Спосіб отримання наночастинок електропровідних матеріалів, наночастинок їх оксидів і гідроксидів “електроімпульсна абляція”

Спосіб отримання наночастинок електропровідних матеріалів, наночастинок їх оксидів і гідроксидів, що заснований на електроімпульсній абляції поверхні електропровідних матеріалів шляхом 3 нанометрових частинок металів. Даний метод дозволяє отримувати кристалічні частинки розміром 20-30нм. Недоліком цього способу є його низька продуктивність. Відомий також спосіб отримання частинок шляхом швидкого твердіння розплавлених мікрокрапель у вільному польоті [Steiberg J. at al. Productuon of bulk amophous P77. 5Si16, 5Cu6 in containerless lonogravity environment Appl. Phys. Zett.. 1981. vol.38, N 3. p.135-137]. Недоліком відомого способу є низька продуктивність. 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°C [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 наночастинок електропровідних матеріалів, що включає диспергування матеріалу шляхом дії на вістрійний катод з провідного матеріалу з радіусом кривизни вістря не більше 10мкм електричним полем з напруженістю поля на вершині вістря не менше 107В/см, подачу отриманих рідких крапель цього матеріалу в плазму електричного розряду з тривалістю імпульсу не менше 10мкс, що створюється в інертному газі при тиску 10-3-10-4Па між електродами при різниці потенціалів не менше 2кВ, і одночасній дії магнітним полем напруженістю не менше 600Гc, нормальним до згаданого електричного поля, що створює згадану плазму, охолоджування в інертному газі рідких наночастинок, що утворилися в згаданій плазмі, до твердіння і нанесення отриманих твердих наночастинок на носій [Патент России №2265076. Способ получения наночастиц. МПК7 С23С4/00, МПК B01J2/02, МПК B22F9/00. Опубл. 2005.11.27]. Недоліком способу є низька продуктивність, оскільки генерація частинок здійснюється тільки в одному розрядному проміжку. Це обмежує можливість застосування способу в промислових масштабах. Відомий спосіб отримання вуглецевих, металевих і металовуглецевих наночастинок, що включає приготування реакційної суміші і дію на реакційну суміш ультрафіолетовим випромінюванням (УФ) так, що молекули реакційної суміші розпадаються з утворенням вуглецевої і металевої пари, 40152 4 яка потім конденсується в наночастинки, при цьому в якості вихідної речовини для приготування реакційної суміші використовують летку вуглецьвмісну сполуку - недокис вуглецю С3О2 і металовмісну сполуку Fe(CO)5 або Мо(СО)6 і газ-розчинник, а на реакційну суміш впливають УФвипромінюванням з довжиною хвилі менше 207нм. В якості газу-розчинника можуть бути використані інертні гази, а на реакційну суміш УФвипромінюванням впливають в безперервному або в імпульсному режимі [Патент России №2305065. Способ получения углеродных, металлических и металлоуглеродных наночастиц. МПК В82В3/00 (2006.01). Опубл. 2007.08.27]. Спосіб об'єднує дві ознаки синтезу наночастинок: «зверху-вниз» і «знизу-вгору». Недоліком способу є складність способу і низька продуктивність. 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 10Торр 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. Відомий спосіб отримання наночастинок лазерною абляцією поверхні матеріалу шляхом швидкого випаровування речовини, утворення плазми, дії на речовину, що аблює, плазмою так, 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 наявність вакууму і неможливість здійснення способу в рідкому середовищі. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб отримання наночастинок електропровідних матеріалів, заснований на електроімпульсній абляції поверхні електропровідних матеріалів шляхом локалізованого руйнування гранул електропровідних матеріалів імпульсами електричного струму, утворенні плазми в проміжках між гранулами, дії на речовину, що аблює, плазмою для її розпаду і іонізації, конденсації перенасиченої пари речови 5 ни, що аблює, в наночастинки при охолоджуванні в діелектричній рідині [див. Рішення від 13.10.2008 року про видачу патенту на корисну модель по заявці № u 2008 08254. Спосіб отримання екологічно чистих наночастинок електропровідних матеріалів „Електроімпульсна абляція” МПК(2006) В01J 2/02. B22F 9/00 А61K 9/50, В82В 3/00]. Недоліком способу є обмежена область застосування отриманих даним способом наночастинок, оскільки наночастинки отримані в діелектричному середовищі, а реальні середовища для їх застосування часто є електропровідними. У основу корисної моделі поставлена задания розширення області застосування отриманих наночастинок. Запропонований, як і відомий спосіб отримання наночастинок електропровідних матеріалів, наночастинок їх оксидів і гідроксидів заснований на електроімпульсній абляції поверхні електропровідних матеріалів шляхом локалізованого руйнування гранул електропровідних матеріалів імпульсами електричного струму, утворенні плазми в проміжках між гранулами, дії на речовину, що аблює, плазмою для її розпаду і іонізації, конденсації перенасиченої пари речовини, що аблює, в наночастинки і охолоджуванні наночастинок в рідині і, відповідно до цієї пропозиції, охолоджування наночастинок здійснюють в електропровідній органічній або неорганічній рідині, що має електропровідність не більше 1мілісіменс/см, переважно менше 0,1мілісіменс/см. Абляцію поверхні електропровідних матеріалів здійснюють шляхом локалізованого руйнування гранул електропровідних матеріалів імпульсами електричного струму. Це дозволяє підвищити продуктивність способу і відкриває можливість його застосування в промислових масштабах. Плазму створюють електричними розрядами в проміжках гранул. Використання безлічі металевих гранул електропровідних матеріалів дозволяє одночасно отримати безліч розрядних проміжків, в яких утворюється плазма. Плазма діє на речовину, що аблює, і призводить до її розпаду і іонізації. Перенасичена пара речовини, що аблює, конденсується в наночастинки, які охолоджуються в рідині. Охолоджування наночастинок здійснюють в електропровідній органічній або неорганічній рідині. Це розширює області застосування отриманих наночастинок оскільки реальні середовища для їх застосування переважно є електропровідними. Охолоджування наночастинок здійснюють в електропровідній органічній або неорганічній рідині, що має провідність не більше 1мілісіменс/см, переважно менше 0,1мілісіменс/см. Це підвищує продуктивність способу, оскільки при електропровідності рідини більше 1мілісіменс/см значна частина енергії імпульсів електричного струму витрачається не на диспергування гранул електропровідних матеріалів, а на нагрів рідини за рахунок шунтування ланцюжків гранул електропровідною рідиною. 40152 6 Спосіб отримання наночастинок електропровідних матеріалів, наночастинок їх оксидів і гідроксидів здійснюють в реакторі, заповненому електропровідною рідиною, в якому розміщують гранули електропровідних матеріалів [див. патент Україні на корисну модель №23550. Спосіб ерозійновибухового диспергування металів. МПК B22F 9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл. №7]. Провідність рідини повинна бути не більше 1мілісіменс/см, переважно менше 0.1мілісіменс/см. Це зменшує шунтування ланцюжків електропровідних гранул електропровідною рідиною, внаслідок чого енергія електричних імпульсів витрачається по прямому призначенню - на диспергування гранул. 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 10тис. 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. Рідкі нанокраплі речовини, що диспергується, потрапляють в плазму електричного розряду. У плазмі електричного розряду розплавлені наночастинки, що інжектуються з поверхні гранул, заряджаються до критичної величини - порогу капілярної нестійкості, з досягненням якого краплі починають ділитися, породжуючи безліч дрібніших (дочірніх) розплавлених наночастинок. Дочірні краплі виявляються зарядженими вище за поріг нестійкості Релея, так що процес ділення, що почався, носить каскадний характер [див. А.И. Григорьев, С.О. Ширяева, ЖТФ, 1991 т.61, вып.3, стр. 19]. Цей процес зупиняється при послідовному зменшенні розміру заряджених крапель до зростання струму автоемісії з їх поверхні, що, зрештою, веде до зниження заряду крапель нижче за поріг нестійкості. При цьому для більшості електропровідних матеріалів розмір нанокрапель, що є кінцевим продуктом ділення, виявляється порядка декілька нанометрів. Таким чином, в результаті ділення рідких мікронних і субмікронних крапель в плазмі електричного розряду формується велика кількість нанорозмірних частинок. Продукти руйнування гранул електропровідних матеріалів розлітаються з швидкостями, що перевищують 1км/с, і дуже швидко охолоджуються в електропровідній органічній або неорганічній рідині. В результаті, в електропровідній рідині накопичуються наночастинки, утворюючи колоїдний розчин в середовищі, яке добре поєднується з реальними середовищами, оскільки реальні середовища в більшості випадків є електропровідними. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 40152 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601