Введение
На сегодняшний день область применения наноразмерных и наноструктурированных порошков на основе переходных металлов постоянно расширяется. Такие материалы находят применение в качестве магнитных жидкостей, катализаторов, широко используются в медицине и биологии.
Для получения нанопорошков переходных металлов используют как физические, так и химические методы. Большинство физических методов получения нанопорошков требуют наличия специального сложного дорогостоящего оборудования, при этом трудно контролировать химических состав конечного получаемого продукта. В связи с этим наибольшее распространение получили химические методы синтеза. Они отличаются технологической простотой и экономичностью, а также возможностью регулировать процесс получения порошков на каждой стадии. При этом конечный продукт не загрязнен посторонними примесями и обладает заданными характеристиками.
Наиболее распространенным методом получения нанопорошков металлов, а также их систем является химическое восстановление соответствующих солей сильным восстановителем таким, как гидразингидрат [1-26].
Результаты и их обсуждение
Нанопорошки никеля получали восстановлением малорастворимого карбоната никеля водным раствором гидразингидрата [27-29]. Процесс восстановления проводили при нагревании. Также варьировали концентрацию восстановителя от 0,2–2,5 моль/л.
Полученные таким способом нанопорошки подвергались комплексному исследованию. Фазовый состав и дисперсную структуру исследовали методами малоугловой и широкоугловой рентгенографии [27]. Информацию о рельефе поверхности, размере и форме агломератов получали при помощи растровой электронной микроскопии.
Рентгенофазовый анализ показал, что образцы представляют собой рентгенографический никель, оксидных или гидроксидных фаз обнаружено не было [27, 28]. Согласно результатам рентгенофлуоресцентного анализа содержание никеля в образцах составляет не менее 95 масс.%.
Было изучено влияние условий получения, в частности, концентрация восстановителя и температурный режим, на процесс восстановления и форморазмерные характеристики нанопорошков никеля. В зависимости от количества гидразина для порошков никеля наблюдается незначительное увеличение размера нанокристаллитов и уменьшение среднего размера агломератов [27]. Повышение температуры приводит к значительному росту скорости восстановления, при этом размер агломератов уменьшается. Был выбран оптимальный температурный интервал, который составил 80-95ºС [30-32].
Результаты, полученные методом малоуглового рассеяния рентреновских лучей (МУР) показали, что функции распределения частиц никеля по размерам независимо от условий синтеза (концентрации восстановителя, температуры) имеют бимодальное распределение. Первый пик функции распределения лежит в области до 40 нм. Положение максимума в зависимости от условий получения варьируется в диапазоне от 5 до 20 нм. Второй максимум, гораздо более широкий и пологий, находится в интервале 100–700 нм. Независимо от формы агломератов и условий синтеза порошков, характер и положение первого пика идентичны для всех образцов. Это может говорить о наличие тонкой структуры – нанокристаллитов, из которых складываются разные виды агломератов. Второй максимум, по-видимому, имеет агрегационную природу и характеризует размеры агломератов [27, 32].
Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) с использованием сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM6390 SEM было установлено, что порошки никеля представляют собой сложные агломераты сферической формы, имеющие микронный размер и состоящие из наноразмерных составных частей.
Сопоставляя результаты, полученные различными методами, можно сделать заключение о том, что морфология частиц никеля, полученных восстановлением малорастворимых карбонатов, описывается в рамках многоуровневой пространственной организации порошков: нанокристаллиты размером до 40 нм, которые слагаются в агломераты I уровня, имеющие размеры 100–700 нм. Эти агрегаты, в свою очередь, могут ассоциироваться в более крупные частицы II уровня микронных размеров, которые способны к взаимодействию между собой с образованием рыхлых агломератов III уровня [27].
Заключение
Приведенные результаты показывают, что метод химического восстановления малорастворимых карбонатов с использованием гидразингидрата в качестве восстановителя позволяет получать наноструктурированные порошки никеля высокой чистоты. Установлено, что условия получения такие, как концентрация восстановителя и температура, оказывают влияние на размер частиц. Получаемые таким способом нанопорошки никеля имеют многоуровневую пространственную морфологию.
Библиографический список
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Попова А.Н., Захаров Ю.А. Способ получения наноразмерных порошков твердого раствора железо-кобальт // патент на изобретение RUS 2432232 05.04.2010
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Popova A.N. Synthesis and characterization of iron-cobalt nanoparticles // Journal of Physics: Conference Series. 2012. Т. 345. № 1. С. 012030.
- 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.
- Захаров Ю.А., Попова А.Н., Пугачев В.М. Фазовый состав наноразмерных порошков системы железо-кобальт // Ползуновский вестник. 2009. № 3. С. 60-62.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Количество просмотров публикации: Please wait