CC BY
132
345 с.
6. Жуков М.Ф., Калиненко Р.А., Левицкий А.А., Полак Л.С. Плазмохимическая переработка угля. - М.: Наука, 1990. - 200 с.
7. Белосельский Б.С. Технология топлива и энергетических масел. - М.: Изд-во МЭИ, 2003. -340 с.
8. Химические вещества из угля / под ред. И.В. Калечица. - М.: Химия, 1980. - 520 с.
9. Рапопорт И.Б. Искусственное жидкое топливо. - М.: Изд-во нефтяной и горно-топливной литературы, 1955. - 450 с.
10. Буянтуев С.Л., Бадмаев Л.Б. Газификация угля в плазменных реакторах // Вестник БГУ. -2005. - №4. - С. 21-26
11. Патент РФ №2171431 от 27.07.2001. Двухступенчатый способ термической подготовки пылевидного топлива и установка для его осуществления / С.Л. Буянтуев, Д.Б. Цыдыпов, А.Ц. Доржиев и др.
УДК 54.G5:544.G3
О СОЗДАНИИ НОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ И ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
С.Л. Буянтуев *,***, Б.Б. Дамдинов*,**, А.С. Кондратенко*, А.В. Номоев*, Л.И. Худякова****
*Бурятский государственный университет, Улан-Удэ **Отдел физических проблем Бурятского научного центра СО РАН, Улан-Удэ ***Восточно-Сибирский государственный технологический университет, Улан-Удэ ****Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ
Рассмотрены вопросы синтеза нанокомпозитных материалов по типу металл-диэлектрик, в частности Cu2O-SiO2. Получены наночастицы закиси меди и диоксида кремния. Показано, что размер наночастиц не превышает J00 нм. Получены композитные материалы с помощью прессования и спекания нанопорошков, проведено их исследование на сканирующем зондовом микроскопе. Ставится задача получения серебросодержащих композитов.
Ключевые слова: композитный материал, нанопорошок, прессование, спекание, сплавление, оптические свойства.
ABOUT THE CREATING OF NOVEL COMPOSITE MATERIAL BASED ON METAL AND SILICA DIOXIDE NANOPARTICLES S.L. Buyantuev, B.B. Damdinov, A.S. Kondratenko, A.V. Nomoev, L.I. Khudyakova Buryat State University, Ulan-Ude Department of Physical Problem of Buryat Scientific Center of SB RAS, Ulan-Ude Baikal Institute of Natural Management of SB RAS, Ulan-Ude East Siberian State Technological University, Ulan-Ude
The article deals with questions of metal-dielectric nanocomposite materials synthesis, for example of Cu2O-SiO2. Nanoparticles of Cuprum (I) oxide and Silica dioxide have been made. It was shown that nanoparticles have size less than 100 nm. Composite materials were given by pressing and heating, the materials have been investigated by Solver Next microscope. Creating of materials with Ag as component is planning.
Key words: composite material, nanopowder, pressing, heating, melting, optical properties.
При решении ряда научно-технических задач приходится сталкиваться с необходимостью перехода на композитные материалы с новыми свойствами. Речь идет об оптических, акустических, тепловых и других свойствах, которые могут кардинально изменяться в композитах при сравнении с известными и широко применяемыми материалами.
В данной статье рассматривается возможность создания нанокомпозитного материала, состоящего из наночастиц закиси меди (куприта) Cu2O и диоксида кремния SiO2. Cu2O был использован нами на начальном этапе для отработки методики получения нанокомпозитных материалов. Размеры кристаллов Cu2O не превосходят величины 100 нм (прохождение через поры плотных химических фильтров) [1, 2].
Для получения данного вещества мы использовали гидроксид меди (II), приготовленный непосредственно перед опытом. Для его получения прибавили к раствору сульфата меди CuSO4 гидроксид натрия NaOH:
CuSO4 + 2NaOH ^ Cu(OH)2 + Na2SO4
К жидкости со светло-голубым осадком гидроксида меди (II) Cu(OH)2 прибавили жидкость, содержащую альдегид, а затем нагрели смесь. Таким образом, сначала получили коллоидный желтый осадок гидроксида меди (I) CuOH, который (из-за нестойкости) превратился в красный оксид меди (I) Cu2O.
Окончательное превращение достигалось нагреванием раствора:
2CuOH ^ Cu2O + H2O
Данная реакция еще известна под названием «реакция медного зеркала» (рис. 1) [3].
Таким образом, основной задачей наших исследований является создание нанокомпозитного материала: полупроводник (Cu2O) - диэлектрик, где наночастицы оксида распределены по объему матрицы диоксида кремния, и изучение акустических и оптических свойств полученного композита в зависимости от размера, формы и степени распределения (агрегатирования) нановключений.
Еще раз отметим неслучайность выбора Cu2O из-за аналогии с Ag2O [4]. Имеется в виду возможность начального исследования комбинаций имеющихся материалов, а на основе полученного опыта создание уже Ag-содержащего нанокомпозита. Нами рассматривается возможность создания аналога Cu2O - закиси серебра Ag2O (в коллоидном состоянии), а уже из него получения (из-за необратимого разложения при высокотемпературной обработке) наносеребра. В данном случае мы будем иметь возможность предварительно обработать SiO2 коллоидной закисью серебра Ag2O в разных пропорциях с последующим спеканием или сплавлением полученного состава для разложения оксида и придания составу нанокомпозитных свойств.
На сканирующем зондовом микроскопе Solver Next были получены фотографии наночастиц закиси меди. На рис. 2. представлены результаты исследования. Видно, что размер наночастиц Cu2O имеет порядок 1GG нм. Вызывает интерес получение композитных материалов из наночастиц диоксида кремния и закиси меди при различных концентрациях, размерах и распределении в композите.
Рис. 1. Реакция «Медное зеркало»
Рис. 2. Микрофотографии закиси меди, полученные на сканирующем зондовом микроскопе Solver Next.
Рис. 3. Электронная фотография нанопорошка диоксида кремния
Рис. 4. Схема установки: 1-пылепитатель; 2-парогенератор; 3,4-механизм подачи электрода; 5-источник питания плазмотрона; 6-электромагнитная катушка; 7-источник питания электромагнитной катушки; 8-реактор; 9-камера разделения; 10-камера сгорания; 11-скруббер; 12- фильтр очистки газа; 13-система водяного охлаждения и очистки газа; 14- шлакосборник; 15-основание
Ранее в ходе выполнения проекта РФФИ (проект РФФИ 07-02-90103-Монг-а) был получен нанопорошок диоксида кремния путем радиационного воздействия электронных пучков на твердотельный 8Ю2 с последующим быстрым охлаждением высокотемпературного пара и конденсацией вещества в виде наночастиц (рис. 3). При данном виде обработки вещества испаряются под воздействием мощного релятивистского концентрированного пучка электронов при атмосферном давлении. Далее высокотемпературный пар быстро охлаждается несущим газом, вещество конденсируется и затвердевает в виде наночастиц, которые улавливаются и в окончательном виде образуют порошкообразный целевой продукт. Универсальность применяемого способа в возможности получения различных классов веществ при относительно высокой производительности налицо. К настоящему моменту получены нанодисперсные порошки: оксидов - диоксида и оксида кремния (8Ю2, 8Ю) [5, 6].
Нами планируется применение низкотемпературной плазмы для плавления нанопорошков 8Ю2 с добавками Ag2O или наночастиц Ag для получения нанокомпозитного материала на плазменной установке для плавления различных тугоплавких материалов. Новизна метода переработки низкотемпературной плазмой определяется безинерционным плавлением тугоплавких материалов, высокой скоростью физических превращений, высокой текучестью расплава и чистотой получаемого материала. Установка представляет собой плазменный реактор, который содержит стержневой катод и цилиндрический анод, служащий тиглем для расплава тугоплавких порошковых материалов (рис. 4). Измельченный материал попадает в плазменный реактор сверху через отверстие в крышке реактора, в нижней части плазменного реактора расположен лоток, через который вытекает расплав. Наиболее близким аналогом является плазменный реактор для переработки мелкодисперсных частиц угля с целью получения нанопористых сорбционных материалов [7]. Планируется применение данного типа плазменного реактора [8], в котором плавили тугоплавкие материалы (базальт, стекло, золошлаки) для плавления нанокомпозитов диоксида кремния с металлическими нановключениями.
Таким образом, ближайшей задачей является получение композитного материала методами прессования, спекания и сплавления нанопорошков и проведение сравнительного анализа свойств новых композитных наноматериалов, полученных данными способами. Для характеризации полученных объектов мы используем методы просвечивающей электронной микроскопии для определения размера и формы наночастиц в композите; оптическую спектроскопию для определения электронной структуры полученных объектов; порошковую рентгеновскую дифракцию для структурных исследований.
Все вышеуказанное определяет перспективу конечного результата - разработку метода получения нанокомпозитных материалов с новыми свойствами на основе наночастиц диоксида кремния и благородных металлов.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант 09-02-00748а.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зайцев О.С. Исследовательский практикум по общей химии. - М.: Изд-во МГУ, 1994. - 480 с.
2. Керейчук А.С., Петухова Э.Е. Аналитическая химия. Количественный анализ. - СПб.: Химия, 1994. - 328 с.
3. Степаненко Б.Н. Органическая химия. - М.: Медицина, 1980. - 320 с.
4. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Химические свойства неорганических веществ. -
М.: Химия, 2000. - 480 с.
5. Патент РФ №2067077 от 27.09.96. БИ. №27. Способ получения ультрадисперсной двуокиси кремния, устройство для его осуществления и ультрадисперсная двуокись кремния / В.П. Лукашов, С.П. Бардаханов, Р. А. Салимов, А.И. Корчагин, С.Н. Фадеев, А.В. Лаврухин.
6. Бардаханов С.П., Корчагин В.И., Куксанов Н.К., Лаврухин А.В., Салимов Р.А., Фадеев С.Н., Черепков В.В. Получение нанопорошков испарением исходных веществ на ускорителе электронов при атмосферном давлении // ДАН. - 2006. - Т.409, №3. - С. 320-323.
7. Патент РФ №2314996 от 20.01.08. БИ. №2. Способ получения активированного угля и
установка для его осуществления / С. Л. Буянтуев, И.В. Старинский.
8. Патент РФ №2270810 от 27.02.06. БИ. №6. Способ получения минеральной ваты и установка для его осуществления / С. Л. Буянтуев, В. Д. Сультимова.
