Спосіб отримання екологічно чистих наночастинок електропровідних матеріалів “електроімпульсна абляція”

Спосіб отримання екологічно чистих наночастинок електропровідних матеріалів, оснований на абляції поверхні електропровідних матеріалів шляхом швидкого випаровування речовини з по 3 37412 4 нюється в дві стадії і заснований на електролізі і розряду з утворенням дуги. При цьому вимірюють подальшому розчиненні металу. Катодний осад відстань між електродами і підтримують його пометалу отримують електрохімічним відновленням стійним, здійснюють проточний рух діелектричної водних розчинів сульфату або хлориду металу на рідини через камеру, вимірюють температуру діекатоді при концентрації солі металу 20-20,2г/л. Для лектричної рідини на вході і виході з камери і підрозчинення гідроокису металу, що утворюється тримують в заданих межах значення температури при електролізі, у водний розчин солей металу як на вході, так і на виході з камери, змінюючи видодають солі амонія і/або мурашиної кислоти. трату діелектричної рідини, що проходить через Електроліз проводиться у ванній, що має два шакамеру, і забезпечують різницю температур діелери - водний і масляний, межа розділу між якими ктричної рідини на виході з камери і на вході в капідтримується на постійному рівні. Катод з осадом, меру не більш 7°С [Патент России №2272697. що виділився на ньому, періодично переноситься з СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НАНОЧАСТИЦ. МПК водного шару розчину в масляний органічний шар, B22F9/14 (2006.01). Опубл. 2006.03.27]. де рихлий порошкоподібний осад металу змиваНедоліком способу є низька продуктивність, ється з електроду і диспергується. обумовлена тим, що генерація наночастинок здійНедоліком способу є низька продуктивність і снюється в одному розрядному проміжку між елекнизька якість наночастинок унаслідок їх забрудтродами. нення. Відомий спосіб отримання наночастинок елекДо способів, що відносяться до другої групи тропровідних матеріалів, що включає диспергу(отримання наночастинок шляхом диспергування вання матеріалу шляхом дії на вістрійний катод з матеріалів), слід віднести спосіб [див. К. Deppert провідного матеріалу з радіусом кривизни вістря and L. Samuelson. Appl. Phys. Lett. - 1996, v.68 (10), не більше 10мкм електричним полем з напруженіp. 1409], що включає отримання вихідного полідистю поля на вершині вістря не менше 107В/см, сперсного потоку рідких крапель в процесі термічподачу отриманих рідких крапель цього матеріалу ного випаровування перегрітого матеріалу, захопв плазму електричного розряду з тривалістю імпулення крапель потоком несучого інертного газу льсу не менше 10мкс, що створюється в інертному (азоту) і далі послідовну сепарацію частинок за газі при тиску 1-3 -10-1Па між електродами при різрахунок взаємодії заряджених частинок, що знаниці потенціалів не менше 2кВ, і одночасній дії ходяться в газовому потоці, з електричним полем магнітним полем напруженістю не менше 600Гс, в диференціальному аналізаторі рухливості. Сфонормальним до згаданого електричного поля, що рмований таким чином потік заряджених наночасстворює згадану плазму, охолоджування в інерттинок осідає на підкладку. Цей спосіб, названий ному газі рідких наночастинок, що утворилися в авторами "Aero taxi", дозволяє отримувати монозгаданій плазмі, до твердіння і нанесення отримадисперсний потік заряджених нанометрових часних твердих наночастинок на носій [Патент России тинок металів. Даний метод дозволяє отримувати №2265076. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСкристалічні частинки розміром 20-30нм. ТИЦ. МПК7 С23С4/00, МПК B01J2/02, МПК Недоліком цього способу є його низька продуB22F9/00. Опубл. 2005.11.27]. ктивність і порівняно велика дисперсія розмірів Недоліком способу є низька продуктивність, наночастинок. оскільки генерація частинок здійснюється тільки в Відомий також спосіб отримання частинок одному розрядному проміжку. Це обмежує можлишляхом швидкого твердіння розплавлених мікровість застосування способу в промислових масшкрапель у вільному польоті [Steiberg J. at al. табах. Productuon of bulk amophous P77, 5Sil6, 5Cu6 in Відомий спосіб отримання вуглецевих, метаcontainerless lonogravity environment Appl. Phys. левих і металовуглецевих наночастинок, що вклюZett., 1981, vol.38, N 3, p.135-137.]. чає приготування реакційної суміші і таку дію на Недоліком відомого способу є низька продукреакційну суміш ультрафіолетовим випромінювантивність. ням (УФ), що молекули реакційної суміші розпаВідомий спосіб отримання металевих наночадаються з утворенням вуглецевої і металевої пастинок шляхом електрохімічного диспергування ри, яка потім конденсується в наночастинки, при металу електродів - анода і катода при зміні швидцьому в якості вихідної речовини для приготування кості процесу розчинення металу в умовах циклічреакційної суміші використовують летку вуглецевної зміни полярності електродів кожні 10сек, при місну сполуку - недокис вуглецю С 3О2 і металовмізниженні напруги з 1,8 до 0,2 В, при використанні сну сполуку Fe(CO)5 або Мо(СО)6 і газ-розчинник, водного розчину органічної сполуки з концентраціа на реакційну суміш впливають УФєю 0,1-100ммоль в літрі. При цьому метали вибивипромінюванням з довжиною хвилі менше 207нм. рають з групи, що складається з Ag, Au, Co, Fe, Ni При цьому в якості газо-розчинника можуть бути [Патент России №2238140. Способ получения ковикористані інертні гази, а на реакційну суміш УФллоидных растворов металлов. МПК7 ВО 1 Л 3/00. випромінюванням впливають в безперервному або Опубл. 20.10.2004]. в імпульсному режимі [Патент России №2305065. Недоліком способу є низька продуктивність, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ, МЕТАобумовлена дуже низькою потужністю електричноЛЛИЧЕСКИХ И МЕТАЛЛОУГЛЕРОДНЫХ НАНОго стр уму, що протікає через метал. ЧАСТИЦ. МПК В82ВЗ/00 (2006.01). Опубл. Відомий спосіб отримання наночастинок елек2007.08.27]. тропровідних матеріалів, що включає помішування Спосіб об'єднує дві ознаки синтезу наночастив камеру з діелектричною рідиною електродів і нок: «зверху-вниз» і «знизу-вгору». Недоліком споздійснення між ними імпульсного електричного собу є складність способу і низька продуктивність. 5 37412 6 Відомий спосіб отримання наночастинок лаземожливість його застосування в промислових марною абляцією поверхні матеріалу, що включає сштабах. подачу матеріалу мішені і матеріалу серцевини, Плазму створюють електричними розрядами в абляцію вищезазначеного матеріалу мішені з проміжках гранул. Використання безлічі металевих утворенням матеріалу частинок мішені, що виногранул електропровідних матеріалів дозволяє одсяться; нанесення покриття на матеріал серцевиночасно отримати безліч розрядних проміжків, в ни з вищезазначеного матеріалу частинок мішені, яких утворюється плазма. що виносяться. При цьому спосіб здійснюється Швидке охолоджування перенасиченої пари при тиску приблизно 10 Торр або вище, а вказана здійснюють в діелектричній рідині, наприклад, у абляція досягається використанням лазера, вибводі. Це дозволяє отримати добре розчинні у воді раного з іонних лазерів, напівпровідникових лазенаночастинки з високою біологічною і хімічною рів і імпульсних ексимерних лазерів [Заявка Росактивністю. Це підвищує екологічну чистоту отрисии №2001135712. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ маного продукту. ПОКРЫТИЙ НА ЧАСТИЦЫ И ЧАСТИЦЫ, ПОЛУСпосіб отримання екологічно чистих наночасЧЕНЫЕ ЭТИМ СПОСОБОМ. МПК А61К9/50. тинок електропровідних матеріалів здійснюють в Опубл. 2003.09.27]. реакторі, заповненому діелектричною рідиною, Спосіб об'єднує дві ознаки синтезу наночастинаприклад, водою, в якому розміщують гранули нок: «зверху-вниз» і «знизу-вгору». Недоліком споелектропровідних матеріалів [див. патент України собу є низька продуктивність, обумовлена тим, що на корисну модель №23550. Спосіб ерозійногенерація наночастинок здійснюється в кожен мовибухового диспергування металів. МПК B22F мент часу тільки в одній області простору, в яку 9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл.№7.]. направлений лазерний промінь. У ланцюжках електропровідних гранул є розНайбільш близьким до пропонованого є спосіб рядні проміжки. При пропусканні через гранули отримання наночастинок лазерною абляцією поімпульсів електричного струму в розрядних проміверхні матеріалу шляхом швидкого випаровування жках між електропровідними гранулами виникають речовини, утворення плазми, такої дії на речовину, іскрові розряди, що призводять до абляції поверхщо аблює, плазмою, що речовина розпадається і ні гранул. При електричному пробої розрядних іонізується, а потім конденсується в наночастинки проміжків в них виникає плазма. з перенасиченої пари при швидкому охолоджуванЗа рахунок електроімпульсної абляції здійснюні за рахунок ефекту самоорганізації [Нанотехноється вибухоподібне диспергування матеріалу. У логии. Азбука для всех. Под ред. Ю.Д. Третьякова. каналах розряду температура досягає 10тис. гра- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - с. 114-115]. дусів. Ділянки поверхні гранул в локалізованих Спосіб об'єднує дві ознаки синтезу наночасток: зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподіб«зверху-вниз» і «знизу-вгору». Недоліком способу не руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. є низька продуктивність, обумовлена тим, що геЗдійснюється локалізоване руйнування гранул нерація наночастинок здійснюється в кожен моелектропровідних матеріалів імпульсами електримент часу тільки в одній області простору, в яку чного струму. направлений лазерний промінь. Крім того, недоліРідкі нанокраплі речовини, що диспергуються, ком відомого способу є наявність вакуум у і неможпотрапляють в плазму електричного розряду. У ливість здійснення способу в рідкому середовищі. плазмі електричного розряду розплавлені наночаВ основу корисної моделі поставлена задача стинки, що інжектуються з поверхні гранул, заряпідвищення продуктивності способу і отримання джаються до критичної величини - порогу капілярдобре розчинних у воді наночастинок електропроної нестійкості, досягши якого краплі починають відних матеріалів з високою біологічною і хімічною ділитися, породжуючи безліч дрібніших (дочірніх) активністю. розплавлених наночастинок. Дочірні краплі робЗапропонований, як і відомий спосіб отриманляться зарядженими вище за поріг нестійкості Реня екологічно чистих наночастинок електропровідлея, так що процес ділення, що почався, носить них матеріалів заснований на абляції поверхні каскадний характер [див. А.И. Григорьев, С.О. Шиелектропровідних матеріалів шляхом швидкого ряева, ЖТФ, 1991 т.61, вып.3, стр.19]. випаровування речовини з поверхні, утворенні Цей процес зупиняється при послідовному плазми, дії на речовину, що аблює, плазмою для її зменшенні розміру заряджених крапель до зросрозпаду і іонізації, конденсації перенасиченої пари тання струму автоемісії з їх поверхні, що, зрешв наночастинки при швидкому охолоджуванні і, тою, веде до зниження заряду крапель нижче за відповідно до цієї пропозиції, абляцію поверхні поріг нестійкості. При цьому для більшості електелектропровідних матеріалів здійснюють шляхом ропровідних матеріалів розмір нанокрапель, що є локалізованого руйнування гранул електропровідкінцевим продуктом ділення, виявляється близько них матеріалів імпульсами електричного струму, декількох нанометрів. Таким чином, в результаті плазму створюють електричними розрядами в ділення рідких мікронних і субмікронних крапель в проміжках гранул, а швидке охолоджування переплазмі електричного розряду формується велика насиченої пари здійснюють в діелектричній рідині. кількість нанорозмірних частинок. Продукти руйнуАбляцію поверхні електропровідних матеріалів вання гранул електропровідних матеріалів імпульздійснюють шляхом локалізованого руйнування сами електричного струму розлітаються з швидкогранул електропровідних матеріалів імпульсами стями, що перевищують 1км/с, і дуже швидко електричного струму. Це дозволяє спростити споохолоджуються у воді. В результаті, в рідині накосіб, підвищити продуктивність способу і відкриває пичуються екологічно чисті наночастинки електропровідних матеріалів. 7 Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський 37412 8 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