Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства

Скачать в djvu «Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства»


Основными закономерностями образования нанокристалли-ческих частиц методом испарения и конденсации являются следующие [11, 29]:


1.    Образование наночастиц происходит при охлаждении пара в зоне конденсации, которая тем больше, чем меньше давление газа; внутренняя граница зоны находится вблизи испарителя, а внешняя граница по мере уменьшения давления газа может выйти за пределы реакционного сосуда; при давлении, равном нескольким сотням паскалей, она находится внутри реакционной камеры диаметром >0,1 м, и в процессе конденсации существенную роль играют конвективные потоки газа;


2.    При увеличении давления газа до нескольких сотен паскалей размер частиц сначала быстро увеличивается, а затем медленно приближается к предельному значению в области давлений более 2500 Па;


3.    При одинаковом давлении газа переход от гелия к ксенону, т. е. от менее плотного инертного газа к более плотному, сопровождается ростом размера частиц в несколько раз.


В зависимости от условий испарения металла (давления газа, расположения и температуры подложки) его конденсация может происходить как в объеме реакционной камеры, так и на ее поверхности. Для объемных конденсатов более характерны частицы сферической формы, тогда как частицы поверхностного конденсата имеют огранку. При одинаковых условиях испарения и конденсации металлы с более высокой температурой плавления образуют частицы меньшего размера.


Если давление газа меньше примерно 15 Па, то на стенках достаточно большой реакционной камеры (диаметром более 0,25 м) оседают сферические частицы металлов со средним диаметром d < 30 нм. При росте давления до нескольких сотен паскалей образование высокодисперсных металлических частиц завершается в конвективных потоках газа вблизи испарителя.


Газофазный синтез позволяет получать частицы размером от 2 нм до нескольких сотен. Более мелкие частицы контролируемого размера получают с помощью разделения кластеров по массе во времяпролетном масс-спектрометре. Например, пары металла пропускают через ячейку с гелием под давлением около 1000—1500 Па, затем выводят в высоковакуумную камеру (примерно 10-5 Па), где масса кластера устанавливается по времени пролета определенного расстояния в масс-спектрометре. Таким способом получали кластеры сурьмы, висмута и свинца, содержащие 650, 270 и 400 атомов соответственно; температура газообразного гелия в случае паров Sb и Ш составляла 80 К, а в случае паров РЬ — 280 К [32]. В последние годы газофазный синтез наночастиц получил заметное развитие благодаря использованию разнообразных методов нагрева испаряемого вещества.

Скачать в djvu «Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства»