Структурные превращения при механосинтезе и химическом синтезе нанокомпозитов Fe-Al(Ga)-O (1104923)
Текст из файла
На правах рукописиФАЛКОВА Александра НиколаевнаСТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ МЕХАНОСИНТЕЗЕ ИХИМИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ НАНОКОМПОЗИТОВ Fe-Al(Ga)-OСпециальность 01.04.07 ― физика конденсированного состоянияАвтореферат диссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукМосква– 2014Работа выполнена на кафедре физики твердого тела физического факультетаМосковского Государственного Университета имени М.
В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наукглавный научный сотрудникНовакова Алла Андреевна,Официальные оппоненты:Филиппов Валентин Петрович, доктор физико-математических наук,профессор,Национальныйисследовательскийядерныйуниверситет«МИФИ»Валиев Хаммат Хафизович, кандидат физико-математических наук,Институт прикладной механики РАН, старший научный сотрудникВедущая организация: Институт химической физики им. Н.Н. СеменоваРАНЗащита состоится “ 15” мая 2014 вчас.мин. на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.01 при Московском государственномуниверситете имени М.
В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва,Ленинские горы, д.1, стр. 35, Центр коллективного пользования МГУ,конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научнойбиблиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27)Автореферат разослан “”20г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.01кандидат физико-математических наук2Лаптинская Т. В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыКерамики на основе Al2O3, Ga2O3, Cr2O3 находят широкое применение всовременной технике благодаря уникальному сочетанию своих свойств:износостойкости,инертности.Наогнеупорности,основевысококачественныхэтихматериаловтеплопроводностикерамиксоздаетсядляэлектроники,ихимическойширокийспектрэлектротехники,машиностроения и ряда других отраслей промышленности. Упрочнениехрупкойкерамикиинтерметаллическимифазамирассматриваетсявсовременных технологических процессах как возможность полученияматериалов с улучшенными свойствами.Стоит отметить, что физические и химическиесвойства получаемыхкерамических матриц в значительной степени определяются свойстваминанокомпозитов, используемых в качестве прекурсоров для их синтеза.
Вэтой связи особенно актуальным является исследование структурныхпревращений,которыенанокомпозитов.Даннаяпроисходятинформациявпроцессеможетсинтезабытьподобныхиспользованавдальнейшем для оптимизации методик их получения.Цель работыЦелью диссертационной работы является исследование особенностейпроцесса синтеза нанокомпозитов интерметаллид/оксид в зависимости отвыбранной методики получения, относительных концентраций исходныхкомпонентов смеси. Для этого надо провести исследование структурных ифазовых превращений, происходящих на разных этапах механосинтеза всистемах Fe2O3–Al, Fe2O3–Ga, Fe2O3–Ga–Fe, Fe–Al и Fe–Al–Cr2O3 взависимости от относительных концентраций исходных компонентов смеси ивремени размола.
Также надо исследовать влияние исходной взаимнойконцентрации Fe:Al на структурное и фазовое состояние нанокомпозитов FeAl-O, синтезированных химическим методом, включающим в себя этапхимического диспергирования (совместного осаждения солей Fe и Al с3получением гидрооксидов) и этап восстановления, когда полученныегидроксидные соединения восстанавливаются при нагреве в атмосфереводорода.Отдельнополученныхследуетнанокомпозитовисследоватьвкачествевозможностьприменениякатализатороввпроцессепиролитического синтеза углеродных нанотрубок.Применение комплексной методики исследования (мессбауэровскаяспектроскопия,электроннаярентгендифракционныйпросвечивающаяанализ,микроскопияИК-спектроскопия)даст(ПЭМ),возможностьпровести количественный фазовый анализ компонентов смеси и получитьнаиболее полное представление о структурных и фазовых превращениях,происходящих на различных стадиях синтеза нанокомпозитов.Научная новизнаВпервые методом мессбауэровской спектроскопии проведено детальноеисследование кинетики процесса восстановления окисла Fe металлами Al,Ga, Fe, происходящего в ходе механоактивации в системах Fe2O3–Al, Fe2O3–Ga, Fe2O3–Ga–Fe, Fe–Al и Fe–Al–Cr2O3 в зависимости от относительныхконцентраций исходных компонентов смеси и времени активации.Для системы Fe2O3–Al выявлены оптимальные условия (взаимныеконцентрации исходных веществ и время механоактивации), при которыхпроисходит формирование гомогенной смеси интерметаллид/оксид Al2O3.Впервые проведено детальное сравнение результатов механосинтеза,полученных для систем Fe2O3–Ga и Fe2O3–Ga–Fe с результатами по системеFe2O3–Al.Проведено сравнение кинетики процессов получения нанокомпозитов FeAl-O при механосинтезе в системе Fe2O3–Al и при использованиихимическогометодасинтеза,сочетающегоэтапыхимическогодиспергирования и восстановления.В случае композитов Fe-Al-O, полученных химическим методом,отдельноисследовановлияниевзаимнойконцентрацииисходныхкомпонентов смеси на каталитические свойства финальных композитов,4используемых при получении углеродных нанотрубок в пиролитическомсинтезе.Научная и практическая ценность1.
Проведенное исследование структурных и фазовых превращенийпозволило определить факторы, препятствующие протеканию процессавосстановления в полной мере в системах Fe2O3–Al, Fe2O3–Ga и Fe2O3–Ga–Fe.2. ДлясистемыFe2O3–Alопределеныоптимальныевзаимныеконцентрации исходных компонентов, для которых финальныйкомпозит представляет собой однородную смесь интерметаллид/оксид.3. Показано,чтодлявысокоэнергетическогосистемFe–AlразмолаииFe–Al–Cr2O3сочетаниесамораспространяющегосявысокотемпературного синтеза позволяет довести до конца процессвзаимодействия между компонентами смеси и получить нанокомпозитα-Fe(Cr,Al)/Fe0.7-xCrxAl0.3/Al2O34.
В случае композитов Fe-Al-O, полученных химическим методом,определеныоптимальныевзаимныеконцентрацииисходныхкомпонентов смеси для создания эффективных нанокомпозитов,которые могут быть использованы в качестве катализаторов в процессепиролитического синтеза углеродных нанотрубок.5. Все проведенные исследования могут быть использованы дляоптимизации технологических процессов получения функциональныхнанокомпозитов.Основные положения, вынесенные на защитуДетальное исследование структурных превращений, происходящих наразличных этапах получения нанокомпозитов в ходе механосинтеза всистемах Fe2O3–Al, Fe2O3–Ga, Fe2O3–Ga–Fe, Fe–Al и Fe–Al–Cr2O3, а также входе получения композитов Fe-Al-O химическим методом.5Результаты исследования различных факторов, влияющих на скоростьпроцесса восстановления, на морфологию и фазовый состав финальныхнанокомпозитов, а также на их каталитические свойства (в случаекомпозитов, полученных химическим методом).Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались иобсуждались на российских и международных конференциях и симпозиумах:10-ой международной конференции «Ломоносов-2007» (2007 г., Москва,Россия); национальных конференциях по применению рентгеновского,синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследованиянаноматериалов и наносистем РСНЭ-НБИК (2007 г., 2009 г.
Москва,Россия); 14th International Syphosium on Metastable and Nano- MaterialsISMANAM-2007 (2007, Corfu, Greece); III Международной конференции поколлоидной химии и физико-химической механике, IC-CCPCM’2008 (2008,Москва, Россия); 16th International Conference on Solid Compounds of TransitionElements SCTE-2008 (2008, Dresden, Germany); международной конференцииCALPHAD XXXVIII (2009, Prague, Czech Republic); III Международнойконференции с элементами научной школы для молодежи “Функциональныенаноматериалы и высокочистые вещества” FNM-2010 (2010, Суздаль,Россия);InternationalSymposiumonAdvancedComplexInorganicNanomaterials ACIN 2011 (2011, Namur, Belgium).Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 15 печатныхработах: 6 статьях (из них 5 в журналах, входящих в список ВАК) и 9 тезисахдокладов на международных и всероссийских конференциях.Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 125страницах машинописного текста, включая 47 рисунков и 12 таблиц, исостоит из введения, семи глав, списка литературы из 163 наименований.Работа выполнена на кафедре физики твердого тела физического факультетаМГУ им М.В. Ломоносова.6КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииизложенообоснованиеактуальноститемыдиссертационной работы, научная новизна и практическая ценность,сформулированы цели работы, а также изложены положения, выносимые назащиту.Первая глава посвящена обзору литературы по теме диссертационнойработы.
В ней представлен обзор двух наиболее эффективных методовполучения нанокомпозитов керамика/металл(интерметаллид), а именнополучение нанокомпозита в процессе механосинтеза и химическим методом.В работе приведен подробный обзор работ, посвященных исследованиюфизико-химических явлений, происходящих в области непосредственногоконтакта размалываемых частиц при механоактивации, как то явленияпереноса, выделение тепла при пластической деформации и измельчениечастиц. Отдельное внимание было уделено анализу методик получениянанокомпозита интерметаллид/оксид путем восстановления оксида α- Fe2O3в присутствии различных металлов-восстановителей. Проведено сравнениемеханосинтеза и химического метода получения нанокомпозитов.
Проведенанализ влияния структуры известных катализаторов на процесс образованияи роста углеродных нанотрубок в пиролитическом синтезе.Вторая глава содержит описание методов исследования, применяемыхв данной работе:• Методмессбауэровскойспектроскопии–основнойметод,используемый при проведении наших исследований – позволяетисследоватьмагнитнуюструктуруифазовыепревращения,происходящие на каждом этапе синтеза исследуемых образцов, а такжепроводить количественный фазовый анализ железосодержащих фаз.• Методпросвечивающейэлектронноймикроскопии(ПЭМ)–единственный прямой метод, позволяющий визуально определитьморфологию получаемых композитов на каждом этапе синтеза, а также7выявить количественное содержание и структуру получаемых впроцессе пиролитического синтеза нанотрубок.• Метод рентгеновской дифракции применялся для общего фазовогоанализа и получения данных о размерах кристаллов (зерен) вконгломератах частиц и уровне напряжений в их структуре.• Метод ИК-спектроскопии позволяет определить наличие в образцеоксидных химических связей, что в совокупности с мессбауэровскимиданными о локальных концентрационных зависимостях сверхтонкихвзаимодействий дают полную картину структурных превращений наразных стадиях синтеза.Также в этой главе представлены и проанализированы основныеструктурные, магнитные и мессбауэровские характеристики соединений,которые потенциально могут быть получены в процессе синтеза.Основные результаты исследований и их обсуждение содержатся вГлавах III-VI.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
