CC BY
1Физика Водных Растворов
Приглашенный доклад
ФЕНОМЕН ФОРМИРОВАНИЯ И Ю РОСТА НАНОФИБРИЛЛ ОКСИГИДРОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ ПРИ ОКИСЛЕНИИ ПАРАМИ ВОДЫ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКИХ СПЛАВОВ Ме(А1), ГДЕ Ме = Нд, ва, 1п, вп, Б1, РЬ, И РАСПЛАВА А1
1 Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН, Ленинский проспект, 31, 119071, Москва, Россия 2 НИЦ КИ Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, г.Гатчина, мкр. Орлова роща, д. 1, 188300, Ленинградская обл., Россия е-mail: [email protected]
Впервые феномен формирования и 1D роста нанофибрилл оксигидроксида алюминия при окислении парами воды поверхности жидкометаллического сплава Hg(Al) был описан H. Wislicenus [1], позднее аналогичные процессы были обнаружены при окислении парами воды поверхности жидких растворов Me(Al), где Me = Hg, Ga, In, Bi, Pb, а также для расплава чистого Al в среде влажного аргона [2]. Но до настоящего времени механизм зарождения, формирования и 1D роста нанофибрилл оксигидроксидов алюминия диаметром ~ 5-9 нм при окислении поверхности жидкометаллических сплавов Me(Al) в диапазоне температур от 20 до 670 °С остаётся не решённой фундаментальной физико-химической проблемой. Тем не менее, экспериментальные исследования и анализ условий протекания реакций окисления парами воды жидких растворов Me(Al) позволили предложить ряд новых лабораторных нанотехнологий, имеющих перспективы прикладного использования. Основной вклад в развитие этого направления нанотехнологий внесли исследования, выполненные в LSPM UPR3407 CNRS во Франции [2]; а также в России, в результате сотрудничества ФЭИ им. А.И. Лейпун-ского и ИФХЭ им. А.Н. Фрумкина РАН, где были разработаны и запатентованы способы синтеза оксидных 3D наноструктур путём окисления жидкометаллических расплавов Me(Al), Me = Ga, In, Sn, Bi, Pb во влажном воздухе или аргоне [3]. Установлено, что все синтезированные оксидные 3D наноматериалы имеют свойства близкие к классическим аэрогелям, но имеют принципиальное отличие в способе синтеза - одностадийный процесс формирования и 1D роста нанофибрилл в отсутствии жидкофазного геля. Все синтезированные на-номатериалы являются рентгеноаморфными и содержат, как химически связанную структурную воду, так и молекулярную воду в межслоевом пространстве предбемитной структуры, а также физически связанную или адсорбированную молекулярную воду на поверхности. Отжиг оксидных 3D наноструктур в диапазоне 25 -1700 °С существенно изменяет их физико-химические свойства: средний диаметр фибрилл возрастает от ~5 до ~300 нм, структура аморфного гидратированного псевдобемита Al2O34,6H2O последовательно трансформируется в кристаллические фазы: у-, 0-, и a-Al2O3. Открытая пористость и монолитность 3D наноструктуры сохраняются при отжиге, но линейные размеры образцов изотропно и кратно уменьшаются, но изменяются их физические свойства: объёмная плотность от ~ 0,02 до 3 г/см3, открытая пористость от 99,6% до 25%, более 100 раз уменьшается удельная поверхность. Предложена количественная физическая модель, описывающая эволюцию 3D наноструктуры при отжиге [4,5]. Особый интерес для исследований представляет селективность связывания спиновых изомеров Н2О, как при формировании наноструктуры оксигидроксида, так и изменения соотношений орто/пара компонент при адсорбции паров воды. Новые 3D наноструктуры являются перспективной основой для создания функциональных наноматериалов: нелинейные оптические среды, фотонные кристаллы, элементы оптики ИК, ТГц и ГГц, сенсорные устройства.
Литература:
[1] Wislicenus, H. // Zeitschrift Chemie Industrie Kolloide. 1908. V. 2. P. XI-XX.
[2] Vignes, J-L., Mazerolle, L., Michel, D. // Key Eng. Mater. 1997. V. 132-136. P. 432-435.
[3] Мартынов, П. Н., Ходан, А. Н., Асхадуллин, Р. Ш. и др. // Новые промышленные технологии. 2008. Т. 4, С. 48-52.
[4] Khodan, A., Nguyen, T. H. N., Esaulkov, M. et al. // J. Nanopart. Res. 2018. V. 20. P. 194-201.
[5] Khodan, A., Kanaev, A., Esaulkov, M. et al. // Nanomaterials 2022. V. 12. P. 3591-3613.
Ходан А.Н.,1 Копица Г.П.2
