Получение и изучение физико-химических свойств наноразмерной системы никель-медь Васильева, Олеся Владимировна

Введение к работе

Актуальность работы. Свойства наноразмерных порошков (НРП) индивидуальных металлов (в том числе никеля и меди) и методы их получения изучены в ряде работ. Благодаря связанным с наноразмерностью особенностям свойств они находят широкое применение, либо рассматриваются в качестве перспективных для использования в электронике, электротехнической промышленности, системах преобразования солнечной энергии, в качестве катализаторов и других областях техники.

Весьма интересны с практической и научной точек зрения НРП многокомпонентных систем металлов, однако вопросы их получения химическими методами, а также их свойства рассмотрены в весьма ограниченном числе работ. Получение этих данных для системы Ni-Cu актуально для разработки общих основ физикохимии и материаловедения наноразмерных металлических систем сложного химического и фазового состава, а также для создания на их основе новых функциональных материалов.

Цель работы: комплексное исследование процесса получения нанораз- мерных порошков и получаемых фаз в системе никель-медь при совместном восстановлении металлов гидразином в водной среде.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить химический и фазовый состав промежуточных и целевых продуктов; определить оптимальные условия получения рентгенографически чистых порошков и установить схему процесса совместного восстановления металлов гидразином в водной среде.

2. Установить фазовый портрет наноразмерной системы Ni-Cu как срез фазовых состояний металлического продукта, реализуемых в условиях синтеза.

3. Изучить форморазмерные характеристики частиц и надатомную структуру НРП Ni-Cu.

4. Изучить химический состав частиц НРП Ni-Cu и их поверхности, а также определить характер термостимулируемых процессов, протекающих на поверхности объектов исследования.

Научная новизна работы:

4. 1. Впервые предложена экспериментально обоснованная схема синтеза НРП системы никель-медь методом восстановления из водных растворов солей металлов и определены оптимальные условия получения рентгенографически чистых порошков.

   2. Впервые изучен фазовый состав наноразмерной системы никель-медь в зависимости от условий синтеза (включая соотношение реагентов), установлены и обсуждены его особенности в сравнении с фазовой диаграммой макрораз- мерной системы.

   3. Впервые изучены форморазмерные характеристики НРП системы никель-медь; установлена трехуровневая организация строения частиц: кристаллит - агрегат - агломерат.

   4. Впервые изучен химический состав частиц НРП никель-медь и их поверхности, а также определен характер термостимулируемых процессов, протекающих на поверхности частиц.

   Научная значимость работы

   Выполненная разработка схемы процессов, протекающих при получении НРП системы Ni-Cu одновременным восстановлением металлов в водной среде, условия получения рентгенографически чистых порошков и результаты изучения основных для аттестации НРП физико-химических свойств с анализом их особенностей в сравнении со свойствами массивных (макроразмерных) образцов составляют единственный имеющийся в настоящее время системно полученный научный продукт исследования НРП Ni-Cu и определяют общий уровень изученности этой системы.

   Тем самым работа вносит вклад в решение общей проблемы синтеза и изучения многокомпонентных наноразмерных металлических систем.

   Практическая значимость работы

   Определены условия получения и фазовый состав смешанных гидроксидов никеля и меди, в т.ч. устойчивых при хранении во влажных условиях. Предложен способ стабилизации гидроксида меди.

   Установлена эффективность использования полученных НРП никель-медь в качестве катализаторов при CVD-синтезе одностенных углеродных нанотру- бок (совместно с кафедрой экспериментальной физики КемГУ; работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 11-02-01158), рассмотрена перспективность продолжения работы в этом направлении.

   Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре химии твердого тела КемГУ: при подготовке бакалавров по направлению «Химия», в лекционном курсе «Физикохимия наноразмерных частиц и наноструктуриро- ванных материалов», в цикле лабораторных работ «Спецпрактикум по химии твердого тела» для студентов химического факультета ФГБОУ ВПО «КемГУ».

   Защищаемые положения:

   4. 3. 1. Схема получения (стадийность) наноразмерных порошков никель-медь методом одновременного восстановления металлов в водной среде.

         2. Фазовый портрет наноразмерной системы никель-медь в условиях синтеза и его зависимость от условий синтеза и состава.

         3. Трехуровневая пространственная организация строения частиц никель- медь и их форморазмерные характеристики.

         4. Химический состав частиц никель-медь и их поверхности, а также характер термостимулируемых процессов, протекающих на поверхности.

         Личный вклад автора заключается в синтезе объектов исследования, личном либо совместном проведении экспериментов, активном участии в планировании исследований, обсуждении и интерпретации полученных результатов, написании текстов научных работ и докладов.

         Апробация работы. Материалы диссертации доложены на IX Международной научной конференции «Химия твердого тела: монокристаллы, нанома- териалы, нанотехнологии» (Кисловодск, 2009); II, IV международных форумах по нанотехнологиям «Роснанотех» (Москва, 2009, 2011); Международной научно-технической конференции «Нанотехнологии функциональных материалов» (Санкт-Петербург, 2010); Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» (Санкт-Петербург,

         4. 3. 4. 1. ; VII (XXXIX) Международной научно-практической конференции «Образование, наука, инновации - вклад молодых исследователей» (Кемерово,

                  2. ; Общероссийской с международным участием научной конференции «Полифункциональные химические материалы и технологии» (Томск, 2012); I Международной конференции «Развитие нанотехнологий: задачи международных научно-производственных центров» (Барнаул, 2012); XXIV Международной конференции «Современная химическая физика» (Туапсе, 2012); IV международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Функциональные материалы и высокочистые вещества» (Суздаль, 2012); III Международной научной конференции «Наноструктурные материалы-2012: Россия - Украина - Беларусь» (Санкт-Петербург, 2012).

                  Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, одна статья в международном журнале, 15 материалов и тезисов докладов.

                  Связь темы работы с планами НИР. Исследования проводились в рамках АВЦП Минобрнауки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» (2009-2012 гг.), номер государственной регистрации НИР - 0120.0806285 и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (2009-2013 гг.), соглашение № 14.В37.21.0081

                  Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 125 страниц, из них 110 страниц текста, включая 48 рисунков, 8 таблиц, 2 схемы. Список литературы включает 105 наименований на 15 страницах.

                  Похожие диссертации на Получение и изучение физико-химических свойств наноразмерной системы никель-медь

                  

                  Получение целлюлозных материалов, модифицированных наночастицами металлов и изучение их физико-химических свойствМихаилиди, Александра Михайловна

                  

                  Создание новой полупроводниковой системы GaAs-CdS и изучение ее поверхностных физико-химических свойств Земцов Александр Евгеньевич

                  

                  Физико-химические свойства гидроксидных соединений железа (III) и систем на основе никеля (II) - железа(III)Камнев Александр Анатольевич

                  Физико-химическое изучение способов получения коагулянтов и сырьевых материалов для производства фарфора из природных алюмосиликатных рудРахимов, Курбон Азизович

                  Изучение влияния морфологии и физико-химических свойств дисперсного углерода на процесс образования наполненных гелевых матриц на основе водорастворимых полимеровКохановская, Ольга Андреевна

                  

                  Изучение влияния сверхпроводящего состояния на поверхностные физико-химические процессы и модифицирование сверхпроводящих свойств ВТСП-материалов с помощью органических соединенийМакаршин Лев Львович

                  Совместное применение дифракции электронов и рентгеновских лучей для изучения свойств бинарных кристаллов (MgO, MnO, CuI)Китанех Рушди Мохамед-Лотфи

                  

                  Физико-химические свойства систем фториды [60]фуллерена - органические растворителиМакеев Юрий Алексеевич

                  

                  Структурная самоорганизация и физико-химические свойства систем на основе монододецилового эфира декаэтиленгликоля и нитратов лантаноидовОсипова Валентина Владимировна

                  Физико-химические свойства систем полиэтилен-люминофор на основе аддуктов редкоземельных элементовМинич, Александр Сергеевич