Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время получение и исследование свойств наноразмерных и наноструктурированных металлических порошков является одним из важных направлений в современной науке и материаловедении. Современные методы получения наноразмерных и наноструктурированных металлических порошков очень разнообразны. Однако размер наночастиц трудно регулировать и воспроизводить, зачастую он определяется способом получения. Поэтому наряду с получением новых наноматериалов большое внимание уделяется разработке новых методов их получения. Среди большого количества методов химические методы получения наноразмерных порошков вьщеляются технологической простотой и экономичностью, а также возможностью регулирования процесса на каждой стадии, путем изменения условий (температуры, рН, природы прекурсоров, концентраций реагентов и т. п.) с целью получения конечного продукта с заданными характеристиками.
До настоящего времени химические способы получения наночастиц металлов в основном ограничивались восстановлением водорастворимых солей. Однако интерес представляет получение наноразмерных металлических частиц не только из раствора соли металла, но и из малорастворимых или практически нерастворимых фаз. Получение наночастиц металлов, минуя стадию растворения, открывает новые возможности в химии и технологии получения металлических наноструктур, учитывая тот факт, что распространенность водонерастворимых соединений металлов, особенно природного происхождения, значительно шире, чем водорастворимых.
По опыту технологии химико-фотографической обработки (ХФО) гало-генсеребряных материалов известно, что при восстановлении микрокристаллов (МК) галогенидов серебра (AgHal) образуется металлическое серебро, имеющее разнообразную геометрическую форму и размеры [1, 2]. Поэтому представлялось целесообразным использовать разработанные в галогенсе-ребряной фотографии подходы для получения других металлических наноструктур.
Большой интерес представляет получение нанопорошков переходных металлов, в частности никеля и кобальта, а также их двойных систем (Ni-Co). Создание материалов на основе наноразмерных порошков переходных металлов является интенсивно развивающимся направлением современного материаловедения. Наноразмерные порошки никеля и кобальта, благодаря большой индукции насыщения, используются для создания магнитных жидкостей, материалов, используемых в системах записи и хранения информации, а также широко применяются в биологии и медицине [3].
Целью работы является разработка метода получения наноструктурированных порошков никеля, кобальта и системы никель-кобальт путем восстановления кристаллических карбонатов соответствующих металлов водным раствором гидразингидрата и исследование физико-химических свойств полученных порошков.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Определить условия получения наноразмерных порошков металлов восстановлением малорастворимых солей на примере AgBr. Разработать с использованием этих результатов метод получения рентгенографически чистых порошков никеля, кобальта и системы никель-кобальт.
-
Определить морфологию, включая форморазмерные характеристики, наноструктурированных порошков изучаемых объектов.
-
Установить химический и фазовый составы двойной системы. Определить фазовый портрет наноструктурированной системы никель-кобальт.
Научная новизна работы:
-
Впервые предложен метод получения наноструктурированных порошков никеля и кобальта путем восстановления кристаллических карбонатов соответствующих металлов водным раствором гидразингидрата.
-
Впервые изучено влияние условий получения (концентрация восстановителя, температура, воздействие постоянного внешнего магнитного поля) на форморазмерные характеристики наноструктурированных порошков серебра, никеля и кобальта, полученных при восстановлении кристаллических солей водными растворами восстановителей.
3. Установлена многоуровневая пространственная организация нано
структурированных порошков никеля, кобальта и системы никель-кобальт,
полученных путем восстановления кристаллических карбонатов водным рас
твором гидразингидрата.
4. Впервые предложен метод получения твердых растворов никеля и ко
бальта при обработке водным раствором гидразингидрата механической сме
си карбонатов соответствующих металлов. Построен фазовый портрет нано
структурированной системы никель-кобальт, получаемой предложенным ме
тодом.
Практическая значимость:
-
Предложен метод получения наноструктурированных металлических порошков, заключающийся в обработке водным раствором восстановителя кристаллических солей.
-
Предложен метод получения твердых растворов никеля и кобальта путем обработки водным раствором гидразингидрата механической смеси карбонатов соответствующих металлов.
-
Результаты, полученные в работе, используются в учебном курсе «Наноматериалы и нанотехнологии» магистратуры института химических и нефтегазовых технологий Кузбасского государственного технического университета.
Защищаемые положения:
-
Метод получения наноструктурированных порошков никеля и кобальта путем восстановления кристаллических карбонатов соответствующих металлов водным раствором гидразингидрата.
-
Морфология, включая форморазмерные характеристики, порошков никеля и кобальта, полученных путем восстановления карбонатов соответствующих металлов водным раствором гидразингидрата.
3. Фазовый портрет наноструктурированной системы никель-кобальт, получаемой при обработке механической смеси карбонатов соответствующих металлов водным раствором гидразингидрата.
Личный вклад автора состоял в синтезе объектов исследования, проведении экспериментальных исследований, участии в обобщении полученных результатов и написании научных публикаций.
Апробация результатов работы. Основные результаты исследований докладывались на: II (XXXIV), III (XXXV), IV (XXXVI), VII (XXXIX) Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Образование, наука, инновация - вклад молодых исследователей» (г. Кемерово, 2007, 2008, 2009, 2012); Международной научной школе-конференции «Фундаментальное и прикладное материаловедение» (г. Барнаул, 2007); Научно-технической конференции с международным участием «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение». V Ставеровские чтения (г. Красноярск, 2009); X Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (г. Тула, 2011); Научно-технической конференции с международным участием «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение». VI Ставеровские чтения (г. Бийск, 2012); Всероссийской молодежной конференции, посвященной 80-летию Московского государственного открытого университета имени В. С. Черномырдина, «Наноматериалы и нанотехнологии: проблемы и перспективы» (г. Москва, 2012); Международной молодежной конференции «Лазерная физика, наноструктуры, квантовая микроскопия» (г. Томск, 2012); Инновационном конвенте «Кузбасс: образование, наука, инновации» (г. Кемерово, 2012); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2012); Всероссийской конференции «Химия и химические технологии: достижения и перспективы» (г. Кемерово, 2012); IV Всероссийской научно-практической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии» (г. Самара, 2012).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 23 работы, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы, включающего 146 источников. В заключении приведены основные результаты и выводы. Работа содержит 150 страниц машинописного текста, 65 рисунков, 11 таблиц.
