ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ НАПРАВЛЕННЫЙ СИНТЕЗ Параметры синтеза: Температура (Т) Давление (Р) Состав питающей среды (х,у) Характеристика материалов Состав Структура Морфология Функциональные свойства Магнитные Электронные Оптические 1

Методы синтеза твердых материалов 1.Из пара V-S 2.Из раствора L-S 3.Из расплава L-S 4.Пар-жидкость –кристал V-L-S 2

Условия синтеза : параметры взаимодействия фаз Равновесие фаз Уравнение Ван дер Ваальса 3

Р-Т-х диаграммы – Основа выбора параметров синтеза Параметры синтеза: Температура (Т) Давление (Р) Состав питающей среды (х,у) 4

Свободная энергия Гиббса 5

Составы равновесных фаз 6

Размерный эффект Нано R крит = нм 2.Размерный эффект : R крит соизмерим с корреляционным радиусом физического явления ( пробег электронов, размер зародыша, размер магнитного домена и т.д.) 3.Вклад поверхностной энергии 4.Роль морфологии частиц 7

8

Ограничение по размеру 9

Рельеф поверхности 10

Классификация наночастиц по размерности 1 D – нити, иглы, тетраподы 2 D – ленты, тонкие пленки, поверхность, цилиндры 3 D – сферы 11

Морфология наночастиц belts wires 12

Морфология наночастиц 13

14

Термодинамика поверхности Подход Гиббса Планетарная модель – непрерывный переход от фазы (α) к фазе (β) 15

Избыточные термодинамические функции 16

Уравнение Гиббса 17

Уравнение Гиббса 18

Уравнение Гиббса Уравнение Гиббса для поверхностной энергии Е(σ) 19

Состав поверхности Мольная свободная энергия 20

Фазовые равновесия с участием поверхности Ag-Au T-700С 21

Фазовые равновесия с участием поверхности Система Ag-Au при температуре 700С Термодинамика монослоев, тонкихпленок 22

Сегрегация на поверхности Сегрегация на поверхности в системе Ag (x a )-Au(x b ) при T=700C 23

Состав поверхности Поверхностная сегрегация 24

Равновесие с окружающей средой Влияние адсорбированных молекул 25

Равновесие с окружающей средой: объем-поверхность-пар Рост нанокристаллов из пара 26

Методы анализа наноразмерных материалов Вторичная масс- спектрометрия Лазерный синтезПиролиз аэрозолей 27

Выводы 1.С уменьшением размера частиц возрастает поверхностная энергия и общая энергия системы 2.Свободная энергия зависит от кривизны поверхности (морфологии) 3.Для наночастиц координаты фазовых полей отличаются от объемных Р-Т-х диаграмм 4.Состав поверхности отличается от состава объема 5.Состав поверхности зависит от метода получения 6.Состав поверхности зависит от состава окружающей среды 7.Наночастицы лабильны их надо стабилизировать 28

Синтез наноматериалов Состав Элементный составЭлементный состав Фазовый составФазовый состав Состав поверхностиСостав поверхности Взаимное распределение компонентовВзаимное распределение компонентовСтруктура Кристаллическая структураКристаллическая структура Размер кристаллитовРазмер кристаллитов Размер порРазмер пор Удельная площадь поверхностиУдельная площадь поверхности Электрофизические свойства Транспорт носителей зарядаТранспорт носителей заряда Реакционная способность ХемосорбцияХемосорбция Реакции на поверхностиРеакции на поверхности Фунциональные свойства стабильность стабильность 29

Методы анализа наноразмерных материалов Ограничения методов: 1.Локальность 2.Толщина анализируемого слоя 3.Влияние вакуума 4.Влияние облучения Задача : определить вклад поверхностных состояний в функциональное свойство, структуру наночастиц, состав поверхности и объема. 30

Анализируемый объем, локальность 31

Методы анализа наноразмерных материалов Рентгеновская дифракция Области когерентного рассеяния (ОКР) оценены из уширения рефлексов на дифрактограммах по формуле Дебая–Шерера : 32

Спектроскопия электронов 33

Спектроскопия электронов 34

Методы анализа наноразмерных материалов Рамановская спектроскопия 35

Методы анализа наноразмерных материалов Мессбауэровская спектроскопия 36

Методы анализа наноразмерных материалов Синхротронные методы – XANES, XAS 37

Методы анализа наноразмерных материалов Просвечивающая электронная микроскопия Дифракция электронов 38

Методы анализа наноразмерных материалов УФ спектроскопия 39

Методы анализа наноразмерных материалов 40

ВВЕДЕНИЕ 41

Наночастицы меняют свой цвет Богданов К.Ю., 13/08/07 42