Нанокристаллы Выполнил: Чулков.З.В. Группа М-101. Научный руководитель: доцент Кузнецова Ирина Владимировна. - презентация

1 Нанокристаллы Выполнил: Чулков.З.В. Группа М-101. Научный руководитель: доцент Кузнецова Ирина Владимировна.

2 Нанокристаллы Содержание Что такое нанокристалл? Свойства нанокристаллов Где используются нанокристаллы? Примеры нанокристаллов Получение нанокристаллов

3 Нанокристаллы Нанокристалл - отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и характеризующийся анизотропией свойств. Внешняя форма нанокристалла обусловлена его атомно-кристаллической структурой и условиями кристаллизации. К содержанию

4 Нанокристаллы Нанокристаллы ценны как материал, обладающий особыми физическими свойствами. Например, алмаз и боразон предельно тверды, флюорит прозрачен для широкого диапазона длин волн. Нанокристаллы способны менять свои свойства под влиянием внешних воздействий (света, механических напряжений, электрических и магнитного полей, радиации, температуры, давления).

5 Нанокристаллы Изделия и элементы, изготовленные из нанокристаллов, применяются в качестве различных преобразователей в радиоэлектронике, квантовой электронике, акустике, вычислительной технике. Первоначально в технике использовались природные нанокристаллы, однако их запасы ограничены, а качество не всегда достаточно высоко. В то же время многие ценные свойства были найдены только у синтетических кристаллов. Поэтому появилась необходимость искусственного выращивания. К содержанию

6 Нанокристаллы К содержанию Известны следующие методы выращивания нанокристаллов. из расплава: а) Стокбаргера; б) Чохральского; в) Вернейля; г) зонной плавки. В методе Стокбаргера тигель с расплавом перемещают вдоль печи в вертикальном направлении со скоростью 120 мм/ч. Температура в плоскости диафрагмы поддерживается равной температуре кристаллизации вещества.зонной плавки

7 Нанокристаллы К содержанию Так как тигель имеет коническое дно, то при его медленном опускании расплав в конусе оказывается при температуре ниже температуры кристаллизации, и в нём происходит образование (зарождение) мельчайших кристалликов, из которых в дальнейшем благодаря геометрическому отбору выживает лишь один. Отбор связан главным образом с анизотропией скоростей роста граней нанокристаллов. Этот метод широко используется в промышленном производстве крупных нанокристаллов: флюорита, фтористого лития, сернистого кадмия и др.

8 Нанокристаллы К содержанию В методе Чохральского нанокристалл медленно вытягивается из расплава. Скорость вытягивания 120 мм/ч. Метод позволяет получать нанокристалл заданной кристаллографической ориентации. Метод Чохральского применяется при выращивании нанокристалла иттриево- алюминиевого граната, ниобата лития и полупроводниковых нанокристаллов. А. В. Степанов создал на основе этого метода способ для выращивания нанокристаллов с сечением заданной формы, который используется для производства полупроводниковых нанокристаллов. Степанов

9 Нанокристаллы К содержанию Метод Вернейля бестигельный. Вещество в виде порошка (размер частиц 2100 мкм) из бункера 1 через кислородно-водородное пламя подаётся на верхний оплавленный торец затравочного нанокристалла 2, медленно опускающегося с помощью механизма 5. Метод Вернейля основной промышленный метод производства тугоплавких нанокристаллов: рубина, шпинелей, рутила и др.рубинашпинелей рутила

10 Нанокристаллы К содержанию В методе зонной плавки создаётся весьма ограниченная по ширине область расплава. Затем благодаря последовательному проплавлению всего слитка получают нанокристалл. Метод зонного проплавления получил широкое распространение в производстве полупроводниковых нанокристаллов, а также тугоплавких металлический нанокристаллов. молибден, вольфрам и др.молибден вольфрам

11 Нанокристаллы К содержанию Методы выращивания из раствора включают 3 способа: низкотемпературный (растворители: вода, спирты, кислоты и др.), высокотемпературный (растворители: расплавленные соли и др.) и гидротермальный. Низкотемпературный кристаллизатор представляет собой сосуд с раствором 1, в котором создаётся пересыщение, необходимое для роста кристаллов 2 путём медленного снижения температуры, реже испарением растворителя. Этот метод используется для получения крупных нанокристаллов: сегнетовой соли, дигидрофосфата калия, нафталина и др.

12 Нанокристаллы К содержанию Высокотемпературный кристаллизатор содержит тигель с растворителем и кристаллизуемым соединением, помещенный в печь. Кристаллизуемое соединение выпадает из растворителя при медленном снижении температуры (раствор-расплавная кристаллизация). Метод применяется для получения нанокристаллов: железоиттриевых гранатов, слюды, а также различных полупроводниковых плёнок.

13 Нанокристаллы К содержанию Гидротермальный синтез нанокристаллов основан на зависимости растворимости вещества в водных растворах кислот и щелочей от давления и температуры. Необходимые для образования нанокристалла концентрация вещества в растворе и пересыщение создаются за счёт высокого давления (до 300 Мн/м2 или 3000 кгс/см2) и перепадом температуры между верхней (T1 ~ 250°C) и нижней (Т2 ~ 500 °С) частями автоклава. Перенос вещества осуществляется конвективным перемешиванием. Гидротермальный синтез является основным процессом производства нанокристалла кварца.

14 Нанокристаллы Примерами природных нанокристаллов могут служить нанокристаллы кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза. К содержанию