газофазный синтез с конденсацией паров

Термин

газофазный синтез с конденсацией паров

Термин на английском

gas-phase synthesis with vapour condensation

Синонимы

метод испарения и конденсации, evaporation-condensation method

Аббревиатуры

Связанные термины

Определение

метод получения нанопорошков металлов, сплавов или соединений при контролируемой температуре в атмосфере инертного газа низкого давления с последующей конденсацией пара вблизи или на холодной поверхности.

Описание

В отличие от испарения в вакууме, атомы вещества, испаренного в разреженной инертной атмосфере, быстрее теряют кинетическую энергию из-за столкновений с атомами газа и образуют кластеры. Металл испаряется из тигля или вводится в зону нагрева и испарения в виде проволоки, впрыскиваемого металлического порошка или в струе жидкости. Используется также распыление металла пучком ионов аргона. Подвод энергии осуществляется непосредственным нагревом, пропусканием электрического тока через проволоку, электродуговым разрядом в плазме, индукционным нагревом токами высокой и сверхвысокой частоты, лазерным излучением, электронно-лучевым нагревом.

Конденсация парогазовой смеси с температурой до 5000-10000 K может происходить при ее поступлении в камеру с большими сечением и объемом, заполненную холодным инертным газом; в этом случае охлаждение происходит за счет расширения газовой смеси и благодаря контакту с холодной инертной атмосферой. Существуют установки, в которых в камеру конденсации коаксиально поступают две струи - парогазовая смесь подается вдоль оси, а по ее периферии поступает кольцевая струя холодного инертного газа. В результате турбулентного смешения температура паров металла понижается, увеличивается пересыщение, и происходит быстрая конденсация. Благоприятные условия конденсации металлических паров создаются при адиабатическом расширении в с?пле Лаваля, когда в результате быстрого расширения создается высокий градиент температуры, и конденсация пара происходит почти мгновенно.

Испарение и разложение металлоорганических прекурсоров в несущем инертном газе используется для получения керамических нанопорошков (см. химическое осаждение из газовой фазы).

Самостоятельной задачей является собирание полученного конденсацией нанопорошка, так как его частицы настолько малы, что находятся в постоянном броуновском движении и остаются взвешенными в движущемся газе, не осаждаясь под действием силы тяжести. Для сбора получаемых порошков используют специальные фильтры и центробежное осаждение; в некоторых случаях применяется улавливание жидкой пленкой.

Основные закономерности образования наночастиц методом испарения и конденсации:

1. Образование наночастиц происходит при охлаждении пара в зоне конденсации, которая тем больше, чем меньше давление газа. Внутренняя граница зоны конденсации находится вблизи испарителя, а ее внешняя граница по мере уменьшения давления газа может выйти за пределы реакционного сосуда. В процессе конденсации существенную роль играют конвективные потоки газа.

2. При увеличении давления газа до нескольких сотен Па средний 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 инерт-ного газа к более плотному, сопровождается ростом размера частиц в несколько раз.

При одинаковых условиях испарения и конденсации металлы с более высокой температурой плавления образуют частицы меньшего размера. Если давление газа меньше 15 Па, то на стенках достаточно большой реакционной камеры (диаметром более 0.25 м) оседают сферические частицы металлов со средним диаметром менее 30 нм. Регулируя состав газовой фазы, содержащей, помимо инертного газа, два элемента и более, можно выращивать разные по форме малые частицы соединений различной степени кристалличности.

Авторы

• Гусев Александр Иванович, д.ф.-м.н.

Ссылки

1. А. И. Гусев. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Изд. 2-е, исправленное и дополненное. Москва: Наука-Физматлит, 2007. 416 с.
2. A. I. Gusev, A. A. Rempel. Nanocrystalline Materials. Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. 351 pp.

Иллюстрации

Схемы получения нанопорошков из металла (а) и металлоорганического прекурсора (б) методом газофазного синтеза

Теги

методы получения нанопорошков

Разделы

Объекты традиционных технологий («нанопорошки», нанопористые материалы, золи, гели, эмульсии, наногетерогенные полимеры и т.д.)
Технология

(Источник: «Словарь основных нанотехнологических терминов РОСНАНО»)