КриоХим (1041014)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана

ФАКУЛЬТЕТ: Машиностроительные Технологии

КАФЕДРА: “Электронные технологии в

машиностроение”

Реферат

по курсу «Основы наноэлектроники и нанотехнологий»

Студент

Решетников Н.Н.

Группы МТ11-81

Преподаватель

Сидорова С.В.

Москва 2015г.

1 Общие сведения о Криохимической технологии

При криохимическом способе получения нанопорошков последовательно проводят стадии формирования гомогенной или гетерогенной (суспензия, эмульсия) жидкофазной системы, ее замора­живание и сублимации под вакуумом растворителя или сплошной фазы в суспензиях.

Стадия замораживания или криокристаллизация является наиболее ответственной во всем технологическом цикле. Режим этой стадии предо­пределяет структуру и свойства конечного продукта. С повышением скорости замораживания размер образующихся структурных элементов твердой фазы уменьшается, а равномерность распределения компонентов возрастает. В зависимости от катионно- ионного состава растворенного ве­щества процесс кристаллизации может развиваться различными путями: с одновременной кристаллизацией всего раствора; с образованием кристал­лов льда из части растворителя; с частичным или полным стеклованием раствора и т.п. С увеличением скорости охлаждения распределение частиц по размерам становится все более узким. Самоорганизация системы в монодисперсную структуру происходит при достижении скорости замора­живания не менее 1—3 мм/с и темпе охлаждения не ниже 30...50 К/с.

Удаление из замороженного раствора кристаллитов растворителя ме­тодом вакуумной сублимации проводят при давлении более низком, чем давление, соответствующее тройной точке растворителя. Это позволяет свести к минимуму агломерацию сформировавшихся на стадии замора­живания частиц продукта, благодаря исключению появления в материа­ле фрагментов капельной влаги.

Важную роль в вакуумной сублимационной технологии играет про­цесс десублимации выделяющегося пара, который протекает параллель­но со стадией сублимации, а в некоторых случаях - со стадией замора­живания. Удаление паров растворителя при десублимации увеличивает движущую силу процесса сублимационной сушки.

Получаемый продукт представляет собой капиллярно-пористые тела или сферические по форме гранулы наиболее часто размером 0,1— 2,0 мм, образованные кристаллитами растворенных веществ, слабо свя­занными между собой «мостиками» в зонах контакта. При незначительном механическом воздействии гранулы разрушаются, и об­разуется порошок, характерный размер частиц которого по порядку ве­личины равен характерному размеру кристаллитов, сформировавшихся на стадии замораживания из растворенных веществ.

Рисунок 1 – Материалы-продукты криохимической технологии

Рисунок 2 - Свойства и особенности продуктов криохимического синтеза многокомпонентых материалов

Недостатки метода. Главным является длительность термической обработки вследствие достаточно больших размеров зерен и неоднородности смешения реагентов. При этом часто имеет место неконтролируемое образование кристаллитов и как следствие, помимо химической возникает также и гранулометрическая неоднородность, что в совокупности с анизотропией кристаллитов ВТСП приводит к невоспроизводимости электрических и магнитных свойств. Кроме того, почти все открытые к настоящему времени оксидные сверхпроводники являются химически сложными фазами, поэтому различие свойств их компонентов, обусловленное их положением в таблице Менделеева, делает невозможным существование унифицированной схемы синтез

Так, в атомной промышленности нашли применение гранулы урапилнитрата; в электронной промышленности -сегнето- и пьезо- электрики, керметы, высокотемпературная оптическая керамика, фер­риты. Такие материалы практически не искажают проходящий через них электрический сигнал, что обеспечивает высокое качество электронной аппаратуры. Материалы, получаемые этим методом, при­меняются в производстве квантовых усилителей, генераторов излучения, для изготовления ячеек памяти высокой компактности в электронных вычислительных устройствах и изготовления интегральных схем в про­изводстве полупроводников. В химической промышленности из этих материалов изготовляют фильтры, катализаторы, адсорбенты с разви­той внутренней поверхностью; в порошковой металлургии - металлические порошки, многокомпонентные композиции типа Cu-Ni, Со-Ni, Fе-W-Rе идр., карбиды состава W₂С,WС, металло - и пьезокерамику. На основе мате­риалов криохимического синтеза производят источники радиоактивною из­лучения, полимерные композиции, электрохимические электроды и компоненты энергонасыщенных конденсированных систем идр.

Свойства и особенности продуктов криохимического синтеза многокомпонентых материалов приведены на рисунке 2.

2 Основные процессы криохимической нанотехнологии

К основным технологическим фазам криохимических методов получе­ния нанопорошков солей в качестве целевого продукта относятся:

• приготовление раствора;

• распыление (диспергирование) раствора на отдельные капли;

• замораживание капель в твердые гранулы (кристаллизация);

• удаление растворителя из гранул сублимацией, криоэкстракцией, криоосаждением;

• десублимация растворителя.

В случае получения оксидов, например, для ферритных композиций дополнительно проводят следующие технологические операции:

• дегидратизация и термическое разложение;

• подготовка ферритных композиций (измельчение, классификация, смешивание);

• формование и спекание ферритных композиций.

Принципиальная схема криохимическото метода синтеза приведена

на рисунке 3.

Приготовление и диспергирование раствора. В результате растворения исходного вещества или веществ в том или ином растворителе удастся достичь максимально возможной степени смешивания компонентов в гомогенном растворе, в котором гарантирована высокая степень точности соответствия заданного состава.

Рисунок 3 - Принципиальная схема криохимическото метода синтеза

В качестве растворителя чаще всего используют воду; однако, воз­можно применять и другие растворители, которые легко замораживают­ся и сублимируются

Затем полученный раствор диспергируют на отдельные капли требу­емого размера, и их охлаждают до полного замораживания влаги. Про­цесс гидродинамического диспергирования осуществляют за счет исте­чения раствора через различные насадки и фильтры, а также с использо­ванием форсунок.

Замораживание жидких капель. Данный процесс обеспечивают при непосредственном контакте с хладоагентами или на охлаждаемых по­верхностях.

При непосредственном контакте с хладоагентами замораживание производят в объеме жидкого хладоагента, например, жидкого азота или охлажденной органической жидкости (например, гексан). При этом по­лучают гранулы сферической формы.

При кристаллизации на охлаждаемых поверхностях капли раствора те­ряют сферическую форму, приобретая вид чечевицеобразных гранул. В ряде случаев процесс кристаллизации осуществляют в тонкой пленке, которую перед замораживанием наносят на охлаждаемую поверхность.

Нашел широкое промышленное применение процесс испарительного замораживания (или самозамораживания) диспергируемых фрагментов раствора в вакууме при давлении более низком, чем давление, соответст­вующее тройной точке диаграммы состояния растворителя.

Скорость охлаждения капель раствора на стадии их замораживании существенно влияет на структуру образующихся кристаллов льда и высушиваемого продукта. Режим замораживания особенно важен при получении наноструктурных элементов на последующей стадии субли­мационного обезвоживания гранул. Для этого процесс замораживания должен протекать настолько быстро, чтобы предотвратить сегрегацию компонентов раствора.

Обычно скорость охлаждения определяют на основании теоретиче­ских расчетов или подбирают опытным путем; она зависит от состава продукта, сто теплофизических свойств, способа охлаждения и других факторов.

Затем замороженные гранулы просеивают (в случае необходимости) и помещают в сублимационную камеру, где происходит их сублимацион­ная сушка.

Как уже указывалось, малоразмерные фрагменты раствора (капли, тонкие пленки) можно замораживать также в самой камере сушки при вакуумировании. В этом случае в результате понижения давления проис­ходит интенсивное практически адиабатное испарение влаги. При этом за счет отвода теплоты испарения наблюдается самоохлаждение продук­та - вплоть до его полного замораживания. При осуществлении такого процесса обычно удаляется до 10 % влаги.

Главная цель процесса криокристаллизации заключается в сохране­нии высокой химической и гранулометрической однородности, присущей диспергируемому раствору. Возможность сохранения высокой хи­мической однородности определяется различными условиями, в том числе размером замораживаемых капель раствора, его температурой, физико-химической природой и температурой хладоагента. (грануломет­рическая однородность продукта характеризуется размерами как самих криогранул, так и дисперсных кристаллитов, образующихся в гетероген­ной системе «соль вода».

Особенность криогранулирования состоит в том, что процесс кри­сталлизации раствора соли проводят при температурах, значительно бо­лее НИЗКИХ, чем эвтектические. Такое понижение температуры необходимо для увеличения скорости замораживания с целью получения ультрадисперсной структуры кристаллитов целевого продукта; но этой же причине стараются уменьшить размеры объектов замораживания (гра­нул, чешуек и т.п.). Например, криокристаллизацию в растворах сульфатов проводят при температуре хладагента 230...250 К, нитратов 210...230 К. хлоридов - 150... 190 К.

Сублимация. Стадию испарения (сублимации) влаги реализуют ниже тройной точки на диаграмме равновесия «растворитель растворенное вещество». Параметры данной точки (температура, давление) зависят от свойств растворителя и растворенного вещества, а также от состава раствора. Например, для чистой воды эти параметры составляют: давление р = 610 Па и температура Т =0.0076 °С

На стадии сублимации теплоту, затрачиваемую на испарение льда. к продукту подводят путем кондуктивного теплопереноса (теплопроводностъю) или с использованием источников инфракрасного, электромагнитного и других видов излучения (радиационный энергоподвод); в ря­де случаев используют их комбинацию.

При сублимационном обезвоживании удастся избежать химических изменений компонентов, свести к минимуму потери летучих компонен­тов материала, высушить продукт без вспенивания, сохранить дисперс­ность составных частей композиции материала, поддержать стериль­ность и свести к минимуму окисление продукта.

Удалять растворитель из замороженного материала можно также спо­собами криоэкстракции и криоосаждения. При криоэкстракции извлече­ние льда из гранул материала производится жидкими экстрагентами (например, ацетоном, метанолом, пропанолом, спиртом и др.). При этом температура среды и экстрагента должна быть ниже температуры замер­зания солевого раствора. В этом случае лимитирующей стадией процес­са является внешняя диффузия, т.е. скорость диффузии молекул воды от поверхности гранул в объем экстрагента.

При криоосаждении удалении растворителя из замороженных гранул осуществляют при температуре ниже температуры плавлении целевого продукта путем их обработки осадителями (например, щавелевой кисло­той. гидроксидом аммония и др.).

Необходимо отметить, что методы криоэкстракции и криоосажлсния из-за довольно узкой области применения не могут конкурировать с ме­тодом сублимационного обезвоживания в вакууме по универсальности применения.

Процесс сублимации можно проводить, в периодическом пли непре­рывном режиме. В настоящее время в промышленности и в лаборатор­ной практике используют преимущественно аппараты и установки пери­одического действия. Как правило. Это связано с трудностями загрузки и выгрузки продуктов из аппаратов вакуумной техники. Однако организация процесса сублимационной сушки в непрерывном режиме представляет большой практический интерес.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов реферата