Процессы получения наночастиц и наноматериалов в жидких средах
Курс лекций подготовила и читает студентам 5 к. в осеннем семестре доц. Королёва М.Ю.
Введение
- Варианты классификации методов получения наночастиц и наноматериалов.
- Особенности получения наноматериалов в жидких средах.
Основы процесса кристаллизации в жидких средах
- Стадии процесса кристаллизации - образование центров нуклеации, рост наночастиц.
- Гомогенное и гетерогенное зародышеобразование. Критический зародыш.
- Основные теории роста кристаллов.
- Влияние различных параметров системы на скорость зародышеобразования и кинетику роста нанокристаллов.
- Способы замедления роста для синтеза наночастиц контролируемого размера.
- Роль процессов Оствальдова созревания и агрегации нанокристаллов в процессах синтеза наночастиц в жидких средах.
- Кристаллизация при пересыщении и переохлаждении. Способы кристаллизации.
Синтез наночастиц методами осаждения
- Основные химические реакции, приводящие к синтезу наночастиц и жидких средах и их контролируемому выделению из растворов.
- Получение наночастиц золота - метод Туркевича и метод Браста.
- Синтез наночастиц серебра, платины, палладия и других благородных металлов.
- Стабилизация синтезированных наночастиц в растворах - электростатическая, адсорбционная, хемосорбционная.
- Получение наночастиц несферической формы.
- Синтез наностержней металлов - роль зародышей кристаллизации и добавок ПАВ. Механизм роста наностержней металлов в жидких средах.
- Особенности синтеза наночастиц металлов в форме кубов, призм, двадцати-гранников и др.
- Синтез магнитных наночастиц в полярных и неполярных средах. Стабилизация наночастиц и получение магнитных жидкостей.
- Основные способы синтеза полупроводниковых наночастиц - контролируемого осаждения, построения кластеров, молекулярных прекурсоров.
- Основные факторы, влияющие на размер синтезируемых наночастиц полупроводников. Кинетический контроль роста наночастиц полупроводников.
- Синтез анизотропных наночастиц полупроводников - наностержней, разветвленных структур.
- Применение методов осаждения для синтеза наночастиц, состоящих из сплава металлов, со структурой ядро-оболочка, многослойных структур.
- Синтез наночастиц оксида кремния и нанокомпозитов - многослойных структур, состоящих из металлов, магнитных материалов или полупроводников и оксида кремния.
Золь-гель метод
- Основные стадии процесса.
- Особенности гидролиза и поликонденсации в щелочной и кислой среде.
- Гелеобразование и синерезис.
- Удаление растворителя - образование ксерогелей и аэрогелей.
- Влияние состава реакционной среды и условий протекания процесса на морфологию синтезируемого наноматериала.
- Получение золь-гель методом наноматериалов на основе оксидов кремния и титана.
- Синтез золь-гель методом нанокомпозитов типа "неорганика-неорганика" и "органика-неорганика".
Синтез наночастиц в сверхкритических жидкостях
- Классификация методов синтеза наночастиц и наноматериалов в сверхкритических жидкостях.
- Роль сверхкритической жидкости при синтезе - растворитель, сорастворитель, анти-растворитель, растворенное вещество, реакционная среда. Схемы основных методов.
- Использование сверхкритической воды и диоксида углерода для получения наночастиц.
- Варианты гидро- и сольвотермального синтеза - получение наночастиц при протекании физических и химических процессов.
- Основные параметры, влияющие на морфологию синтезируемых наноматериалов.
- Периодический и непрерывный способы организации гидро- и сольвотермального синтеза.
- Виды автоклавов, используемых для синтеза наночастиц.
- Гидро- и сольвотермальный синтез наночастиц металлов, оксидов металлов, полупроводников.
- Гидротермальный синтез наночастиц цеолитов и цеолитов с нанопористой структурой.
Синтез наночастиц при физическом воздействии на реакционную среду
- Особенности синтеза наночастиц при микроволновом нагреве. Гидротермальный синтез с микроволновым нагревом.
- Синтез наночастиц при воздействии ультрафиолетового, рентгеновского и радиоактивного излучения.
- Механизм синтеза наночастиц при действии различных видов излучения.
- Ультразвуковое воздействие. Синтез наночастиц с аморфной и нанокристаллической структурой.
Образование наночастиц при распылении растворов в пламени (мокрое сжигание)
- Выпаривание и пиролиз аэрозоля.
- Влияние состава исходного раствора и технологических параметров процесса на размер и морфологию синтезируемых наночастиц.
- Способы распыления жидкости.
- Агломерация наночастиц и получение нанопористых материалов.
Криохимический метод синтеза наночастиц
- Основные стадии процесса. Способы замораживания и удаления растворителя.
- Используемые хладоагенты.
Электрохимический метод получения наноматериалов
- Катодные и анодные процессы, приводящие к синтезу наноматериалов.
- Получение наноструктурированных покрытий. Электроосаждение наночастиц.
- Формирование композитных покрытий, состоящих из металла и осажденных наночастиц.
- Образование нанопористых материалов.
- Синтез нановолокон в пористых материалах.
Матричный (темплатный) синтез наночастиц и наноматериалов
- Синтез наночастиц в сферических и несферических мицеллах, микроэмульсиях.
- Основные факторы, влияющие на размер и форму, синтезируемых наночастиц.
- Синтез наночастиц в микроэмульсиях в сверхкритическом оксиде углерода.
- Использование гексагональных и кубических жидкокристаллических фазах в качестве матрицы для синтеза наноматериалов.
- Получение мезопористых силикатов.
- Синтез нанокомпозитов наночастица-дендример.
- Особенности строения дендримеров и способов формирования нанокомпозитов в зависимости от уровня генерации дендримера.
Биологические методы синтеза наночастиц
- Внутриклеточный синтез наночастиц. Магнетобактерии, магнетосомы.
- Синтез наночастиц с использованием ферритина.
- Внеклеточный синтез наночастиц, формирование пористых иерархических структур.
Получение наноматериалов при самоорганизации наночастиц
- Самоорганизация под действием капиллярных, гравитационной и центробежной сил, действии электрического и магнитного поля.
- Матричная самоорганизация. Формирование плоских и объемных структур.
- Формирование упорядоченных ансамблей бинарных наночастиц.
Лабораторный практикум
