Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Химические науки
Физическая химия

Диссертационная работа:

Запсис Константин Васильевич. Синтез и физико-химическое исследование наночастиц оксидов металлов (Cu2O, Fe2O3, ZnO) в полиэтиленовой матрице : Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 : Саратов, 2004 109 c. РГБ ОД, 61:05-2/5

смотреть содержание
смотреть введение
смотреть литературу
Содержание к работе:

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава 1, ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПОСТАВЛЕННОЙ ПРОБЛЕМЫ 10

1.1. Понятие о наночастицах 10

1.2. Размеры, форма и строение наночастиц 12

1.3. Свойства наночастиц 13

1.4. Взаимодействие наночастиц со средой 21

1.5. Реакционная способность наночастиц 22

1.6. Агломерация наночастиц 22

1.7. Методы получения металлсодержащих наночастиц 23

1.7.1. Физические методы получения 24

1.7.2. Получение наночастиц путем диспергирования 26

1.7.3. Химические методы получения 27

1.7.3.1. Реакции термического распада 28

1.7.3.2 Термическое разложение в жидкой фазе 29

1.8. Стабилизация наночастиц 29

1.8.1. Условия и механизм стабилизации наночастиц полимерами 30

1.8.2. Матричная изоляция 31

Выводы к главе 1 37

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТАВА

КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ В

ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ МАТРИЦЕ , 39

2.1 Материалы 39

2.2 Методика синтеза наночастиц в полимерах 40

2.3 Методы исследования 43

Выводы к главе 2 44

Глава 3. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ В

ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ МАТРИЦЕ 46

3.1. Получение наночастиц оксидов металлов 46

в полиэтиленовой матрице 46

3.2. Наночастицы оксида меди (І) в полиэтиленовой матрице 48

3.3 Железосодержащие наночастицы в полиэтиленовой матрице 51

3.4. Наночастицы оксида цинка в полиэтиленовой матрице 58

3.5 Исследование термической устойчивости материалов на основе наночастиц оксидов металлов в полиэтиленовой матрице 59

3.6 Теоретические аспекты возможного механизма образования и роста

й наночастиц в полимерных матрицах 67

Выводы к главе 3 75

Глава 4. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ В

ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ МАТРИЦЕ 77

4.1. Удельная проводимость и диэлектрическая проницаемость наночастиц оксидов металлов в матрице полиэтилена 77

4.2. Ферромагнетизм железосодержащих наночастиц в матрице

полиэтилена 81

Выводы к главе 4 83

Глава 5. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКОМПОЗИТОВ 84

д 5.1. Оптические спектры отражения и поглощения 86

5.1 Л. Наночастицы оксида железа (III) в полиэтилене 86

5.1.2. Наночастицы оксида меди (І) в полиэтилене 93

5.1.3. Наночастицы оксида цинка в полиэтилене 95

Выводы к главе 5 100

Общие выводы 101

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 103 

Введение к работе:

Актуальность работы. В последнее время все большее внимание исследователей привлекают наноразмерные объекты. Для объектов таких размеров значителен вклад атомов, располагающихся на поверхности объекта, поскольку отношение их числа к количеству атомов, находящихся в объеме, высоко. Таким образом, нанообъекты обладают развитыми межфазными границами и избыточной по сравнению с обычными (массивными) веществами, энергией.

Новый этап в развитии радиоэлектроники и компьютерных технологий связан с дальнейшей миниатюризацией отдельных элементов интегральных схем. Поэтому изучение свойств наноразмерных объектов и создание на их основе новых материалов, обладающих уникальными свойствами, представляется актуальным.

Немаловажное значение в разработке методов создания наноматерналов играют наноразмерные дисперсные системы. Уникальные свойства наноразмерных дисперсных систем связаны с особенностями входящих в них отдельных наночастиц и их коллективным поведением в ансамбле, а соизмеримость размеров наночастиц с корреляционным масштабом какого-либо физического процесса реализует в нем, в свою очередь, различные размерные эффекты. Малые частицы характеризуются наноразмерами структурных морфологических элементов, а наноразмерные системы занимают промежуточные положение между атомами (кластерами) и массивными металлами.

Среди интенсивно развивающихся методов получения наноматериалов, наибольшее внимание уделяется методам получения композиционных материалов на основе органических полимерных матриц и наночастиц различных соединений. Особое место занимают материалы, содержащие наноразмерные частицы металлов и полупроводников, в том числе оксидов, сульфидов и др. Такие материалы, по характерному электронно энергетическому строению характеризуются как материалы на основе «квантовых точек». Дело в том, что при уменьшении размера объекта (частицы) до LdB (LdB - длина волны де Бройля) энергетический спектр электронов перерождается в систему дискретных уровней размерного квантования. Вследствие чего, нанообъекты являются не чем иным, как квантовыми телами (точками).

Необходимо отметить, что, не смотря на все возрастающее число экспериментальных и теоретических работ по «квантовым точкам», механизм электронных взаимодействий в наночастицах и природа их спектральных свойств еще далеки от полного понимания. В отличие, от массивных (блочных) полупроводниковых оксидов металлов, свойства которых исследованы достаточно хорошо, свойства наночастиц соответствующих оксидов остаются практически не изученными.

Из большого количества полупроводниковых оксидов d- металлов широко распространенными и наиболее интересными являются Fe2C 3, TQ O CuO, Cu O, ZnO. Оксиды железа обладают ферромагнитными свойствами, оксиды меди представляют интерес с точки зрения электропроводности, СигО обладает сильным поглощением в ближней ИК - области спектра, в нем реализуется фотоэффект в запирающем слое, и широко используется в качестве высокочувствительных оптических фотоприемников. Оксид цинка -уникальный по своим свойствам полупроводниковый материал. Он используется как проводящий материал, в качестве пигментов красок, оптических волноводах. Обладают уникальными люминесцентными свойствами, в зависимости от активатора цвет люминесценции оксида цинка может изменяться от зеленого до красного.

В связи с этим целью работы является синтез композиционных материалов на основе наночастиц полупроводниковых оксидов металлов в инертной полимерной матрице, а также исследование их электрофизических и оптических свойств.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) получение композиционных материалов на основе изолированных друг от друга наночастиц оксидов металлов (С112О, Fe203, ZnO), с размерами не более 30 нм внутри матрицы полиэтилена высокого давления;

2) исследование размера, состава и строения наночастиц оксидов металлов в матрице полиэтилена;

3) исследование электрофизических и диэлектрических свойств -удельной проводимости и диэлектрической проницаемости материалов на основе наночастиц, и выявление концентрационных зависимостей свойств;

4) исследование спектральных характеристик поглощения в видимой и ближней ИК - области спектра материалов на основе наночастиц оксидов металла (Fe203, Cu20, ZnO) в матрице полиэтилена.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- впервые получены материалы, содержащие изолированные друг от друга наночастицы Cu20, Fe203, ZnO, с различной (до 40 масс. %) концентрацией в полиэтиленовой матрице;

- впервые экспериментальным путем доказано, что в полученном материале действительно содержатся наночастицы, определены их размеры, строение и состав;

впервые установлены закономерности электрофизических, диэлектрических и магнитных свойств материалов в зависимости от концентрации наночастиц;

- впервые проведены исследования основных линейных оптических характеристик в видимой и ближней ИК - области оптического спектра.

Практическая значимость данной работы состоит в получении новых нанокомпозитных материалов на основе полупроводниковых оксидов металлов и полиэтилена высокого давления. Использование, достаточно простой и недорогой технологии, позволяет получать нанокомпозиты с уникальными электрофизическими и оптическими свойствами. Новые результаты исследований физико-химических свойств расширяют понимание закономерностей, управляющих активностью частиц с размером 10 нм и

меньше, что является одной из основных проблем современной нанохимии. Синтезированные новые наноматериалы могут найти широкое применение в различных областях науки и техники, поскольку, как это показано в настоящей работе, свойствами наночастиц и материалов на их основе можно управлять посредством изменения различных параметров, таких как средний размер частиц, их концентрация в матрице.

Пленки из нанокомпозитных материалов на основе оксидов меди и полиэтилена высокого давления могут найти применение в качестве поглощающих покрытий внутренних стенок СВЧ резонаторов больших объемов, что имеет важное значение при разработке промышленных и бытовых СВЧ нагревателей, так как значительно повышает их эффективность и, тем самым, снижает энергозатраты. Кроме того, пленки из таких наноматериалов имеют большие перспективы применения в качестве рабочих сред одноэлектронных и туннельных диодов и транзисторов пластиковой и молекулярной электроники. Нанокомпозиты из окиси цинка и полиэтилена высокого давления представляют большой интерес для низковольтных и коротковолновых оптоэлектронных устройств таких, как светодиоды и лазерные диоды, оптически управляемые химические сенсоры.

На защиту выносятся следующие результаты и положения:

- метод получения материалов на основе наночастиц оксидов металлов (C112O, РегОз, ZnO) в матрице полиэтилена высокого давления;

- результаты исследования размеров и распределения по размерам, строения и состава наночастиц С112О, РегОз, ZnO в матрице полиэтилена;

- закономерности поведения концентрационных зависимостей удельной проводимости и относительной диэлектрической проницаемости материалов на основе железо- и медьсодержащих наночастиц в матрице полиэтилена высокого давления;

- результаты исследований дисперсионных зависимостей показателя преломления и коэффициента поглощения материалов на основе наночастиц

Cu20, Fe203, ZnO в матрице полиэтилена в видимой и ближней ИК - области оптического спектра.

Апробация и публикация работы. Различные результаты докладывались и обсуждались на X Международной конференции студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Вторые Кирпичниковские чтения, Казань, 2001 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2002 г.), Международной конференции «XVII Меделеевский съезд» (Казань, 2003 г.), III Международной конференции «Химия твердого тела и современные микро - и нанотехнологии» (Кисловодск, 2003), IV Международной конференции «Химия твердого тела и современные микро - и нанотехнологии» (Кисловодск, 2004).

По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ (4 статьи в центральной печати, 4 статьи в сборниках и 9 тезисов докладов).

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ грант № 04-03-32597-а).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и библиографии (107 наименований). Обзор литературных данных по данной тематике приведен в первой главе, во второй главе описаны используемые в работе материалы, методы и методики исследования. Основные обсуждения результатов приведены в последующих трех (3 - 5) главах.

Подобные работы
Брусенцова Татьяна Николаевна
Синтез и исследование физико-химических свойств наночастиц редкоземельных марганец-цинковых ферритов-шпинелей
Цветкова Ирина Николаевна
Золь-гель синтез и исследование физико-химических свойств фосфоросиликатных, боросиликатных и фосфатных материалов
Писарева Анна Владимировна
Синтез и исследование физико-химических свойств кристаллических и полимерных протонных электролитов на основе бензолполикарбоновых и бензолполисульфоновых кислот
Мурадян Вячеслав Ервандович
Электродуговой синтез и исследование физико-химических свойств углеродных нанотрубок
Гольдт Илья Валерьевич
Синтез и физико-химические исследования продуктов фторирования C_60 комплексными и бинарными фторидами металлов
Холошенко Наталья Михайловна
Синтез и физико-химическое исследование новых электропроводных N-замещенных полианилинов
Накусов Ахсарбек Таймуразович
Синтез и физико-химическое исследование высоко-дисперсных порошков и пленочных газовых сенсоров на основе оксидов металлов
Шипуля Анна Николаевна
Синтез и физико-химические исследования композиционных органокремнеземных сорбентов и модифицированных углей сферической грануляции
Зинченко Валентина Александровна
Синтез и физико-химические исследования фотолюминофоров с длительным послесвечением на основе сульфида цинка
Черкасова Елизавета Викторовна
Синтез и физико-химическое исследование гекса(изотиоцианато)хроматов(III)комплексов лантаноидов(III) с Z-капролактамом

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net