Ответы. Классификация способов, технологических методов и схем получения нанопродуктов. Обычно получение наноструктур включает Подготовку зародышей
 Скачать 28.94 Kb.
|
|
Классификация способов, технологических методов и схем получения нанопродуктов. Обычно получение наноструктур включает: 1. Подготовку «зародышей» или прекурсоров наноструктур. 2. Собственно получение наноструктур. 3. Выделение и очистку наноструктур определенной формы. При этом собственно получение наноструктур может протекать в несколько стадий с использованием различных способов, в том числе и механических, например экструзии, измельчения и других операций. Высокотемпературные методы получения нанопродуктов могут быть связаны с распылением вещества (электродуговой и лазерный метод), трансформацией вещества (пиролиз и конденсация или осаждение) или конденсация из низкомолекулярных соединений, полученных при термодеструкции в наноструктуры: -электродуговое распыление графита -в присутствии катализаторов -лазерное распыление графита -образование нс при горении -формирование наночастиц при пиролизе -хим. образование частиц из паров, полученных при термодеструкции соответствующих вв. -образование наночастиц в плазме Сюда можно отнести соединение отдельных химических частиц (атомов, ионов, радикалов и молекул) на активных центрах субстратов или заряженных определенным образом поверхностях. Схема классификации этой группы методов выглядит следующим образом: -электрохимические способы получения нс -зондовые методы создания нс -теплатные методы формирования нс -методы химической сборки нс. По типу получения и стабилизации наночастиц: 1.Высокоэнергетические способы, основанные на быстрой конденсации паров в условиях, исключающих агрегацию и рост наночастиц. Испарение проводят плазменным возбуждением, лазерным излучением, в электрической дуге или термическим воздействием. Конденсацию паров осуществляют в присутствии ПАВ, адсорбция которого на поверхности частиц замедляет рост, либо на холодной подложке, когда рост частиц ограничен диффузией, либо в присутствии инертного компонента, позволяющего получать нанокомпозитные материалы с различной микроструктурой. Недостатками способов этой группы являются невозможность получения анизотропных наночастиц, а также их расположение на подложке, на которую производится осаждение, всегда носящее случайный характер. 2. Механохимические способы, позволяющие получать наносистемы помолом объемных веществ в планетарных мельницах или распадом твердых растворов с образованием новых фаз под действием механических напряжений. Однако такой подход не позволяет получить наночастицы малого размера, а, кроме этого, распределение частиц по размерам оказывается достаточно широким. 3. Способы, основанные на формировании ультрадисперсных коллоидных частиц при поликонденсации в присутствии поверхностно-активных веществ, предотвращающих агрегацию. К ним относится золь-гель метод, криохимический метод, гидротермальный метод и др. Недостатком данного подхода является невозможность получения пленочных образцов с упорядоченным расположением частиц. Кроме того, образцы, полученные этим способом, достаточно быстро подвергаются старению, вследствие чего происходит деградация их функциональных свойств. 4. Химические способы получения высокопористых и мелкодисперсных структур (металлы Рике, никель Ренея), основанные на удалении одного из компонентов гетерогенной системы в результате химической реакции или анодного растворения. К их числу относят получение нанокомпозитов путем закалки стеклянной или солевой матрицы. Введение активного компонента в матрицу осуществляют двумя способами: добавлением его в расплав с последующей закалкой или непосредственным введением в твердую матрицу с помощью ионной имплантации. Недостатками этого способа являются широкое распределение частиц по размерам, их неупорядоченно расположение в объеме образца, а также сложность получения анизотропных наноструктур. 5. Способы основанные на использовании пространственно-ограниченных систем (так называемый синтез в нанореакторах). К их числу относится синтез в обращенных мицеллах, адсорбционных слоях или твердофазных нанореакторах. В случае наличия в структуре нанореактора полостей (пор) одинакового размера эти способы позволяют получать монодисперсные системы, поскольку размер образующихся наночастиц не может превосходить размер соответствующего нанореактора. 2. Способы модификации традиционных строительных материалов. Одним из эффективных направлений улучшения свойств традиционных материалов — бетона, дерева, естественного камня, битума и пр. считается обработка хим полимерами. Модификацию строительных материалов полимерами осуществляют следующими приемами: введением полимеров в бетонную или растворную смесь при перемешивании; пропиткой полимерами готовых изделий; нанесением полимерных покрытий на поверхности; введением полимерных волокон и заполнителей. Материалы, модифицированные полимерами, характеризуются повышением прочности при всех видах механического загружения, но особенно при растяжении; улучшением деформативных характеристик, выражающихся в уменьшении жесткости, несколько большей предельной деформативности; повышенным сопротивлением динамическим воздействиям благодаря проявлению свойств высокой эластичности поли меров; повышением химической стойкости, водостойкости и водонепроницаемости; уменьшением истираемости; повышением адгезии, т. е. способности сцепляться с другим материалом и служить в качестве клеящего состава. Модификация бетонов 1.Полимерцементный бетон — это цементный бетон с полимерной добавкой, составляющей 10-20% от вяжущего. Правильнее цементно-полимерный бетон, но название укоренилось с начала применения таких бетонов (растворов). От обычных цементных бетонов он отличается повышенными свойствами за счет затвердевшего полимера, который, равномерно распределяясь в цементном камне, как бы армирует его. По виду минерального связующего могут быть составы полимерцементные (портландцемент, пуццолановый и т. п.), полимеризвестковые и полимергипсовые. Добавками служат различные высокомолекулярные органические соединения, наиболее распространенные поливинилацетат (ПВА), латексы, водорастворимые эпоксидные смолы и др. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении. Влияние полимерной добавки на прочность полимерцемента связано с условиями твердения и вида полимера. Например, присутствие ПВА придает полимерцементному бетону высокую прочность при растяжении и изгибе, что проявляется только при твердении в воздушно-сухих условиях (влажность воздуха 40-50%). Прочность при сжатии для сухого полимерцементного бетона меньше, чем для обычного бетона, твердеющего во влажных условиях (влажность 90- 100%). Такие же закономерности характерны и для полимерцементных бетонов с другими полимерными добавками. Полимерцементные бетоны имеют повышенную стойкость к действию морской воды и щелочей. Полимерцементные бетоны с ПВА удовлетворительно сохраняют свойства в маслах, керосине и других неполярных средах, но снижается прочность в жирах. По износостойкости полимерцементные бетоны превосходят цементный бетон в 15-20 раз. Применяют полимерцементные бетоны для полов промышленных зданий, ремонта дорожных и аэродромных покрытий, для замоноличивания стыков и заделки швов железобетонных конструкций, антикоррозионных покрытий и пр. 2.Бетонополимеры — это затвердевшие бетоны, пропитанные полимером. Бетоны имеют микротрещины, каверны, пустоты, которые понижают его прочностные характеристики, снижают водостойкость и т. п. В плотном бетоне объем пор может составлять 8-20%. Для пропитки используют жидкие мономеры (метилметакрилат или стирол), полимеры (эпоксидные и полиэфирные смолы) и различные композиции на их основе. Раньше, для повышения стойкости бетона применяли битумы, которыми пропитывали сваи, части фундаментов и др. Прочность БП на сжатие повышается в 2-10 раз по сравнению с исходным бетоном. Прочность на растяжение увеличивается в 3-10 раз. Соответственно возрастает его прочность на изгиб. С увеличением содержания полимера в бетоне прочность бетонополимера возрастает. Увеличивается стойкость бетонополимеров в агрессивных средах и водонепроницаемость, морозостойкость. 3. Бетоны с полимерным заполнителем (фибробетон). В бетон вводят полимерные волокна, например, из полипропилена длиной до 100 мм. Полипропилен не смачивается и обладает водоотталкивающими свойствами и поэтому в бетоне отсутствует физикохимическая связь. Сцепление волокон с бетоном носит механический характер. Бетон с полимерными волокнами характеризуется повышенной прочностью на изгиб и растяжение по сравнению с неармированными бетонами: обладает малой деформативностью, повышенной трещиностойкостью, ударной прочностью, удовлетворительной огнестойкостью. Применяется для чеканочных композиций, в дорожных покрытиях, сваях и др. Модификация битумов Улучшить свойства битумов возможно путем совмещения их с полимерными добавками. 1.Полимербитумные материалы можно рассматривать как композиты, в которых роль матрицы играет битум, а дисперсной фазой является полимер. При небольших концентрациях полимера композиции можно рассматривать как дисперсно-упрочненные. При этом упрочнение происходит за счет того, что тонкие дисперсные частицы препятствуют распространению трещин в матрице. Такой эффект наблюдается при содержании дисперсной фазы в размере 2—4% по объему. При большей концентрации полимера в битуме композиции можно рассматривать как волокнистые или смолистые. Матрица превращается в среду, передающую нагрузку на волокна, а в случае их разрушения перераспределяет напряжения. Такие композиции характеризуются повышенной прочностью, эластичностью и сопротивлением усталостному разрушению, что особенно необходимо для обеспечения эксплуатационной надежности материала, например полимербитумные композиции, модифицированные бутилкаучуком и полиэтиленом. При введении гранул вспенивающегося полистирола в расплав битума или асфальта можно получить пенопласт, который будет работать как теплогидроизоляционный материал. Модификация древесины 1.Древесина мягких лиственных пород, модифицированная полимерами, приобретает улучшенные свойства. По своим физико-механическим показателям она не уступает твердым лиственным породам, а иногда и превосходит их. Модификация таких пород, как береза, ольха, осина и тополь, позволяет значительно увеличить ресурсы древесины за счет продления срока ее службы и улучшения ее физико-механических свойств. Паркет, изготовленный из модифицированной низкосортной древесины, не уступает по свойствам паркету из дуба и ясеня. Для модификации древесины применяются полимеры (фенолоальдегидные, резорцино-формальдегидные, меламинофармальдегидные, фурановые, ненасыщенные полиэфиры) и мономеры (стирол, метилметакрилат). Технология модификации древесины состоит из двух процессов: пропитки древесины олигомерами или мономерами и их отверждения. При пропитке древесины полимерами предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон возрастает в 3 раза, поперек волокон в 4—6 раз и ее истираемость снижается вдвое. Полимер, заполняющий полости клеток древесины, способствует повышению ее биохимической стойкости, снижению возгорания. Модифицированная древесина обладает повышенной стойкостью к действию агрессивных сред, что объясняется замедленной диффузией агрессивных жидкостей внутрь древесины, а также повышенной химической стойкостью пропитывающих полимеров. Добавки Кроме минеральных и полимерных вяжущих в сухих строительных смесях применяют массу модифицирующих добавок. Роль модифицирующих добавок в сухих строительных смесях можно сравнить с ролью специй в кулинарии. Ничтожные количества веществ - придают сухим смесям особые, нужные свойства и качества и делают их привлекательными для выполнения конкретных видов работ. Особенностью использования модифицирующих добавок в сухих строительных смесях является технология их введения. Если в бетоны и растворы добавки можно вводить с водой затворения в жидком виде, то в сухие строительные смеси добавки вводят исключительно в виде порошков. Добавки должны равномерно распределяться в сухих смесях и не быть сильно гигроскопичными. 1.Пластификаторы. Наиболее важными для строительных растворов являются водопонижающие добавки, или пластификаторы, позволяющие достичь достаточной текучести при меньшем количестве воды. В качестве пластификаторов применяют поверхностно-активные вещества, имеющие в своем составе функциональные группы разной степени полярности. Они создают вокруг частиц двойной электрический слой, притягивающий к частицам многослойную "шубу” из молекул воды. Вода, сосредоточенная вокруг частиц, создает своего рода гидродинамическую смазку. Кроме того поверхностно-активный "экран” способствует замедлению скорости отвердения цементной массы. (Поликарбоксилаты, полиакрилаты). 2.Водоудерживающие добавки. Для гидратации цемента (т.е. превращения цемента в цементный камень) необходимо наличие определенного количества воды в растворе, если же вода впитывается в основание или плитку, цемент плохо схватывается. Водоудерживающие добавки замедляют испарение воды и не дают ей впитываться в основание. В качестве водоудерживающих добавок издавна применяют водорастворимые полимеры - эфиры целлюлозы, поливиниловый спирт. 3.Стабилизаторы. Эти добавки обеспечивают снижение водоотделения, улучшение тиксотропных свойств, увеличение времени переработки строительных растворов. Для этого применяют водорастворимые эфиры крахмала, тонкодисперсную аморфная окись кремния (аэросил), бентониты. 4.Гидрофобизаторы Гидрофобизаторы вводят в состав для: - повышения водоотталкивающих свойств; -для вовлечения в нее мельчайших пузырьков воздуха; - для улучшения подвижности бетонной смеси. В качестве гидрофобных добавок обычно используют поверхностно-активные вещества, имеющие многоатомные неполярные углеводородные цепочки. Это могут быть цинк, алюминий, силиконы. Добавки, повышающие стойкость к биологической коррозии. Повышение биостойкости к биологической стойкости обеспечивают оловоорганические соединения, соли фтористой и кремнефтористой кислот, пентахлорфенолят натрия, пиритион цинка, соли высших жирных аминов 5.Противоморозные добавки. Противоморозные добавки обеспечивают работоспособность строительных растворов при отрицательных температурах. Для смесей на основе цемента чаще применяют формиат натрия. Наряду с формиатом используют ацетат и нитрит натрия, нитрит-нитрат кальция, карбамид, карбонат калия. Добавка позволяет: - достичь набора проектной прочности строительных растворов при температурах до -20 градусов; - увеличить подвижность и обеспечить длительную жизнеспособность растворов. |