Получение из пентагональных нанообъектов готовых изделий и нанопорошковых материалов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 539.3

ПОЛУЧЕНИЕ ИЗ ПЕНТАГОНАЛЬНЫХ НАНООБЪЕКТОВ ГОТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ И НАНОПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

© А. А. Викарчук

Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти, Россия, e-mail: fti@tltsu.ru

Ключевые слова: нанообъекты; наноструктуры; пентагональная симметрия; электроосаждение металла.

В работе показано, что методом электроосаждения металла можно получить большое многообразие нанообъектов в виде: отдельных наночастиц, имеющих кристаллическое, декаэдрическое и икосаэдрическое строение; вискеров, усов; наноразмерных слоев; микрочастиц, имеющих развитую поверхность и большую долю поверхностных атомов, а также микрочастиц и микротрубок с полостью, окруженной наноразмерной оболочкой. Показано, что из нанообъектов (затравка), используя комбинированную технологию (электроосаждение и термообработка), можно вырастить готовые микроизделия в виде: полых микропроводов, композиционной микропроволоки, зондов, микроконтейнеров и эффективных катализаторов.

В настоящее время основными способами получения металлических наночастиц являются нуклеация из газовой фазы с использованием различных методов физического и химического осаждения паров на подложку, методы механического измельчения, а также их рост из аморфных сплавов в процессе термообработки. Одним из наиболее перспективных способов получения металлических наночастиц, особенно с пентагональной симметрией, является электроосаждение металлов [1]. Основными достоинствами этого способа являются сравнительно простая технология, низкая себестоимость, возможность автоматизации и практически неограниченные возможности варьирования свойств получаемых объектов.

К наномиру относят объекты и структуры, размеры которых не превышают 100 нм. Считается, что специфика нанообъектов с размерами 10-100 нм связана с поверхностными явлениями, т. к. число атомов на поверхности при данных размерах превышает 1 %, для размеров менее 10 нм становятся ярко выражены квантовые эффекты, которые значительно влияют на свойства таких объектов.

Для создания металлических нанообъектов с использованием метода электрокристаллизации металла мы использовали нижеперечисленные способы.

1. Непосредственное выращивание частиц и усов до предельных наноразмеров (порядка 100 нм) путем ограничения времени электроосаждения. Эксперименты показывают, что в этом случае большинство нанообъектов имеют структуру с икосаэдрическим или де-каэдрическим расположением атомов, но не имеют огранки (рис. 1 а-б), т. е. получаются в форме сферических частиц или стержней. В дальнейшем из них в процессе электроосаждения металла формируются кристаллические пентагональные объекты (икосаэдриче-ские малые частицы (ИМЧ), пентагональные стержни,

трубки), детально описанные в работе [2].

2. Получение наноструктурированных и нанораз-мерных пленок и покрытий (рис. 1, в), формирующихся при электрокристаллизации металла в нестационарных условиях.

3. Выращивание нанообъектов в виде пентаго-нальных частиц и трубок, имеющих микроразмеры (рис. 1, г-д), но полость внутри. Микрочастицы и трубки, имеющие наноразмерную оболочку, окружающую внутреннюю полость, обладают наносвойствами и относятся к нанообъектам.

4. Получение нанообъектов в виде частиц с развитой поверхностью (рис. 1, е-ж) в процессе электрокристаллизации металла или последующей термообработки пентагональных икосаэдрических микрочастиц.

5. Получение в процессе термообработки ИМЧ, полученных методом электроосаждения, нанопористо-го материала (пленки, покрытия, слои) (рис. 1, з).

Полученные методом электроосаждения металла пентагональные металлические нанообъекты в виде частиц, усов, стержней, трубок могут использоваться как затравка для непосредственного выращивания (изготовления) уже готовых изделий в виде полого микропровода, прочной композиционной проволоки, игл, щупов, зондов, кантилеверов, крючков, наношприцев, нанофильтров и контейнеров для хранения и доставки лекарств и др.

ЛИТЕРАТУРА

1. Викарчук А.А., Воленко А. П., Ясников И. С. Дефекты и структуры, формирующиеся при электрокристаллизации ГЦК-металлов. СПб., Изд-во Политехника, 2004. 216 с.

2. Викарчук А.А., Воленко А. П. Пентагональные кристаллы меди, многообразие форм их роста и особенности внутреннего строения // Физика твёрдого тела. 2005. Т. 47. Вып. 2. С. 339-344.

Рис. 1. Многообразие нанообъектов, получаемых методом электроосаждения меди: а) наночастица; б) наноигла; в) нанодвойнико-вая структура; г) частица с развитой поверхностью; д-е) трубка и частица с полостью, окруженной наноразмерной оболочкой; ж-з) нановискеры и нанопористое покрытие на металлическом сетчатом каркасе

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (г/к № П2382 и № П2620).

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Vikarchuk A.A. Reception microproducts and nanopowder materials from pentagonal nanoobjects.

In this work it is shown that by means of method of electrodeposition of metal it is possible to receive the big variety of nanoobjects in a kind: separate nanoparticles having crystal, decahe-

dral and icosahedral structure; whiskers; nanoscale layers; microparticles having big surface and big share of superficial atoms, and also microparticles and microtubes with a cavity surrounded nanoscale cover. It is shown that from nanoobjects (for starters), using the combined technology (electrodeposition and heat treatment) it is possible to grow up microproducts in a kind: hollow or composite microwire, probes, microcontainers and effective catalysts.

Key words: nanoobjects; nanostructures; pentagonal symmetry; electrodeposition of metal.