docSlajd 1
download 
Reklamacja Transkrypt
Slajd 1
2012-05-28 Synteza Nanoproszków Metody Chemiczne II Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Bottom Up – Metody chemiczne • • • • • • • • • • • Wytrącanie, współstrącanie, Mikroemulsja, Metoda hydrotermalna, Metoda solwotermalna, Zol-żel, Synteza fotochemiczna, Synteza sonochemiczna, Spray pyrolysis, Flame pirolysys, SHS, … Czy tylko wymuszona reakcja (np. hydroliza) prowadzi do przesycenia? Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spray pyrolysis, flame pyrolysis Zasada metody: 1. wytworzenie aerozolu (mgły); 2. wprowadzenie jej do obszaru o podwyższonej temperaturze – piec, filtr piec mgła płomień; elektrostatyczny 3. odseparowanie proszku; gaz nośny i/lub reakcyjny roztwór kationów 2.6 MHz 1 2012-05-28 Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spray pyrolysis, flame pyrolysis Co się dzieje w trakcie wzrostu temperatury? ciepło parowanie dyfuzja PAROWANIE ROZPUSZCZALNIKA WYTRĄCANIE FAZY STAŁEJ SUSZENIE ROZKŁAD AGREGACJA Nanoproszki NanoproszkiCeramiczne Ceramiczne––Wykład WykładIV IV––Metody MetodyChemiczne ChemiczneIII Spray pyrolysis, flame pyrolysis Jak kontrolować morfologię proszku? wysoka rozpuszczalność pojedyncze cząstki pojedyncza kropla odparowanie rozpuszczalnika rozkład termiczny słabe agregaty niska rozpuszczalność mocne agregaty Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spray pyrolysis, flame pyrolysis Synteza BaZrO3, roztwór azotanów, spray pyrolysis 2 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spray pyrolysis, flame pyrolysis wielkość cząstek BaZrO3 wielkość krystalitów, nm wielkość krystalitów BaZrO3 500 wielkość cząstek, nm 60 55 50 45 40 35 30 25 400 300 200 100 0,1 800 0,01 tem 1000 per atu r a, o 1200 C 1E-3 że stę ,M nie 0,1 800 0,01 tem 1000 per a tu r a, o 1200 C 1E-3 stę że , nie M Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spray pyrolysis, flame pyrolysis SASP 0,2 M Zn(NO3)2 + 1 % at. Mn(NO3)2 + 1 M tiomocznik, 600°C, produkt ??? Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spray pyrolysis, flame pyrolysis g-Al2O3 Al(NO3)3 + poliglikol etylenowy, bezwodny etanol 3 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Synteza w stopionych solach Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne I Spalanie, SHS Czy szybko zachodzące nanoproszków? reakcje mogą prowadzić do syntezy Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS SHS – samopodtrzymująca się reakcja wysokotemperaturowa Zewnętrzne źródło ciepła Chemiczna reakcja egzotermiczna Ciepło wydzielone w czasie reakcji Ciepło odprowadzone I II III IV i. szybkość wydzielania ciepła < szybkość odprowadzania ciepła ii. szybkość wydzielania ciepła = szybkość odprowadzania ciepła iii. szybkość wydzielania ciepła > szybkość odprowadzania ciepła 4 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS zapłon lokalny wybuch termiczny Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS Co można syntezować metodą SHS • tlenki 4Al + 3O2 → 2Al2O3 • węgliki • azotki Si + C → SiC 3Si + 2N2 → Si3N4 • tlenoazotki 2Al + 2Al2O3 + N2 → 2Al3O3N • związki międzymetaliczne • nanolaminaty Al + 3Ti → Ti3Al 3Ti + Si + 2C → Ti3SiC2 • tlenki podwójne 4Al + CaO +3O2 → CaAl4O7 •… Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS Czy w tym proszku jest coś nano? 5 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS Czy nie można zmodyfikować metody SHS nanoproszki (małe krystality + słabe agregaty)? •SHS •SHS •SHS •SHS •SHS + + + w w tak aby syntezować intensywne mielenie; aktywacja mechaniczna; obróbka chemiczna (dyspersja chemiczna); obecność soli; obecności węgla (carbon combustion synthesis); Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS Dyspersja chemiczna (chemical dispersion) – trawienie produktów reakcji SHS w rozcieńczonych kwasach (częściej), zasadach lub solach (rzadko) – BN, AlN, Si3N4 + HNO3, H2SO4. po chemical dispersion as received Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS Spalanie w obecności soli metali alkalicznych – silnie redukujący metal (Mg) reaguje z tlenkiem metalu przejściowego (MeOx) w obecności soli alkalicznej (NaCl). Produktem są nanocząstki metalu (Me). Ciepło reakcji jest wystarczające do stopienia soli, której obecność nie dopuszcza do agregacji nanocząstek. Produkt uboczny (MgO) może być łatwo usunięty w reakcji z rozcieńczonym kwasem: TiO2 + 2Mg Ti + 2MgO 6 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS Synteza tlenków wspomagana spalaniem węgla – metoda otrzymywania tlenków, w tym złożonych, w której węgiel jest paliwem w miejsce metalu jak w standardowym SHS-ie. Duże ilości powstającej fazy gazowej prowadzą do powstania silnie porowatej mikrostruktury i zapobiegają silnej agregacji – BaTiO3, LiNbO3, BiFeO3, LaGaO3, LiMn2O4, … Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS Synteza przez spalanie roztworów (solution combustion synthesis) – reakcja spalania roztworu złożonego z silnego utleniacza (azotan) oraz silnego reduktora (glicyna, hydrazyna, aminy, mocznik). Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II Spalanie, SHS Synteza przez spalanie roztworów – jednym ze sposobów prowadzenia reakcji jest spalanie zaimpregnowanego nośnika. 7 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II CVD, CVS Chemiczne osadzanie (synteza) z fazy gazowej – CVD, CVS – reakcja chemiczna zachodzi w stanie gazowym z utworzeniem stałego produktu lub jego prekursora; substratami są związki metaloorganiczne, wodorki, chlorki itp.; w zależności od sposobu prowadzenia reakcji można otrzymać warstwy lub proszki. Parametrami kontrolującymi proces są: ciśnienie całkowite (100 Pa – 1 kPa), ciśnienia cząstkowe reagentów, temperatura (do kilkuset °C), przepływ gazu nośnego, czas reakcji, geometria reaktora. Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II CVD, CVS 3C-SiC Prekursorami są silan i acetylen (3:1): 2 SiH4 + C2H2 2 SiC + 5 H2 ciśnienie całkowite - 110 kPa, przepływ - 1000 cm3/min-1, temperatura – 1100°C. Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II CVD, CVS Si3N4 Prekursorami są silan i amoniak (1:12): 3 SiH4 + 4 NH3 Si3N4 + 12 H2 ciśnienie całkowite - 110 kPa, przepływ - 1270 cm3/min-1, temperatura – 700-1100°C. 8 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II PA-CVD Reakcja pomiędzy mikrofalowej. gazowymi reagentami zachodzi w plaźmie Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IV – Metody Chemiczne II PA-CVD SiC, 640 W, 10 dm3/min Ar, 10 g/h czterometylosilanu, 30 min, 16 nm 9
