Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

СИНТЕЗ НАНОКОМПОЗИТОВ, СОДЕРЖАЩИХ СЕРЕБРО И НИКЕЛЬ, МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

Жаснакунов Ж.К. 1 Сатывалдиев А.С. 1
1 Кыргызский государственный университет им. И. Арабаева
При электроискровом диспергировании серебра и никеля, независимо от природы жидкой среды, происходит образование композита, состоящего из нанодисперсных частиц. Изучен фазовый состав, дисперсность и проведена оценка размеров областей когерентного рассеяния (ОКР) нанокомпозитов, синтезированных в различных средах. Анализ ОКР и гистограммы частиц показывает, что размеры наночастиц серебра и никеля, полученные в средах этанола и гексана, больше на 10–20 нм, чем наночастицы, полученные в среде воды. Это связано с тем, что основную роль в стабилизации наночастиц играют взаимодействия свежеобразованных металлических частиц со средой, которое приводит к формированию стабильных наночастиц с углеродной оболочкой, что увеличивает размеры наночастиц. Расчеты показывают, что значение параметра кристаллической решетки серебра и никеля соответствует массивным металлам. Отсюда можно предположить, что при совместном электроискровом диспергировании серебра и никеля не происходит образование твердого раствора или интерметаллида между этими металлами.
электроискровое диспергирование
наночастицы
система Ag-Ni
размеры частиц
кристаллическая структура
1. Шаповал Л.В. Фотохимический синтез, исследование структуры и свойств биметаллических наночастиц на основе серебра и золота: дис. ... канд. хим. наук. – СПб., 2011. – 210 с.
2. Zhao L., Zhao J. Study of the solidification of Ni-Ag monotectic alloy // Acta metallurgica sinica. – 2012. – V.48. № 11. – P. 1381–1386.
3. Sun L., He J. H., Sheng H. W., Searson P. C., Chien C. L. and Ma E. Magnetic properties of amorphous Ni60Ag40 films // J. of Non-crystalline solids. – 2003. – V. 317. – P. 164–168.
4. Van Ingen R. P., Fastenau R. H. J. and Mittemeijer E. J. Formation of crystalline AgxNi1-x solid solutions of unusually high supersaturation by laser ablation deposition // Physical review letters. – 1994. – V. 72. № 19. – P. 3116–3119.
5. Nguyen Ngoc Anh Thu, Joseph, G. Park, and Sang-Hern Kim Synthesis of Ni-Ag core-shell nanoparticles by polyol process and microemulsion process // Bull. Korean Chem. Soc. – 2013. – V. 34. № 10. – P. 2865–2870.
6. Сатывалдиев А.С., Асанов У.А. Электроэрозионный синтез соединений переходных металлов. – Бишкек: КГНУ, 1995. – 187 с.
7. Жаснакунов Ж.К., Сулайманкулова С.К., Асанов У.А. Способ получения фуллеренсодержащих саж // Патент КР № 828, Кл.С01В31/02, 2005.
8. Диаграммы состояния двойных металлических систем Справочник: в 3 т.: Т. 1 / Под. общ. ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996. – 992 с.
9. Авчинникова Е.А., Воробьева С.А. Синтез и свойства наночастиц меди, стабилизированных полиэтиленгликолем // Вестник БГУ. – 2013. Сер. 2. № 3. – С. 12–16.
10. Манукян А.С., Мирзаханян А.А., Бадалян Г.Р., Ширинян Г.О., Шароян Э.Г. Получение и исследование наночастиц никеля в различных углеродных матрицах // Известия НАН Армении, Физика. – 2010. – Т. 45, № 3. –
С. 202–209.

Получение наноразмерных бинарных металлических систем и исследование их физико-химических свойств является актуальной задачей современного материаловедения, т.к. благодаря совокупности уникальных каталитических, магнитных и биохимических характеристик бинарные металлические наносистемы превосходят индивидуальные порошки металлов [1–3]. Актуальной проблемой в данной области является поиск технологически более простого, дешевого и экологически чистого способа получения бинарных металлических наносистем [4, 5]. В этом плане определенный практический интерес представляет метод электрической эрозии токопроводящих материалов в жидкой среде, который отличается простотой аппаратурного оформления и высокой дисперсностью получаемых продуктов [6]. Среди преимуществ этого метода следует отметить возможность создания композитных структур при участии атомов, образующихся в результате разложения молекул жидкости, в которой производится разряд.

Электрический искровой разряд при низком межэлектродном напряжении является разновидностью электрической дуги атмосферного давления, особенностью которой является нестационарность и короткое время существования. Проводимость межэлектродного промежутка обусловлена наличием высокотемпературного ионизированного газа и потоком электронов, испускаемых в результате термоэлектронной и термоавтоэлектронной эмиссии [7].

Для синтеза металлокомпозитов, содержащих серебро и никель, электроискровому диспергированию подвергали электродную пару, изготовленную из серебра и никеля. Электроды представляли собой стержни с размерами 5x0,5x0,5 см. В качестве среды использовали гексан, этиловый спирт и дистиллированную воду. Емкость конденсатора составляет 2 мкф, что соответствует энергии разряда примерно равной 0,05 Дж, т.е. процесс проводился при мягком режиме.

Продукты, полученные при совместном диспергировании серебра и никеля, представляют собой твердую фазу, которая отделяется от жидкой фазы декантацией, промывается этиловым спиртом и высушивается до постоянного веса при 70–80 °С.

Фазовый состав полученных продуктов определен методом рентгенофазового анализа, и их дифрактограммы снимались на дифрактометре RINT-2500 HV на медном отфильтрованном излучении. Для определения дисперсности и морфологию синтезированных порошков использован метод электронной микроскопии, а их микрофотографии сняты на эмиссионном сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) JOEL JSM-7600F.

Дифрактограммы порошков полученных при совместном электроискровом диспергировании серебра и никеля в воде, этаноле и гексане приведены на рис. 1, а результаты расчета дифрактограмм приведены в табл. 1.

gan1.wmf

Рис. 1. Дифрактограммы продуктов совместного электроискрового диспергирования серебра и никеля в воде (1), спирте (2) и гексане (3)

Результаты расчета дифрактограммы продукта полученного в воде показывают, что данный продукт состоит из трех фаз: металлических серебра, никеля и гидроксида никеля (рис. 1, табл. 1).

При совместном электроискровом диспергировании серебра и никеля в спирте и гексане образуются продукты, состоящие из двух фаз, которые представляют собой металлические серебро и никель (рис. 2–3 и табл. 1).

Необходимо отметить, что серебро и никель имеют гранецентрированную кубическую решетку типа NaCl. Расчеты параметра решетки металлов показывают, что значение параметра кристаллической решетки металлов соответствует (табл. 2). Отсюда можно предположить, что при совместном электроискровом диспергировании серебра и никеля не происходит образование твердого раствора или интерметаллида между этими металлами.

Таблица 1

Результаты расчета дифрактограммы продуктов совместного электроискрового диспергирования серебра и никеля

Эксперимент. данные

Фазовый состав

I

d, A °

Ag

Ni

Ni(OH)2

hkl

a, нм

hkl

a, нм

hkl

d, нм

Вода

1

12

2,70

       

200

2,7

2

71

2,363

111

0,409

       

3

12

2,076

   

111

0,359

   

4

100

2,038

200

0,407

       

5

7

1,781

   

200

0,356

   

6

10

1,564

       

110

1,564

7

5

1,498

       

112

1,498

8

11

1,449

220

0,410

       

9

22

1,248

   

220

0,353

   

10

17

1,234

311

0,409

       

Спирт

1

100

2,361

111

0,409

       

2

61

2,075

   

111

0,359

   

3

57

2,050

200

0,410

       

4

28

1,784

   

200

0,357

   

5

31

1,446

220

0,409

       

6

20

1,261

   

220

0,357

   

7

34

1,234

311

0,409

       

Гексан

1

100

2,359

111

0,409

       

2

45

2,038

   

111

0,353

   

3

55

2,045

200

0,410

       

4

17

1,798

   

200

0,360

   

5

50

1,449

220

0,409

       

6

24

1,240

   

220

0,351

   

7

52

1,234

311

0,409

       

Из литературы [8] известно, что диаграмма состояния Ag-Ni характеризуется обширной областью несмешиваемости компонентов в жидком состоянии и является монотектической системой. Максимальная растворимость Ni в Ag соответствует 0,1 % (ат.), а растворимость Ag в Ni составляет ~1 % (ат.) и уменьшается с понижением температуры.

Для оценки размеров кристаллитов продуктов совместного электроискрового диспергирования серебра и никеля были определены размеры областей когерентного рассеяния (ОКР) частиц по уширению рефлексов на дифрактограммах по формуле Шеррера – Селякова [9].

Результаты расчета размеров ОКР частиц порошков системы Ag-Ni показывают, что частицы металлов, независимо от природы жидкой среды, являются нанодисперсными (табл. 2) Значение средних размеров частиц серебра и никеля зависит от природы жидкой среды. Наиболее низкие значения средних размеров ОКР имеют частицы металлов, полученные в воде и относительно более высокие значения размеров имеют частицы металлов, полученные в гексане.

Таблица 2

Параметр решетки и средние размеры ОКР (d) серебра и никеля, находящихся в составе продуктов электроискрового диспергирования

Среда

Металлы

Параметры решетки, нм

ОКР, нм

1

Вода

Ag

0,409

30–40

Ni

0,356

30–35

2

Этанол

Ag

0,409

30–50

Ni

0,358

30–70

3

Гексан

Ag

0,409

40–60

Ni

0,357

40–50

Для определения размеров частиц нанопорошков системы Ag-Ni из анализа их микрофотографий (рис. 2–4) использована компьютерная программа ImageJ и составлены гистограммы соответствующих нанопорошков. Частицы нанопорошка, полученные в воде, имеют размеры в среднем 60 нм и более узкое распределение частиц по размерам по сравнению с частицами, полученными в среде этанола. Это согласуется с результатами расчета размера ОКР.

gan2a.tif gan2b.wmf

a б

Рис. 2. Микрофотография (a) и гистограмма (б) частиц нанопорошков системы Ag-Ni, полученных в воде

gan3a.tif gan3b.wmf

a б

Рис. 3. Микрофотография (a) и гистограмма (б) частиц нанопорошков системы Ag-Ni, полученных в этаноле

gan4a.tif gan4b.wmf

a б

Рис. 4. Микрофотография (a) и гистограмма (б) частиц нанопорошков системы Ag-Ni, полученных в гексане

Продукт системы Ag-Ni, полученный в среде этанола, сформирован из сферических частиц. Анализ гистограммы частиц (рис. 3, б) по размерам показывает преобладание частиц с размерами 40, 50, и 60 нм. Кроме этого в образце присутствуют частицы с размерами 30, 80, 90, и 100 нм.

Частицы нанопорошка, синтезированного в среде гексана, имеют форму близкую к сферической, а их размеры составляют в среднем 50–60 нм.

Можно заметить, что размеры наночастиц серебра и никеля полученные в средах этанола и гексана больше на 10–20 нм, чем наночастицы, полученные в среде воды (табл. 2).

Мы предполагаем, что это связано с тем, что, основную роль в стабилизации наночастиц играют взаимодействия свежеобразованных металлических частиц со средой, которое приводит в гексане и спирте к формированию стабильных наночастиц с углеродной оболочкой, что увеличивает размеры наночастиц.

Возникновение подобных капсул обусловлено каталитическими свойствами наночастиц никеля: взаимодействуя с аморфным углеродом при высоких температурах, наночастицы никеля формируют вокруг себя оболочки [10].

Таким образом, методами рентгенофазового анализа и электронной микроскопии установлено, что при совместном электроискровом диспергировании серебра и никеля, независимо от природы жидкой среды, происходит образование композита, состоящего из нанодисперсных частиц серебра и никеля.


Библиографическая ссылка

Жаснакунов Ж.К., Сатывалдиев А.С. СИНТЕЗ НАНОКОМПОЗИТОВ, СОДЕРЖАЩИХ СЕРЕБРО И НИКЕЛЬ, МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 8-2. – С. 226-230;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=11790 (дата обращения: 06.03.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074