CC BY
12Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11 2020 - 5.497 ISI 2019 - 0.172
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
287
УДК 536.24
ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
НАНОПОРОШКОВ
1ГУЛОМОВ М.М., 2ЁДАЛИЕВА З.Н., 3АБДУЛЛОЕВ М.А.
1 Таджикский государственный педагогический университет имени С. Айни, г. Душанбе 2Таджикский технический университет имени акад. М.С. Осими 3Горный и металлургический институт Таджикистан г. Бустон
Рассмотрены особенности физико-химических свойств нанопорошков металлов и способы
их определения.
FEATURES OF THE STUDY OF THE PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF
NANOPOROS
1GulomovM.M., 2Edalieva Z.N., 3AbdulloevM.A. 1 Tajik State Pedagogical University named after S. Aini, Dushanbe 2 Tajik Technical University named after Acad. M.S. Osami 3 -year and metallurgical Institute Tajikistan Buston
Физико-химические свойства нанопорошков (НП) металлов можно разделить на два вида: непрерывно изменяющиеся во времени и связанные с нестабильным состоянием и не изменяющиеся во времени, которые указывают на метастабильный характер состояния. Для получения надёжных результатов исследования НП и для их практического использования важным является установление причин изменения измеряемых характеристик и возможности ими управлять. Изучение структуры и фазового состава НП было связано с поиском новых видов кристаллических решёток и с возможностью стабилизации металлов в рентгенаморфном состоянии. Для частиц металлов диаметром < 10 нм действительно наблюдался переход в нехарактерные для этого металла кристаллические состояния [1]. Интересным для кристаллохимии является экспериментальный факт перехода a-Al2O3 в у-A12O3 при переходе от массивного состояния в наносостояние, причём размерная граница устойчивости соответствовала ~100 нм. Для получения НП в аморфном состоянии (стекол) необходимо создать экстремальные условия формирования наночастиц. Удобным для создания таких условий является электрический взрыв проводников в инертных газах: максимальная температура - 104 К, скорость охлаждения 108 К/с. Анализ полученных результатов эксперимента показал [2], что в условиях электрического взрыва металлы, не обладающие полиморфизмом, (Al, Cu, Ag), кристаллизуются в виде типичных кристаллических решёток, но с пониженной рентгеновской плотностью (до 0,2 % отн.). При наличии полиморфизма в условиях электрического взрыва стимулируются кристаллические решётки пониженной плотностью, причём такая закономерность характерна не только для металлов, но и для химических соединений. Ярким примером такой закономерности является изменение фазового состава при электрическом взрыве железного проводника в аргоне с добавкой ацетилена (5% отн.): исходный проводник - это a-Fe, а после взрыва - на 50 % y-Fe. Из четырёх типов кристаллических решёток y-Fe имеет минимальную рентгеновскую плотность. Аналогичные результаты получены для ряда других металлов: P-W, P-Ti и оксидов: Y-A12O3, TiO2 и др.
Одной из характеристик НП является насыпная плотность, отражающая дисперсность, состояние поверхности частиц, наличие газовой оболочки на поверхности частиц, степень удержания газов капиллярной системой НП и др [3]. Исходные нанопорошки алюминия имеют насыпную плотность 0,08 г/см3 и со временем насыпная плотность увеличивается, достигая
Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11 2020 - 5.497 ISI 2019 - 0.172
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
288
0.16.г/см3. В сравнении с микронными порошками перевод порошка в наносостояние приводит к снижению насыпной плотности более чем на порядок. По классификации дисперсных систем НП - это система «газ - твердое тело», которая может быть отнесена к аэрогелям: «твёрдая дисперсионная среда и газообразная дисперсная фаза».
По данным волюмометрического анализа (ГОСТ 10096-62) содержание металлического алюминия в НП составляет от 80 до 94 % масс. Причём содержание алюминия в пассивированных порошках зависит от вида газа - среды во взрывной камере: с увеличением молекулярной массы содержание металлического алюминия уменьшается: Al (H2) - 94, Al (Ar) - 87, Al (Xe) - 80 % масс. Следует отметить, что сорбированный нанопорошком водород вносит погрешность в анализ: при волюмометрии результаты получаются завышенными на 24 %. При пассивировании воздухом происходит медленная замена газа - среды на компоненты воздуха. При этом площадь удельной поверхности в течение первых суток увеличивается на 25-30 %, а затем в течение более длительного периода времени (до шести суток) происходит стабилизация НП, и содержание алюминия остаётся постоянным на уровне 87-94 % масс. В этот период площадь удельной поверхности НП Al уменьшается согласно БЭТ на 20-25 %.
Согласно современным представлениям наночастицы имеют слоистую структуру, а не поликластерную. Кластеры металлов диаметром <10 нм имеют температуру спекания ниже комнатной. Сферическая форма наночастиц, полученных в экстремальных условиях, указывает, что частицы при охлаждении определённое время находятся в жидком состоянии и испытывают громадное давление за счёт Лаплассова сжатия. В таком состоянии поры, пустоты и прочее выдавливается на поверхность частицы. Единственным типом дефектов наночастиц, сформированных в экстремальных условиях, являются смещения атомов относительно положения равновесия.
Таким образом, по совокупности физико-химических свойств нанопорошков, вещества в наносостоянии, наряду с газообразным, жидким, твёрдым состояниями и плазмой, могут быть отнесены к новому агрегатному состоянию.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Петров Ю.И. Физика малых частиц. - М.: Наука. 1982. 359 с.
2. Тихонов Д.В. Электровзрывное получение ультрадисперсных порошков сложного состава. Дисс. на соиск. уч. степ. к.т.н. Томск. 1999. 240 с.
3. Ильин А.П., Громов А.А., Горение алюминия и бора в сверхтонком состоянии. - Томск: Изд-во Том. ун-та. 2002. 154 с.
