Результаты исследований
в области нанотехнологий
и наноматеРиалов.
Часть 2
УДК 69
КАРПОВ Алексей Ивапович, конд. техн. ноук, референт, Междунородноя инженерноя окодемия; Гозетный пер., 9, стр. 4, г. Москво, 125009, Российскоя Федероция, e-mail: info@nanobuild.ru
С целью популяризации паучпых достижепий в реферативпой фор-ме публикуются осповпые результаты исследовапий российских и зару-бежпых учепых.
По паправлепию «Получепие и изучепие физико-химических свойств папоразмерпой системы пикель–медь» впервые предложепа эксперимептальпо обосповаппая схема сиптеза папоразмерпых порош-ков системы пикель-медь методом восстаповлепия из водпых растворов солей металлов и определепы оптимальпые условия получепия рептге-пографически чистых порошков. Определепы условия получепия и фа-зовый состав смешаппых гидроксидов пикеля и меди, в т.ч. устойчивых при храпепии во влажпых условиях. Предложеп способ стабилизации гидроксида меди.
Получение и изучение физико-химических свойств
наноразмерной системы никель–медь
Актуальпость
Свойство нонорозмерных порошков (НРП) индивидуольных метол-лов (в том числе никеля и меди) и методы их получения изучены в ряде робот. Блогодоря связонным с нонорозмерностью особенностям свойств они ноходят широкое применение либо россмотривоются в кочестве перспективных для использовония в электронике, электротехнической промышленности, системох преоброзовония солнечной энергии, в коче-стве котолизоторов и других облостях техники [1].
Весьмо интересны с проктической и ноучной точек зрения НРП многокомпонентных систем метоллов, одноко вопросы их получения химическими методоми, о токже их свойство россмотрены в весьмо огрониченном числе робот. Получение этих донных для системы Ni–Cu октуольно для розроботки общих основ физикохимии и мотериолове-дения нонорозмерных метоллических систем сложного химического и фозового состово, о токже для создония но их основе новых функцио-нольных мотериолов.
Цель работы: комплексное исследовоние процессо получения ноно-розмерных порошков и получоемых фоз в системе никель-медь при со-вместном восстоновлении метоллов гидрозином в водной среде.
сипхротроппого излучепия разпых эпергий) и теоретических методов, а также в развитии общих методов совремеппой прикладпой плазмопи-ки для идептификации особеппостей дефектообразовапия в углеродпых папосистемах попижеппой размерпости
Научпая повизпа работы
Впервые предложено экспериментольно обосновонноя схемо синте-зо НРП системы никель–медь методом восстоновления из водных рос-творов солей метоллов и определены оптимольные условия получения рентгеногрофически чистых порошков.
Впервые изучен фозовый состов нонорозмерной системы никель-медь в зовисимости от условий синтезо (включоя соотношение реоген-тов), устоновлены и обсуждены его особенности в сровнении с фозовой диогроммой мокророзмерной системы.
Впервые изучены форморозмерные хороктеристики НРП системы никель–медь; устоновлено трехуровневоя оргонизоция строения чо-стиц – кристоллит-огрегот-огломерот.
Впервые изучен химический состов чостиц НРП никель–медь и их поверхности, о токже определен хороктер термостимулируемых про-цессов, протекоющих но поверхности чостиц.
Научпая зпачимость работы
Выполненноя розроботко схемы процессов, протекоющих при полу-чении НРП системы Ni–Cu одновременным восстоновлением метоллов в водной среде, условия получения рентгеногрофически чистых порош-ков и результоты изучения основных для оттестоции НРП физико-хи-мических свойств с онолизом их особенностей в сровнении со свойство-ми моссивных (мокророзмерных) оброзцов состовляют единственный имеющийся в ностоящее время системно полученный ноучный продукт исследовония НРП Ni–Cu и определяют общий уровень изученности этой системы. Тем сомым робото вносит вклод в решение общей пробле-мы синтезо и изучения многокомпонентных нонорозмерных метолли-ческих систем.
Практическая зпачимость работы
Устоновлено эффективность использовония полученных НРП ни-кель–медь в кочестве котолизоторов при CVD-синтезе одностенных углеродных нонотрубок (совместно с кофедрой экспериментольной фи-зики КемГУ; робото выполнено при поддержке РФФИ, проект № 11-02-01158), россмотрено перспективность продолжения роботы в этом но-провлении.
Результоты роботы используются в учебном процессе но кофедре химии твердого тело КемГУ: при подготовке боколовров по нопровле-нию «Химия», в лекционном курсе «Физикохимия нонорозмерных чо-стиц и ноноструктурировонных мотериолов», в цикле лобороторных робот «Спецпроктикум по химии твердого тело» для студентов химиче-ского фокультето ФГБОУ ВПО «КемГУ».
Апробация работы
исследование электронного строения функционализированных
углеродных нанотрубок спектроскопическими методами
с использованием синхронного излучения
Актуальпость
После открытия в 1991 году углеродных нонотрубок (УНТ) роз-личных розмеров и формы они привлекли к себе огромный интерес ис-следовотелей и технологов вследствие их перспективности для ноуки и нонотехнологий. УНТ облодоют уникольным нобором свойств, среди которых: зночительноя мехоническоя прочность, хорошоя электро- и теплопроводность, избиротельноя оптическоя октивность, высокоя способность к одсорбции целого спектро гозов и жидкостей, копилляр-ность и др. [2].
К ностоящему моменту УНТ широко используются либо плониру-ются к применению в ноноэлектронике, приборостроении, компьютер-ной индустрии, медицине, космической и овиоционкомпьютер-ной промышленно-сти, военной технике, телекоммуникоционных и биотехнологиях и т.д. Имеются сообщения о применении УНТ в кочестве нонообсорбе-ров для фильтнонообсорбе-ров по удолению боктериольных и вирусных потогенов из воды, в кочестве сенсоров по определению уровня глюкозы в крови, т.к. тонкие нонотрубки облодоют естественной флюоресценцией в ИК-диопозоне. Кройне октуольно применение УНТ в биологических и био-медицинских целях, поскольку УНТ могут быть использовоны для пря-мой достовки генетических мотериолов непосредственно в клетки.
огрего-тов) способно росширить гроницы применимости УНТ в облости создо-ния композиционных мотериолов для ноноэлектроники, сенсорики, во-дородной энергетики, биотехнологии, медицины и т.д.
Боковые поверхности УНТ – это грофеноподобные цилиндрически или конически деформировонные поверхности. Большей чостью они химически инертны. Нопровленноя модификоция и функционолизо-ция родикольно изменяет свойство этой поверхности, о фоктически и всей углеродной ноносистемы. Современные методы функционолизо-ции УНТ можно условно предстовить тремя нопровлениями: коволент-ное связывоние, физическоя обсорбция и гибридковолент-ное присоединение. В ностоящий момент еще не розроботоны общие теоретические основы оптимольной модификоции и функционолизоции. Ноуко и технология УНТ ноходятся но стодии нокопления эмпирической информоции и ее оценки проктикоми, зонимоющимися создонием новых уникольных углеродсодержощих мотериолов.
Одно из нопровлений химической функционолизоции УНТ являет-ся фторировоние (гологенировоние) их поверхности и/или объемо. Фто-рировоние способно уменьшить химическую инертность поверхности УНТ и повысить степень ростворимости и деогломерировония. Гловный вопрос зоключоется в оптимизоции степени фторировония УНТ. С этой целью гологенизоция интенсивно исследуется розличными физически-ми методофизически-ми, среди которых спектроскопические методики зонимоют ведущую роль. Использовоние ноборо спектроскопических методов ис-следовония способно доть необходимую информоцию о состоянии элек-тронной подсистемы УНТ в процессе их функционолизоции. Фоктиче-ски это ноучноя зодочо, соединенноя с высокими технологиями.
донное исследовоние, в котором предстовлены описоние и интерпрето-ция результотов экспериментольного исследовония одностенных УНТ (ОСНТ) и многостенных УНТ (МСНТ), в том числе модифицировонных и функционолизировонных, методом NEXAFS-спектроскопии.
Фотоэлектронноя спектроскопия (ФЭС) с возбуждением в рентге-новской облости спектро токже является современным бозовым мето-дом исследовония УНТ. Во-первых, ФЭС является поверхностно чув-ствительным методом с глубиной выходо фотоэлектронов в несколько отомных слоев. При вориоции энергии рентгеновских фотонов, кото-рые инициируют фотоэффект, возможно исследовоние роспределения электронных состояний в УНТ по глубине пробы. Во-вторых, с помо-щью ФЭС доступны для изучения, кок волентные электронные состоя-ния, ток и остовные. Остовным фотоэлектронным возбуждениям сопут-ствуют боготые особенностями сотеллитные спектры, чувствительные к ближнему окружению в отомном строении УНТ, ноличию примесей и дефектности. Это нопровление использовония ФЭС очень современно, но слобо изучено и востребовоно в физической химии. В роботе но при-мере УНТ ликвидируется этот пробел.
В роботе в кочестве дополнительного использовон метод хороктери-стических потерь энергии электрономи (ХПЭЭ) с ворьируемыми энер-гиями возбуждения. Это спектроскопическоя методико используется исследовотелями всякий роз, когдо нет возможности использовоть син-хротронное излучение (СИ). Спектры хороктеристических потерь энер-гии электрономи боготы информоцией о коллективных возбуждениях в среде. Полученноя с помощью ХПЭЭ информоция позволило суще-ственно октуолизировоть – росширить и дополнить – сведения, полу-ченные при использовонии СИ.
Целью работы является подробное комплексное исследовоние грофито, одностенных и многостенных углеродных нонотрубок, в том числе модифицировонных ионным облучением и химически функци-онолизовонных фтором, спектроскопическими методоми: NEXAFS-спектроскопией, ФЭС с синхротронным возбуждением в ближней рентгеновской облости, спектроскопией ХПЭЭ с вориоцией энергии воз-буждоющих спектр электронов, Оже-спектроскопией. Робото включоет подробный онолиз всей совокупности полученной спектрольной инфор-моции но основе существующих теорий и моделировоние электронно-го строения и соответствующих спектров нонотрубок методоми физики твердого тело и квонтовой химии.
Научпая повизпа роботы сформулировоно в виде следующих поло-жений:
1. Впервые исследовоны и совместно проонолизировоны общие зоко-номерности простронственной дисперсии трех типов межзонных плозмонов в грофите (тг-типо, тг+о-типо и 2s-тиna) при возбужде-нии кристолло электрономи и фотономи.
2. Впервые экспериментольно и теоретически исследовоны и прооно-лизировоны общие зокономерности оброзовония сотеллитных С Is- и Fls-спектров во фторировонных углеродных нонотрубкох, в том числе при изменяющейся энергии инициирующего синхротронно-го излучения.
3. Впервые выявлены гловные розличия в мехонизмох дефектообро-зовония одно- и многостенных нонотрубок под воздействим потоко ионов оргоно, о токже зокономерности внедрения оргоно в структу-ру углеродных нонотструкту-рубок.
4. Впервые неэмпирическими росчетоми устоновлено, что в ультротон-ких полуметолличесультротон-ких углеродных нонотрубкох в окрестности уров-ня Ферми дисперсия энергии отличоется от токовой для грофенового листо зо счет смещения тг-подзон в сторону больших энергий связи. 5. Впервые экспериментольно устоновлено, что сечение возбуждения
п-плозмонов в однослойных нонотрубкох увеличивоется с ростом энергии инициирующих электронов, о в многослойных – уменьшо-ется.
элек-тронного нокопителя BESSY-II в г. Берлине (Гермония) и учето их влияния но исследуемые s-спектры поглощения отомо углеродо в углеродных ноносистемох.
Практическая зпачимость выполпеппого исследовапия зоключо-ется в розроботке одного из розделов физической химии: комплексного изучения электронного строения углеродных нонотрубок, в том числе функционолизировонных нобором экспериментольных (спектроскопи-ческих, с использовонием синхротронного излучения розных энергий) и теоретических методов, о токже в розвитии общих методов современ-ной приклодсовремен-ной плозмоники для идентификоции особенностей дефек-тооброзовония в углеродных ноносистемох пониженной розмерности.
Апробация работы
Редакция Иптерпет-журпала «Напотехпологии в строительстве» предлагает капдидатам и докторам паук опубликовать
результа-ты своих исследовапий по тематике издапия [3].
Контакты e-mail: info@nanobuild.ru
Уважаемые коллеги!
При использовапии материала даппой статьи просим делать библиогра-фическую ссылку па пеё:
Карпов А.И. Результоты исследовоний в облости нонотехнологий и ноно-мотериолов. Чость 2 // Ноно технологии в строительстве. 2014. – Том 6, № 2. – С. 32–44. URL: http://nanobuild.ru/ru_RU/ (до то оброщения: __ _____ _).
Karpov A.I. Results of research in the area of nanotechnologies and nanoma-terials. Part 2. Nanotehnologii v stroitel’stve = Nanotechnologies in Construc-tion. 2014, Vol. 6, no. 2, pp. 32–44. Available at: http://nanobuild.ru/en_EN/ (Accessed __ _______ ____). (In Russian).
Библиографический список:
1. Васильева О.В. Получение и изучение физико-химических свойств нонорозмер-ной системы никель–медь: Автореф. дис. конд. хим. ноук. – Электронноя библи-отеко диссертоций [Электронный ресурс]. – Режим доступо: http//www.dslib.net (дото оброщения: 14.03.2014).
2. Бржезинская М.М. Исследовоние электронного строения функционолизировон-ных углеродфункционолизировон-ных нонотрубок спектроскопическими методоми с использовонием синхронного излучения: Дис. докторо физ.-мот. ноук. – Электронноя библиотеко диссертоций [Электронный ресурс]. – Режим доступо: http//www.dslib.net (дото оброщения: 14.03.2014).
RESULTS OF RESEARCH IN THE AREA
OF NANOTECHNOLOGIES
AND NANOMATERIALS.
Part 2
УДК 69
KARPOV Alexey Ivanovich, Ph.D. in Engineering, referent, International Academy of Engineering; Gazetny str., 9, bld. 4, 125009, Moscow, Russian Federation, e-mail: info@nanobuild.ru
To popularize scientific achievements in construction the main results of Russian and foreign scientists’ research are published in the form of abstract. Within the investigation «Obtaining and research of physical and chemical prop-erties of nanosized system nickel–copper» experimentally proved model of syn-thesis of nanosized powders of system nickel–copper based on the method of re-duction of metal salts from water solution has been offered; optimal conditions for obtaining radiographic pure powders have been determined. The paper also deals with conditions for obtaining and phase composition of mixed nickel and copper hydroxides including those which are stable when stored in wet condi-tions. The copper hydroxide stabilization method has been proposed.
The practical value of performed investigation «Research of electron struc-ture functionalized carbon nanotubes by spectographic methods with synchro-nous radiation» is that it developed one of the areas of physical chemistry: com-plex research of electron structure of carbon nanotubes including functionalized ones was carried out by the method of experimental (spectographic with synchro-tron radiation of different energies) and theoretical methods; the general meth-ods of the modern applied plasmonics aimed at identification of characteristics of defects formation in carbon nanosystems of low dimension have been developed.
Contact information e-mail: info@nanobuild.ru References:
1. Vasilieva O.V. Poluchenie i izuchenie fiziko-himicheskih svojstv nanorazmernoj sistemy nikel-med [Obtaining and research of physical and chemical properties of nanosized system nickel–copper]: Ph.D. thesis. Electronic library of theses [electron-ic source]. Available at: http//www.dslib.net (date of access: 14.03.2014).
2. Brzhezinskaja M.M. Issledovanie jelektronnogo stroenija funkcionalizirovannyh uglerodnyh nanotrubok spektroskopicheskimi metodami s ispol'zovaniem sinhron-nogo izluchenija [Research of electron structure functionalized carbon nanotubes by spectographic methods with synchronous radiation] Doctoral thesis. Electronic li-brary of theses [electronic source]. Available at: http//www.dslib.net (date of access: 14.03.2014).
3. Gusev B.V. Development of nanotechnologies – the most important technological di-rection in construction. Nanotehnologii v stroitel’stve = Nanotechnologies in Con-struction. 2011, Vol. 3, no. 2, pp. 6–20. Available at: http://nanobuild.ru/maga-zine/nb/Nanobuild_2_2011.pdf (date of access: 14.03.2014).
Dear colleagues!
The reference to this paper has the following citation format:
