Какими размерами зерен (слоев,включений,пор) характеризуются наноматериалы

Название	Какими размерами зерен (слоев,включений,пор) характеризуются наноматериалы
Дата	12.09.2022
Размер	6.85 Mb.
Формат файла
Имя файла	№1.pptx
Тип	Документы #673499

Какими размерами зерен (слоев,включений,пор) характеризуются наноматериалы?

Наноматериал можно определить как материал, состоящий из наноразмерных элементов, либо содержащий нанометровые включения, от которых сильно зависят его свойства. К наноматериалам относятся различные по технологии изготовления и по функциональным признакам материалы, которые объединяет только размер их структурных элементов.

Методы ПЭМ и РСА – это основные методы изучения структуры наноматериалов. В отдельных случаях используют спектры комбинационного рассеяния (рамановская спектроскопия) (например, для определения диаметра графитовых нанотрубок) и др. Для изучения топографии поверхности пленок и изломов рекомендуется применять сканирующий электронный микроскоп и атомно-силовой микроскоп.

Основной элемент структуры консолидированных наноматериалов – зерно или кристаллит (эти понятия далее будем использовать как синонимы). По существу, это области когерентного рассеяния рентгеновских лучей. На рентгенограммах меди, подвергнутой интенсивной пластической деформации кручением при высоком давлении и равноканальным угловым прессованием, наблюдается заметное уширение пиков (рис. 2.3)

Рис. 2.3. Рентгенограммы меди:

а – исходное крупнокристаллическое состояние; б, в – после интенсивной пластической

деформации соответственно кручением при высоком давлении

и равноканальным прессованием

Исключив инструментальные факторы и влияние микроискажений, измеряя ширину пиков, получают сведения о размере кристаллитов в наноматериалах. Обычно для однофазных систем такой метод дает информацию о размерах кристаллов вплоть до 2–3 нм.
Для различных кристаллографических направлений размер зерен может быть неодинаковым, что отражает роль текстуры, т. е. преимущественно ориентированного расположения зерен. Это особенно часто наблюдается при интенсивной пластической деформации (например, на рис. 2.3, б, показана текстура (‹111›), а также при получении пленок.

Рис. 2.3. Рентгенограммы меди:

б – после интенсивной пластической

деформации соответственно кручением при высоком давлении и равноканальным прессованием

На рис. 2.4 приведены рентгенограммы пленок TiN, полученных методом химического осаждения по реакции:

TiCl4 + NH3 + ½ H2 → TiN↓ + 4HCl

Вполне очевидно изменение преимущественной ориентации пленочных кристаллитов в зависимости от температуры осаждения и соотношения исходных компонентов реакции.

Рис. 2.4. Рентгенограммы порошка нитрида титана TiN (а) и пленок TiN, полученных

химическим осаждением при соотношении исходных компонентов M(TiCl4)/M(NH3) =

= 0,87 (б, в), 0,17 (г) и температуре осаждения Т = 1100 (б), 1200 (в), 1400 (г) °С

Кроме рентгеноструктурного анализа (РСА) важную информацию о форме и размере зерен дают электронно-микроскопические исследования.
Высокое разрешение просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) выявляет типичную полосчатую структуру (так называемый «муаровый узор» из атомных плоскостей), характерную для кристаллического состояния, хотя отдельные участки с размытым изображением и нарушением полосчатости можно отнести к аморфным областям.

Измерение размера структурных составляющих наноматериалов осуществляется электронно-микроскопическими методами с помощью изображений прямого разрешения (см. рис. 2.1, а, д) и темнопольных изображений с компьютерной обработкой результатов измерений для массивов, содержащих обычноне менее 1000–2000 кристаллитов (рис. 2.5).
При измерении размеров зерен,а также размеров частиц, включений и пор принято оценивать следующие параметры: средний диаметр этих объектов по их числу Ln, средний линейный диаметр Ll, средний диаметр по поверхности (или диаметр эквивалентной окружности) Ls и средний диаметр по объему (или диаметр эквивалентной сферы) Lυ.

Рис. 2.1. Микрофотографии наноструктур:

а – компакт Pd; д – многослойная пленка (сверхрешетка)

В силу особенностей методики измерений электронно-микроскопический анализ (рис. 2.5) дает информацию о среднем диаметре частиц по их числу (Ln) или о среднем диаметре по поверхности (Ls), а РСА дает сведения о диаметре эквивалентной сферы (Lυ).
Во многих случаях распределение зерен по размерам имеет нормальный или логарифмически нормальный характер.

Рис. 2.5. Темнопольное изображение пленки Ti (B, N) (а),

полученной магнетронным распылением, и распределение зерен по размерам (б).

Изображение получено с помощью высокоразрешающего электронного микроскопа

Список литературы

1. Материалы и методы нанотехнологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://www.omgtu.ru/general_information/faculties/radio_engineering_department/department_of_quot_physics_quot/library_department/Mater_metod_nanotech2014.pdf– Дата доступа: 11.02.2022.

2.Наноструктурные материалы [Электронный ресурс]. – http://eor.dgu.ru/lectures_f/Уч.пос.Наномат-лыЧ1/Уч.пос.Наномат-лыЧ.1.htm – Дата доступа: 11.02.2022.

3.Наноматериалы,нанопокрытия,нанотехнологии [Электронный ресурс]. –https://ftfsite.ru/wp-content/files/azarenkov_n_a_beresnev_v_m_pogreb.pdf– Дата доступа: 11.02.2022.

Какими размерами зерен (слоев,включений,пор) характеризуются наноматериалы