поверхности композита образуется оболочка толщиной около нм. Отработаны способы получения полимерных композиционных материалов (ПКМ) с заданными свойствами методом химического кобапьтирования 1ранул полистирола. Выполнено комплексное исследование изменения физико-химических свойств ПКМ в зависимости от параметров синтеза - природы восстановителя и времени металлизации. Выявлен характер влияния количественного соотношения компонентов ПКМ на электрофизические свойства. Разработана технология получения ПКМ для чувствительного элемента кобальтселективного электрода. Обнаружено, что потенциометрические сенсоры с содержанием кобальта 0, об. ПКМ обладают более высокой чувствительностью, чем электроды с большим объёмным содержанием металла. Практическая значимость результатов работы заключается в том, что получены новые нанокомпозиционные материалы с заданными характеристиками наночастиц кобальта (размер, форма, состав, локализация частиц на поверхности). Показана возможность использования ПКМ в качестве потенциометрических сенсоров, чувствительных к ионам кобальта в водных растворах. Изготовленные электроды обладают удовлетворительными метрологическими характеристиками. Время отклика не превышает 5 минут, электродная функция линейна до концентраций '7 моль/л. Получен патент Российской Федерации па композиционный материал для чувствительного элемента кобальтселективного электрода. Глава I. Основная технологическая задача в микроэлектронике — уменьшение размеров элементов. НКМ находят широкое применение в электронной промышленности (конструирование нанометровой элементной базы для ЭВМ следующего поколения, нанопроводов, транзисторов, выпрямителей, дисплеев, акустических систем и др. Такие материалы практически не искажают проходящий через них электрический сигнал, что обеспечивает высокое качество электронной аппарату ры. Наноматериапы применяются в производстве квантовых усилителей, генераторов излучения, для изготовления ячеек памяти высокой компактности в электронных вычислительных устройствах, в производстве полупроводников и изготовлении интегральных схем. Малые частицы и наноразмерные элементы используются для производства различных авиационных материалов. Например, в авиации применяются радиопоглощающие керамические материалы, в матрице которых беспорядочно распределены тонкодисперсные металлические частицы [, , , , ]. Общепринято, что под наноматериалами нодразухмевают или намеренно сконструированные, или природные материалы, в которых один или более размеров лежат в нанометровом диапазоне [1]. К данной категории относятся гак называемые нанокомпозиты, которые содержат более чем одну фазу. Эти »материалы, обладающие необычной атомно-кристаллической решёткой и демонстрирующие уникальные свойства, в России получили название ультрадисперсных материалов (УДМ), а в западной литературе - наноструктурных материалов. В настоящий момент обе эти терминологии равноправны. Для примера на рисунке 1 представлен переход от молекулярных систем к ультрадисперсным для металлических частиц. Видно, что число поверхностных атомов отличается от числа объёмных лишь на порядок или даже ещё меньше. Однако из-за большой доли поверхностных атомов эти свойства для малых частиц оказываются существенно изменёнными по сравнению с массивными образцами. Во-вторых, известно, что если размеры твёрдого тела по одному, двум или трём направлениям соизмеримы с некоторыми характерными физическими параметрами, имеющими размерность длины (например размер магнитных доменов, длина свободного пробега электронов, дебройлевская длина волны элементарных возбуждений и др.