УДК 544.228

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ КОБАЛЬТА

Радченко Кристина Анатольевна
Кемеровский государственный университет
студент химического факультета, кафедра химии твердого тела, 5 курс

Аннотация
Рассмотрен один из химических способов получения наноразмерного порошка кобальта путем восстановления малорастворимого прекурсора – карбоната кобальта водным раствором гидразингидрата. Изучено влияние условий синтеза на форморазмерные характеристики металлических порошков. Полученные выбранным способом нанопорошки кобальта характеризуются многоуровневой пространственной морфологией.

Ключевые слова: гидразингидрат, кобальт, нанопорошки


OBTAINING OF NANOSTRURIZED COBALT POWDERS

Radchenko Kristina Anatolievna
Kemerovo State University
Chemical Faculty, Department of Solid State Chemistry, 5 year student

Abstract
It was investigated the synthesis of nanoscale cobalt powder by one of the chemical methods by reduction of poorly soluble precursor - cobalt carbonate with aqueous solution of hydrazine hydrate as reducing agent. It was studied the effect of synthesis conditions on the shape and size characteristics of nanoscale cobalt powders.

Keywords: cobalt, hydrazine hydrate., nanopowders


Рубрика: 02.00.00 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Радченко К.А. Получение нанотруктурированных порошков кобальта // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/03/64793 (дата обращения: 20.11.2016).

Введение

Получение и исследование свойств наноразмерных металлических порошков является перспективным направлением в современной науке и материаловедении. Интерес к изучению наноразмерных и наноструктурированных частиц связан с новыми перспективными возможностями использования наноматериалов во многих областях науки и технике. Благодаря своим уникальным свойствам нанопорошки металлов нашли широкое применение во многих отраслях: в медицине, катализе, электронике, машиностроении, химической и нефтяной промышленности, космической и авиационной технике. В настоящее время сферы применения наноматериалов продолжают расширяться. Основные области использования конкретных материалов обуславливаются особенностями их свойств, в свою очередь, определяемых высокой дисперсностью, составом и структурой.

К настоящему времени разработаны многочисленные методы получения нанопорошков металлов. Однако перспективными являются химические методы получения. Данный класс методов характеризуется технологической простой и экономичностью, а также способностью регулирования процесса на каждой стадии с целью получения конечного продукта заданного фазового состава, дисперсности и морфологии.

Наибольшую распространенность получил химический метод синтеза нанопорошков металлов, а также их систем, заключающийся в восстановлении прекурсора сильным растворителем – гидразингидратом [1-27].

Результаты и их обсуждение

Нанопорошки кобальта получали восстановлением малорастворимого прекурсора – карбоната кобальта сильным восстановителем. В качестве восстановителя использовали водный раствор гидразингидрата [28, 29]. В процессе восстановления варьировали температуру и концентрацию восстановителя. Полученные порошки черного цвета промывались дистиллированной, высушивались в сушильном шкафу до постоянной массы. Далее образцы анализировали с использованием комплекса физико-химических методов.

С использованием методов малоугловой и широкоугловой рентгенографии исследовали фазовый состав и дисперсную структуру [29]. При помощи растровой электронной микроскопии с использованием сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM6390 SEM была получена информация о рельефе поверхности, размере и форме агломератов.

Рентгенофазовый анализ показал, что порошки представляют собой рентгенографически чистый кобальт. Посторонние примеси, в частности оксидные и гидроксидные фазы обнаружены не были [29]. Информацию о химическом составе получали при помощи рентгенофлуоресцентного анализа. В зависимости от условий получения содержание кобальта в образцах составляет более 90 масс.%.

Изучение влияния концентрации восстановителя на форморазмерные характеристики порошков кобальта показало, что при увеличении концентрации восстановителя наблюдается незначительное уменьшение среднего размера агломератов [29].

При повышении температуры скорость восстановления заметно увеличивается, однако на размер частиц порошков кобальта этот фактор значительного влияния не оказывает. оптимальный температурный интервал выбран в диапазоне 80-95ºС [30-32].

Методом малоуглового рассеяния рентреновских лучей (МУР) было установлено, что функции распределения частиц кобальта по размерам независимо от условий получения бимодальны. Первый пик функции распределения соответствует размерам нанокристаллитов и лежит в области до 40 нм. Положение максимума в зависимости от условий получения находится в интервале 5–20 нм. Второй максимум имеет агломерационную природу и характеризует размеры агломератов, размеры которых варьируются в диапазоне 100–700 нм [29, 30-32].

Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) было установлено, что порошки кобальта представляют собой сложные агломераты преимущественно сферической формы, имеющие микронный размер и состоящие из наноразмерных составных частей [31, 32]. Комплексное исследование нанопорошков кобальта современными физико-химическими методами показало, что морфология частиц кобальта полученных восстановлением малорастворимых карбонатов имеет многоуровневую пространственную организацию [29].

 Заключение

Таким образом, показано, что при восстановлении малорастворимых прекурсоров, в частности карбонатов, сильным восстановителем происходит образование нанопорошков кобальта. Установлено, что концентрация восстановителя и температура оказывают незначительное влияние на размер частиц. Получаемые таким способом нанопорошки кобальта имеют многоуровневую пространственную морфологию.


Библиографический список
  1. Попова А.Н., Захаров Ю.А., Пугачёв В.М., Додонов В.Г. Плотность наноразмерных порошков систем железо – никель и железо – кобальт // Перспективные материалы. 2011. № 13. С. 699-704.
  2. Захаров Ю.А., Попова А.Н., Пугачёв В.М. Образование твёрдых растворов железо-кобальт // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2010. Т. 7. № 3. С. 32-35.
  3. Датий К.А., Зюзюкина Е.Н., Попова А.Н., Захаров Ю.А., Пугачев В.Г., Додонов В.М. Наноразмерные порошки смешанных гидроксидов металлов подгруппы железа // Письма о материалах. 2015. Т. 5. № 1 (17). С. 105-109.
  4. Кагакин Е.И, Лапсина П.В., Додонов В.Г. Формирование структуры металлического серебра в процессе электрохимического восстановления микрокристаллов AgHal // Вестник Кемеровского государственного университета. 2008. №2(34). С.224-227.
  5. Захаров Ю.А., Попова А.Н., Пугачев В.М., Колмыков Р.П., Додонов В.Г. Наноразмерные твердые растворы на основе металлов группы железа // Роснанотех 09 / Rusnanotech 09 Сборник тезисов докладов участников II Международного форума по нанотехнологиям. 2009. С. 364-367.
  6. Лапсина П.В., Кагакин Е.И., Додонов В.Г. Формирование наночастиц металлического серебра при химическом восстановлении микрокристаллов AgHal // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2010. № 6. С.130-133.
  7. Захаров Ю.А., Пугачев В.М., Додонов В.Г., Васильева О.В., Просвирин И.П., Богомяков А.С., Попова А.Н., Ростовцев Г.А., Датий К.А., Зюзюкина Е.Н. Особенности свойств наноразмерных порошков многокомпонентных систем переходных металлов // Cборник: Функциональные материалы и высокочистые вещества Труды IV Международной конференции. 2012. С. 44-46.
  8. Zakharov Y.A., Pugachev V.M., Popova A.N., Dodonov V.G., Karpushkina Y.V., Tolochko B.P., Bogomyakov A.S., Kriventsov V.V. Structure of nanosize bimetals Fe-Co and Fe-Ni // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2013. Т. 77. № 2. С. 142-145.
  9. Пугачев В.М., Попова А.Н., Зюзюкина Е.Н., Захаров Ю.А. Исследование продуктов синтеза наноразмерных систем Fe-Co // Вестник Кемеровского государственного университета. 2012. № 4-2 (52). С. 174-180.
  10. Захаров Ю.А., Пугачев В.М., Попова А.Н., Ростовцев Г.А., Богомяков А.С. Структурные и магнитные свойства наноразмерной системы Fe-Co // Вестник Кемеровского государственного университета. 2013. № 3-3 (55). С. 80-82.
  11. Датий К.А., Попова А.Н., Зюзюкина Е.Н. Влияние температуры на фазовый состав наноструктурированной системы Fe-Co-Ni // Вестник Кемеровского государственного университета. 2014. № 4-3 (60). С. 130-134.
  12. Попова А.Н. Синтез и физико-химические свойства наноразмерных систем Fe-Co и Fe-Ni // Автореферат дисс. на соискание ученой степени канд. хим. наук, Кемерово. 2011. 16 с.
  13. Захаров Ю.А., Попова А.Н., Пугачев В.М., Додонов В.Г. Наноразмерные порошки системы железо-кобальт // Cборник: Свиридовские чтения Сборник статей V конференции по химии и химическому образованию. 2010. С. 24-32.
  14. Попова А.Н., Захаров Ю.А. Способ получения наноразмерных порошков твердого раствора железо-кобальт // патент на изобретение RUS 2432232 05.04.2010
  15. Захаров Ю.А., Пугачев В.М., Кривенцов В.В., Попова А.Н., Толочко Б.П., Богомяков А.С., Додонов В.Г., Карпушкина Ю.В. Структура наноразмерных биметаллов Fe-Co и Fe-Ni // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2013. Т. 77. № 2. С. 164-167.
  16. Лапсина П.В, Кагакин Е.И, Додонов В.Г., Пугачев В.М., Созинов С.А. Наноструктурированные порошки никеля: получение и некоторые свойства // Ползуновский вестник. 2014. № 3. С. 147-150.
  17. Попова А.Н. Наноразмерные порошки систем железо-кобальт и железо-никель: получение и некоторые свойства // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2008. Т. 5. № 2. С. 109-114.
  18. Кагакин Е.И., Лапсина П.В., Пугачев В.М., Додонов В.Г., Созинов С.А. Получение наноразмерных двойных систем Ni-Co // Ползуновский вестник. 2014. №3. С.151-154.
  19. Захаров Ю.А., Пугачёв В.М., Додонов В.Г., Попова А.Н. Наноразмерные металлы группы железа // Cборник: Физико-химические процессы в неорганических материалах (ФХП-10) Международная конференция: доклады: в 2 томах. ответственный редактор Е. И. Кагакин. 2007. С. 293-299.
  20. Лапсина П.В., Кагакин Е.И., Додонов В.Г. Получение наноструктурированных порошков серебра, никеля и кобальта из их кристаллических солей // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 4-5. С. 1414-1417.
  21. Захаров Ю.А., Попова А.Н., Пугачев В.М., Додонов В.Г., Колмыков Р.П. Наноразмерные металлы группы железа и их взаимные двухкомпонентные системы // Роснанотех 08. I Международный форум по нанотехнологиям. Сборник тезисов докладов научно-технологических секций. 2008. С. 759-761.
  22. Лапсина П.В., Кагакин Е.И., Додонов В.Г., Пугачев В.М. Получение наноструктурированных порошков серебра из дисперсий AgBr // Бутлеровские сообщения. 2015. Т.43. №7. С. 29 – 32.
  23. Zaharov Y.A., Pugachev V.M., Dodonov V.G., Popova A.N., Kolmykov R.P., Rostovtsev G.A., Vasiljeva O.V., Zyuzyukina E.N., Ivanov A.V., Prosvirin I.P. Nanosize powders of transition metals binary systems // Journal of Physics: Conference Series. 2012. Т. 345. № 1. С. 012024.
  24. Popova A.N. Synthesis and characterization of iron-cobalt nanoparticles // Journal of Physics: Conference Series. 2012. Т. 345. № 1. С. 012030.
  25. Лапсина П.В., Кагакин Е.И., Попова А.Н, Додонов В.Г. Получение наноструктурированных оксидов никеля и кобальта // Бутлеровские сообщения. 2015. Т.44. №11. С. 55- 59.
  26. Захаров Ю.А., Попова А.Н., Пугачев В.М. Фазовый состав наноразмерных порошков системы железо-кобальт // Ползуновский вестник. 2009. № 3. С. 60-62.
  27. Кагакин Е.И., Лапсина П.В., Додонов В.Г., Пугачев В.М. Влияние температуры процесса восстановления карбоната никеля на характеристики ультрадисперсного никеля // Вестник КемГУ. 2012. № 4-1 (52). С. 264-267.
  28. Лапсина П.В., Додонов В.Г., Пугачев В.М., Кагакин Е.И. Получение ультрадисперсного кобальта восстановлением кристаллического карбоната кобальта // Вестник КемГУ. 2012. № 4-1 (52). С. 267-271.
  29. Лапсина П.В. Наноструктурированные порошки Ni, Co и системы Ni-Co, полученные восстановлением кристаллических карбонатов водным раствором гидразингидрата // Автореферат дис. на соискание ученой степени канд. хим. наук. КемГУ, Кемерово. 2013.
  30. Лапсина П.В., Кагакин Е.И., Додонов В.Г., Пугачев В.М. Химическое восстановление малорастворимых солей никеля и кобальта с получением наноструктурированных металлов // Бутлеровские сообщения. 2012. Т. 32. № 13. С. 55-59.
  31. Lapsina P., Kagakin E., Popova A., Vladimirov A., Sachkov V. Effect of synthesis Conditions on Size Characteristics of Nickel and Cobalt Nanostructured Powders // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 683. pp. 181-186.
  32. Лапсина П.В., Кагакин Е.И., Попова А.Н., Додонов В.Г. Влияние условий получения на форморазмерные характеристики наноструктурированных порошков никеля и кобальта // Письма о материалах. 2015. Т.5. №4. С. 394-398.


Все статьи автора «h991»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация