Спосіб отримання енергонасичених наночастинок “нанотехнологія отримання енергонасичених наночастинок”

Спосіб отримання енергонасичених наночастинок електропровідних матеріалів, що включає електроімпульсну абляцію поверхні електропрові 3 37871 Недоліком способу є низька продуктивність, низька якість наночастинок унаслідок їх забруднення, а також мала їх енергонасиченість. До способів, що відносяться до другої групи (отримання наночастинок шляхом диспергування матеріалів), слід віднести спосіб отримання частинок шляхом швидкого твердіння розплавлених мікрокрапель у вільному польоті [Steiberg J. at al. Productuon of bulk amophous P77, 5Sil6, 5Cu6 in containerless lonogravity environment Appl. Phys. Zett., 1981, vol. 38, N3, p. 135-137.]. Недоліком відомого способу є низька енергонасиченість отриманих наночастинок. Відомий спосіб отримання металевих наночастинок шляхом електрохімічного диспергування металу електродів - анода і катода при зміні швидкості процесу розчинення металу в умовах циклічної зміни полярності електродів кожні 10 сек, при зниженні напруги з 1,8 до 0,2 В, при використанні водного розчину органічної сполуки з концентрацією 0,1-100ммоль в літрі. При цьому метали вибирають з групи, що складається з Ag, Au, Co, Fe, Ni [Патент России № 2238140. Способ получения коллоидных растворов металлов. МПК7 B01J13/00. Опубл. 20.10.2004]. Недоліком способу є низька продуктивність, обумовлена дуже низькою потужністю електричного струм у, що протікає через метал, і низька енергонасиченість отриманих наночастинок. Відомий спосіб отримання наночастинок електропровідних матеріалів, що включає поміщування в камеру з діелектричною рідиною електродів і здійснення між ними імпульсного електричного розряду з утворенням дуги. При цьому вимірюють відстань між електродами і підтримують його постійним, здійснюють проточний рух діелектричної рідини через камеру, вимірюють температуру діелектричної рідини на вході і виході з камери і підтримують в заданих межах значення температури як на вході, так і на виході з камери, змінюючи витрату діелектричної рідини, що проходить через камеру, і забезпечують різницю температур діелектричної рідини на виході з камери і на вході в камеру не більш 7°С [Патент России № 2272697. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НАНОЧАСТИЦ. МПК B22F9/14 (2006.01). Опубл. 2006.03.27]. Недоліком способу є низька продуктивність, обумовлена тим, що генерація наночастинок здійснюється в одному розрядному проміжку між електродами. Відомий спосіб отримання вуглецевих, металевих і металовуглецевих наночастинок, що включає приготування реакційної суміші і таку дію на реакційну суміш ультрафіолетовим випромінюванням (УФ), що молекули реакційної суміші розпадаються з утворенням вуглецевої і металевої пари, яка потім конденсується в наночастинки, при цьому в якості вихідної речовини для приготування реакційної суміші використовують летку вуглецевмісну сполуку - недокис вуглецю С 3О2 і металовмісну сполуку Fe(CO)5 або Мо(СО)6 і газ-розчинник, а на реакційну суміш впливають УФвипромінюванням з довжиною хвилі менше 207 нм. В якості газу-розчинника можуть бути використані інертні гази, а на реакційну суміш впливають 4 УФ-випромінюванням в безперервному або в імпульсному режимі [Патент России №2305065. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ, МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И МЕТАЛЛОУГЛЕРОДНЫХ НАНОЧАСТИЦ. МПК В82ВЗ/00 (2006.01). Опубл. 2007.08.27]. Спосіб об'єднує дві ознаки синтезу наночастинок - «зверху-вниз» і «знизу-вгору». Недоліком способу є складність способу, низька продуктивність і мала енергонасиченість наночастинок унаслідок відсутності електричного заряду на їх поверхні. Відомий спосіб отримання наночастинок лазерною абляцією поверхні матеріалу, що включає подачу матеріалу мішені і матеріалу серцевини, абляцію вищезазначеного матеріалу мішені з утворенням матеріалу частинок мішені, що виносяться; нанесення покриття на матеріал серцевини з вищезазначеного матеріалу частинок мішені, що виносяться. При цьому спосіб здійснюється при тиску приблизно 10 Торр або вище, а вказана абляція досягається використанням лазера, вибраного з іонних лазерів, напівпровідникових лазерів і імпульсних ексимерних лазерів [Заявка России № 2001135712. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ЧАСТИЦЫ И ЧАСТИЦЫ, ПОЛУЧЕНЫЕ ЭТИМ СПОСОБОМ. МПК А61К9/50. Опубл. 2003.09.27]. Спосіб об'єднує дві ознаки синтезу наночастинок - «зверху-вниз» і «знизу-вгору». Недоліком способу є низька продуктивність, обумовлена тим, що генерація наночастинок здійснюється в кожен момент часу тільки в одній області простору, в яку направлений лазерний промінь, а також мала енергонасиченість наночастинок унаслідок відсутності електричного заряду на їх поверхні і трудності отримання наночастинок в аморфному стані. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб отримання наночастинок лазерною абляцією поверхні матеріалу шляхом швидкого випаровування речовини, утворення плазми, такої дії на речовину, що аблює, плазмою, що речовина розпадається і іонізується, а потім конденсується в наночастинки з перенасиченої пари при швидкому охолоджуванні за рахунок ефекту самоорганізації [Нанотехнологии. Азбука для всех. Под ред. Ю.Д. Третьякова. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - С. 114-115]. Спосіб об'єднує дві ознаки синтезу наночастинок - «зверху-вниз» і «знизу-вгору». Недоліком способу є низька продуктивність, обумовлена тим, що генерація наночастинок здійснюється в кожен момент часу тільки в одній області простору, в яку направлений лазерний промінь. Крім того, недоліком відомого способу є мала енергонасиченість наночастинок унаслідок відсутності електричного заряду на їх поверхні і трудності отримання наночастинок в аморфному стані. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення продуктивності способу і отримання енергонасичених наночастинок. Це досягається електроімпульсною абляцією гранул і тим, що на поверхні наночастинок створюють електричний заряд, а матеріал наночастинки переводять в аморфний стан. 5 37871 Запропонований, як і відомий спосіб отримання енергонасичених наночастинок електропровідних матеріалів заснований на електроімпульсній абляції поверхні електропровідних матеріалів шляхом вибухоподібного випаровування речовини з поверхні, утворенні плазми, дії на речовину, що аблює, плазмою для її розпаду і іонізації, конденсації перенасиченої пари в наночастинки при швидкому охолоджуванні і, відповідно до корисної моделі, за допомогою вибухової електронної емісії створюють надлишок електронів в плазмі і на поверхні наночастинок, а швидке охолоджування перенасиченої пари здійснюють в діелектричній рідині і фіксують аморфний стан речовини наночастинок. Абляцію поверхні електропровідних матеріалів здійснюють шляхом локалізованого руйнування гранул електропровідних матеріалів імпульсами електричного струму. Це дозволяє спростити спосіб, підвищити продуктивність способу і відкриває можливість його застосування в промислових масштабах. У запропонованому способі створюють надлишок електронів в плазмі і на поверхні наночастинок за допомогою вибухової електронної емісії. Це підвищує енергонасиченість наночастинок. Швидке охолоджування перенасиченої пари здійснюють в діелектричній рідині, наприклад, у воді і фіксують аморфний стан речовини наночастинок. Це дозволяє зафіксувати метал наночастинки в аморфному стані, що підвищує енергонасиченість отриманих наночастинок. Аморфний стан металу, з якого складається частинка, додає наночастинкам нові фізичні властивості. Кристалічний і аморфний стан тіла різняться за своїми фізичними властивостями, такими, як розчинність, температура плавлення, твердість, питома вага. Тіла в аморфному стані мають нижчі точки плавлення, меншу питому вагу і меншу твердість, вони легше розчинні і доступніші дії хімічних агентів. При зворотному переході речовини з аморфного стану в кристалічне виділяється багато тепла, а також спостерігаються світлові явища. Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 6 Спосіб отримання енергонасичених наночастинок електропровідних матеріалів здійснюють в реакторі, заповненому діелектричною рідиною, наприклад, водою, в якому розміщують гранули електропровідних матеріалів [див. патент України на корисну модель № 23550. Спосіб ерозійновибухового диспергування металів. МПК B22F 9/14. Опубл. 25.05.2007. Бюл. №7.]. У ланцюжках електропровідних гранул є розрядні проміжки. При пропусканні через гранули імпульсів електричного струму в розрядних проміжках між електропровідними гранулами виникають іскрові розряди, що призводять до абляції поверхні гранул. При електричному пробої розрядних проміжків в них виникає плазма. За рахунок електроімпульсної абляції здійснюється вибухоподібне диспергування матеріалу. У каналах розряду температура досягає 10 тис. градусів. Ділянки поверхні гранул в локалізованих зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Здійснюється локалізоване руйнування гранул електропровідних матеріалів імпульсами електричного струму. Розплавлені наночастинки, що розлітаються, мають сферичну форму, вони швидко охолоджуються в рідині з фіксацією аморфного стану речовини наночастинок. При електроімпульсній абляції при вибуха х локальних ділянок гранул виникає явище вибухової електронної емісії [див. Открытие №176 от 24 июня 1976г. Конюшая Ю.П. Открытия советских ученых. Часть 1. Физико-технические науки. Издво МГУ. 1988, с. 287-288]. За рахунок явища вибухової електронної емісії утворюються потужні потоки електронів в процесі вибухоподібного перетворення речовини на пару і наночастинки. У плазмі, де знаходяться наночастинки, утворюється надлишок електронів. Електрони, що осіли на поверхні наночастинок, створюють на них електричний заряд. Електрично заряджені наночастинки в аморфному стані накопичуються в рідині, утворюючи колоїдний розчин енергонасичених наночастинок. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601