СИНТЕЗ НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЯЭУ П.Н. МАРТЫНОВ, Р.Ш. АСХАДУЛЛИН, П.А. ЮДИНЦЕВ, А.А. ОСИПОВ, - презентация

1 СИНТЕЗ НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЯЭУ П.Н. МАРТЫНОВ, Р.Ш. АСХАДУЛЛИН, П.А. ЮДИНЦЕВ, А.А. ОСИПОВ, А.А. СИМАКОВ, А.Ю. ЧАБАНЬ Государственный научный центр Российской Федерации – Физико- энергетический институт им. А.И. Лейпунского (ГНЦ РФ – ФЭИ), г. Обнинск

2 Метод получения оксидных наноматериалов в среде жидких Pb, Bi, Pb-Bi, Ga 2 стадия. Окисление растворенного металла водяным паром в соответствии с реакцией: {Ме}+ [Me]+H 2 О = {Me}+ +H 2 1 стадия. Растворение в жидком металле (матрице) металла (реагента), обладающего большим сродством к кислороду по сравнению с растворителем и растворимостью в конкретной жидкометаллической среде не менее 0,1 % мас. {Ме}+ [Me]

3 Термодинамически обоснованные соединения Рассмотрение известных данных по растворимостям металлов в галлии, свинце, висмуте и эвтектическом сплаве наряду с термодинамическими расчетами параметров реакций образования оксидов в перечисленных растворителях свидетельствует о возможности получения большого количества соединений вида Me x O y. Так при селективном окислении системы {Ga}-[Me] до 423 K следует ожидать получения Na 2 O, Al 2 O3, MgO и Pr 2 O 3. Аналогичные расчеты приводят к выводу о возможности синтеза TeO 2, NiO, CdO, CoO, Sb 2 O 3, As 2 O 3, GeO 2, K 2 O, ZnO, SnO 2, Na 2 O, In 2 O 3 Fe 3 O 4, Li 2 O, SrO, Ba 2 O, MgO, Cr 2 O 3, Ga 2 O 3, CaO, Mn 3 O 4, HfO 2, ThO 2, ZrO 2, Al 2 O 3, Pu 2 O 3, Y 2 O 3, Sm 2 O 3, La 2 O 3, Nd 2 O 3, Ce 2 O 3, Ti 3 O 5 и U 3 O 8 в расплавах свинца, висмута и эвтектики 44.5% Pb % Bi до 873 K.

4 Реально полученные соединения К настоящему времени по способу селективного окисления металлических примесей в расплавах галлия, свинца и свинца-висмута получены ультрадисперсные оксиды: Al 2 O 3, AlOOH (аэрогель), In 2 O 3, Fe 3 O 4, MgO, MoO 3, SnO 2, ZnO, Ga 2 O 3. Синтезированные вещества имеют объемный вид (порошки с макрочастицами размером до 500 мкм, аэрогели с линейными размерами образцов до 10 см). Структурные составляющие ультрадисперсных оксидов находятся в пределах от 5 до 200 нм, что зависит от химического состава полученных веществ и условий их синтеза.

5 Микроструктура In 2 O 3 Образец In 2 O 3 Application of semiconductor In 2 O 3, SnO 2, Ga 2 O 3, ZnO oxides for the development of ozone sensors In 2 O 3, SnO 2, Ga 2 O 3, ZnO Чувствительность по О 3 1 ppb 100 nm

6 Жидкометаллическая технология синтеза аэрогеля AlOOH Реакция образования аэрогеля: {Ga} +[Al] + 2(H 2 O) {Ga} + + 3/2(H 2 ) {Bi} +[Al] + 2(H 2 O) {Bi} + +3/2(H 2 ) {Pb} +[Al] + 2(H2O) {Pb} + +3/2(H2) Пористость: 94–99 % об., Плотность: 13–80 мг/см 3, Уд. поверхность (БЭТ): до 800 м 2 /г, Размер структурных составляющих: 20–50 нм, Теплопроводность (при Т = 130 ÷ 1500 К): 0,01 ÷ 0,02 Вт/(м К), Удельное электросопротивление: > Ом м.

7 Установка для синтеза ультрапористого оксигидроксида алюминия со слоисто-волокнистой наноструктурой

8 1 – добавка отсутствует; 2 – 0,5 % мас.; 3 – 1,0 % мас.; 4 – 1,5 % мас.; 5 – 2,0 % мас.; 6 – 2,5 % мас.; 7 – 3,0 % мас. (Б) (А) Влияние добавок аэрогеля AlOOH в порошки Si 3 N 4 (А) и SiC (Б) на свойства получаемых керамических материалов

9 Основные характеристики: - геометрические размеры: диаметр 10; длина – 10÷15 мм; - открытая пористость ~ 0 %; - плотность – 5,89 ÷ 5,95 г/см 3 (теор. плотность 6,02 г/см 3 ); - прочность при изгибе (20 °С) – МПа; - термостойкость ~ 100 °С/с Улучшение характеристик керамических чувствительных элементов - увеличение ресурса более часов Керамические (ZrO 2 ) чувствительные элементы датчиков кислорода, полученные с использованием упрочняющих добавок (1% мас. ) наноструктурированного оксида алюминия Условия испытаний: t min (вода) 20°С t max (Pb-Bi) = 200 ÷280°C время = 2,5 с Использование оптимальных добавок аэрогеля Al 2 O 3 H 2 O (~ 1%) повышает стойкость керамики к термоудару на ~ 20%

10 Исследование влияния добавок аэрогеля AlOOH на свойства таблеток UO 2 Введение добавки аэрогеля AlOOH в порошок диоксида урана позволяет: - увеличить механическую прочность спеченных таблеток в 1,5-2 раза; - увеличить размер зерна в ~ 1,5 раза (до мкм); - снизить температуру спекания таблеток.

11 Применение аэрогеля AlOOH для улучшения свойств силиконовых резин После внесения добавок в силиконовые резины и проведения испытаний на образцах, зафиксировано значительное увеличение стойкости образцов резины в различных средах (автомобильные масла, бензин, растворители) Добавка аэрогеля % изменения массы или объема

12 Золотая медаль «Московского международного салона инноваций и инвестиций», 2005 г. Золотая медаль «IV специализированной выставки нанотехнологий и материалов», 2007 г. Жидкометаллическая технология получения наноматериалов. Наноструктурированный аэрогель - AlOOH

13 Сорбенты Катализаторы и их носители Сенсоры Керамические материалы Тепло- и электро- изоляция Области применения полученных УДМ Ядерное топливо Перспективные области применения УДМ