LT6290B - Oksidų nanokristalinių klasterių gavimo ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninį garinimą, būdas - Google Patents

Oksidų nanokristalinių klasterių gavimo ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninį garinimą, būdas Download PDF

Info

Publication number
LT6290B
LT6290B LT2014509A LT2014509A LT6290B LT 6290 B LT6290 B LT 6290B LT 2014509 A LT2014509 A LT 2014509A LT 2014509 A LT2014509 A LT 2014509A LT 6290 B LT6290 B LT 6290B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
size
clusters
materials
nanocrystalline
crystals
Prior art date
Application number
LT2014509A
Other languages
English (en)
Other versions
LT2014509A (lt
Inventor
Darius Milčius
Martynas Lelis
Simona Tučkutė
Marius Urbonavičius
Original Assignee
Lietuvos Energetikos Institutas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lietuvos Energetikos Institutas filed Critical Lietuvos Energetikos Institutas
Priority to LT2014509A priority Critical patent/LT6290B/lt
Publication of LT2014509A publication Critical patent/LT2014509A/lt
Publication of LT6290B publication Critical patent/LT6290B/lt

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

Išradimas skirtas oksidų nanokristalinių klasterių gavimui ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninio garinimo metodą. Šio išradimo būdas besiskiria tuo, kad oksido pagrindo nanokristaliniai klasteriai gaunami, panaudojant magnetroninio garinimo metodą reaktyvioje (Ar:O2) aplinkoje ir sintetinant medžiagas ant vandenyje lengvai tirpių medžiagų, pavyzdžiui, druskų, kristalų. Gaunamų nanokristalinių klasterių geometrinis dydis priklauso nuo panaudojamų druskų kristalų dydžio: didėjant druskų kristalų dydžiui, didėja ir gaunamų nanokristalinių klasterių dydis. Sintezės metu paduodant didesnius darbinių dujų kiekius ir darbiniam slėgiui keičiantis nuo 1 ×10-2 mbar iki 1 ×10-1 mbar, kristalitų dydis mažėja, ir atvirkščiai – mažėjant slėgiui, kristalitų dydis didėja. Taip pat sintezės metu magnetrono galiai augant nuo 1W iki 5W tenkančių 1 cm2 ploto magnetrono paviršiui didėja garinimo greitis, tuo pačiu didėja gaunamų klasterių kristališkumo laipsnis. Aukštą gaunamų medžiagų švarumą galima pasiekti, naudojant kaip pagrindus švarias druskas (99.99 % ir didesnio grynumo).

Description

TECHNIKOS SRITIS Išradimas skirtas oksidų nanokristalinių klasterių gavimui ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninio garinimo metodą. Gaunamų klasterių dydis gali varijuoti nuo keliasdešimt nanometrų iki keleto dešimčių mikrometrų eilės.
TECHNIKOS LYGIS
Dabartiniu metu įvairių medžiagų milteliai, klasteriai, nanostruktūros ir t.t. gaunami, panaudojant labai įvairius metodus. Pastaruoju laikotarpiu metalų, metalų oksidų ir keramikų dalelės bei nanodalelės dėl jų plataus panaudojimo (katalizatoriai, energijos saugojimas, kuro elementai, saulės energijos absorberiai, vaistų pramonė ir t.t.) sulaukia vis daugiau dėmesio (Lucchini M.A., Tęstino A., Ludvvig Ch., Kambolis A. And others. Continuous synthesis of niekei nanopovvders: Characterization, process optimization, and catalytic properties. Applied Catalysis B: Environmetal 156-157, p. 404-415, 2014; Gorji B., Ghasri M.R.A., Fazaeli R., Niksirat N. Synthesis and characterizations of silica nanoparticles by a new Sol-Gel method. Journal of Applied Chemical Reasearch 6 (3), p. 22-26, 2012). Pagrindinė to priežastis yra unikalios nanodalelių savybės (mechaninės, cheminės, terminės, elektrinės, optinės savybės bei paviršiaus plotas), kurios skiriasi nuo makroskopinių medžiagų savybių. Vienas iš pavyzdžių - tai labai geros dalelių ir nanodalelių katalitinės savybės, kurias lemia didelis jų paviršiaus plotas (Kumar A., Saxena A., De A., Shankar R., Mozumdar S. Controlled synthesis of size-tunable niekei and niekei oxide nanoparticles using water-in-oil microemulsions. Advances in Natūrai Sciences: Nanoscience and Nanotechnology 4, p. 1-9, 2013).
Kontroliuojama stabilių, vienodo dydžio dalelių sintezė yra labai svarbi, norint jas pritaikyti pramonėje (Vollmer Ch, Janiak Ch. Naked metai nanoparticles from metai carbonyls in ionic liųuids: Easy synthesis and stabilization. Coordination Chemistry Revievvs 255, p. 2039-2057, 2011). Dabartiniu metu yra nemažai fizikinių ir cheminių metodų skirtų metalų ir metalų oksidų dalelių sintezei. Bendru atveju, sintezės metodai gali būti skirstomi į tris pagrindines grupes:
Dalelių sintezė skystoje fazėje (cheminių reakcijų metu);
Dalelių sintezė dujinėje fazėje (užuomazgų susidarymas, jų kondensacija ir koaguliacija);
Kietos fazės dalelių Atomizacijos procesas. Šie metodai klasifikuojami į du pogrupius: Iš didesnių gaunant mažesnes daleles („top-down“ metodai);
Mažesnes daleles - atomus, molekules jungiant į didesnes („bottom-up“ metodai).
Pirmajam pogrupiui priskiriami tik atomizacijos metodai, kuomet makrodalelės smulkinamos iki mikro arba nanodalelių. Tokiems metodams galima priskirti mechaninį malimą, cheminį ėsdinimą, terminę arba lazerinę abliaciją, sprogimo metodus.
Antrasis pogrupis apima dalelių sintezę skystoje ir dujinėje fazėje. Čia galima įvardinti įvairius fizikinius ir cheminius metodus - cheminis/elektrocheminis nusodinimas, nusodinimas iš dujų fazės, plazminė indukcija, atominė/molekulinė kondensacija, lazerinė pirolizė, purškimo pirolizė, zolio-gelio metodas, hidroterminis metodas, polimerizacija, garinimas krosnyje ir kt.
Taigi, naudojant įvairius dalelių sintezės metodus, galima gauti nuo 1 nm iki 100 pm dydžio daleles, priklausomai nuo poreikio. Patys populiariausi ir pigiausi dalelių sintezės metodai yra cheminiai metodai (zolių-gelių, koloidinė chemija) (Won C.W., Nersisyan H.H., Won H.I., Lee J.H. Refractory metai nanopovvders: Synthesis and characterization. Current Opinion in Solid State and Materials Science 14, p.53-68, 2010). Jie pasižymi dideliu produktyvumu, gera dalelių dydžių kontrole, tačiau cheminių procesų metu sumažėja dalelių grynumas, atsiranda priemaišų. Mechaninis medžiagų malimas ar šlifavimas yra vienas paprasčiausių metodų, bet turi nemažai trūkumų (sunku išvengti dalelių aglomeracijos, kontroliuoti morfologijos neįmanoma, ribotas norimų gauti dalelių dydis, gali įterpti nereikalingų priemaišų į daleles). Lazerinės abliacijos metodas, kurio metu medžiaga išgarinama lazerio impulso pagalba, gali būti naudojamas gana grynų dalelių gamybai (gera dydžių ir morfologijos kontrolė), bet šis metodas brangus ir gamybos pajėgumas nedidelis.
Naudojant plazminės sintezės metodą, reagentai išgarinami ir jonizuojami plazmoje. Nanodalelės/dalelės formuojamos aušinimo metu vykstant kondensacijai iš plazmos ant vėsesnių paviršių. Šio metodo privalumas yra sąlyginai didelis produktyvumas, sferinė dalelių morfologija ir dalelių gamyba iš pigesnių mikro miltelių. Tačiau proceso energijos sąnaudos didėlės, o naudojama įranga sudėtinga ir brangi. IŠRADIMO ESMĖ Šio išradimo tikslas - pasiūlyti naują oksidų pagrindo nanokristalinių klasterių gamybos metodą, panaudojant magnetroninio garinimo technologijas ant vandenyje tirpių medžiagų (druskų), kurias vėliau būtų galima lengvai atskirti nuo sintetintų nanokristalinių klasterių. Šiame išradime medžiagos yra garinamos, panaudojant magnetroninio garinimo technologijas, reaktyvioje aplinkoje (Ar+02). Ar:02 dujų mišinys paduodamas santykiu 70±10:30±10. Gautų kristalitų dydis kontroliuojamas, keičiant slėgį sintezės metu. Paduodant didesnius darbinių dujų kiekius ir darbiniam slėgiui keičiantis nuo 1*10'2 mbar iki 1x10'1 mbar , kristalitų dydis mažėja, ir atvirkščiai - mažėjant slėgiui, kristalitų dydis didėja. Gautų medžiagų kristalografinė struktūra kontroliuojama, keičiant garinimo greitį. Magnetrono galiai augant nuo 1W iki 5W tenkančių 1 cm2 ploto magnetrono paviršiui didėja garinimo greitis, tuo pačiu didėja gaunamų klasterių kristališkumo laipsnis. Klasteriai yra gaunami ant vandenyje tirpių struktūrų (druskos (NaCI ir t.t.)), kurias vėliau būtų galima lengvai ištirpinti vandenyje ir atskirti nuo sintetintų nanokristalinių klasterių. Svarbus reikalavimas: druskos, ant kurių garinamos medžiagos, neturi sudaryti jokių cheminių junginių ar kitaip paveikti gaunamos medžiagos struktūros ir savybių. Gaunamų nanokristalinių klasterių struktūrą galima kontroliuoti, keičiant druskų kristalų dydžius (didinant nuo 1 iki kelių šimtų mikrometrų, klasteriai didėja); aukštą gaunamų medžiagų švarumą galima pasiekti, naudojant švarias druskas (99.99 % ir didesnio grynumo).
BRĖŽINIŲ FIGŪRŲ APRAŠYMAS
Toliau išradimas bus aprašytas su nuoroda į jį paaiškinančius brėžinius, kuriuose:
Fig. 1 pateikta šio išradimo proceso schematinė eiga;
Fig. 2 yra pavaizduota nanokristalinių klasterių sintezės kameros schema;
Fig. 3 yra skirtingo dydžio nanokristalinių klasterių mišinio pavyzdys (skenuojančios elektroninės mikroskopijos nuotrauka, gauta naudojant Hitachi S-3400N mikroskopą);
Fig.4 pateikta nanokristalinių klasterių rentgeno difrakcijos analizė, gauta, panaudojant Bruker D8 rentgeno difrakcijos aparatą, iš kurios matome, kad kristalitų dydis mažesnis nei 100 nm.
IŠRADIMO REALIZAVIMO APRAŠYMAS Išradimo koncepcijos algoritmas yra pateiktas fig. 1. Detalus proceso eigos aprašas:
Druskos kristalai, kurie lengvai tirpsta vandenyje (pvz. NaCI), suberiami į aukštatemperatūrinį indą, kuris talpinamas į vakuuminę kamerą, kuri proceso metu atsiurbiama iki ne didesnio kaip 7*10'3 mbar slėgio vakuumo.
Paduodamas darbinių dujų mišinys Ar:02 ir iniciuojamas magnetroninis garinimas, panaudojant DC arba impulsinį DC, arba RF maitinimo šaltinius. Užgarinus oksidų pagrindo nanokristalinius klasterius ant druskų kristalų, indas su medžiagomis ištraukiamas iš vakuuminės kameros, o gautos medžiagos talpinamos į vandenį ir kur sintezės metu panaudotos druskos ištirpinamos.
Druskoms ištirpus, gautas skirtingų dydžių klasterių mišinys (fig. 3) filtruojamas, panaudojant skirtingo dydžio ir tankio filtrus, taip suformuojant norimo dydžio nanokristalinius (fig.4) klasterius.

Claims (2)

  1. IŠRADIMO APIBRĖŽTIS
    1. Oksidų nanokristalinių klasterių gavimo ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninį garinimą, būdas, sintetinant medžiagų klasterius ant vandenyje tirpių medžiagų kristalų, besiskiriantis tuo, kad (a) medžiagų garinimą atlieka vakuume ant vandenyje lengvai tirpstančių medžiagų kristalų, kuriuos suberia į aukštatemperatūrinį indą, talpinamą į vakuuminę kamerą, kuri proceso metu atsiurbiama iki ne didesnio kaip 7*10'3 mbar slėgio vakuumo; (b) paduoda darbinių dujų mišinį Ar:02 santykiu 70±10:30±10 ir iniciuoja magnetroninį garinimą, panaudojant DC arba impulsinį DC arba RF maitinimo šaltinius; (c) užgarinus oksidų pagrindo nanokristalinius klasterius ant druskų kristalų, indą su medžiagomis ištraukia iš vakuuminės kameros, o gautas medžiagas patalpina į vandenį ir ištirpina sintezės metu panaudotas druskas; (d) gauna nanokristalinius klasterius, kurių geometrinis dydis priklauso nuo panaudojamų druskų kristalų dydžio, kurie gali varijuoti nuo 1 iki šimtų mikrometrų; didėjant druskų kristalų dydžiui, didėja ir gaunamų nanokristalinių klasterių dydis; (e) gautą skirtingų dydžių klasterių mišinį filtruoja, panaudojant skirtingo dydžio ir tankio filtrus, taip suformuojant norimo dydžio nanokristalinius klasterius; (f) gautų kristalitų dydį kontroliuoja, keičiant slėgį sintezės metu; sintezės metu paduodant didesnius darbinių dujų kiekius ir darbiniam slėgiui keičiantis nuo 1 *10'2 mbar iki 1 x10'1 mbar, kristalitų dydis mažėja, ir atvirkščiai - mažėjant slėgiui, kristalitų dydis didėja; (g) gautų medžiagų kristalografinę struktūrą kontroliuoja, keičiant garinimo greitį; magnetrono galiai augant nuo 1W iki 5W, tenkančių 1 cm2 ploto magnetrono paviršiui, didėja garinimo greitis, tuo pačiu didėja gaunamų klasterių kristališkumo laipsnis; (h) priemaišų, esančių druskų kristaluose, neigiamos įtakos gaunamų medžiagų švarumui sumažinimui, naudoja švarias druskas (99.99 % ir didesnio grynumo).
  2. 2. Būdas pagal 1(a) punktą, besiskiriantis tuo, kad medžiagų garinimą atlieka ant NaCI druskos kristalų.
LT2014509A 2014-11-11 2014-11-11 Oksidų nanokristalinių klasterių gavimo ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninį garinimą, būdas LT6290B (lt)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2014509A LT6290B (lt) 2014-11-11 2014-11-11 Oksidų nanokristalinių klasterių gavimo ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninį garinimą, būdas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2014509A LT6290B (lt) 2014-11-11 2014-11-11 Oksidų nanokristalinių klasterių gavimo ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninį garinimą, būdas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2014509A LT2014509A (lt) 2016-06-27
LT6290B true LT6290B (lt) 2016-08-10

Family

ID=56134746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2014509A LT6290B (lt) 2014-11-11 2014-11-11 Oksidų nanokristalinių klasterių gavimo ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninį garinimą, būdas

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT6290B (lt)

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. KUMAR ET AL: "Controlled synthesis of size-tunable nickel and nickel oxide nanoparticles using water-in-oil microemulsions", ADVANCES IN NATURAL SCIENCES: NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY, 2013, pages 1 - 9
C.W. WON ET AL: "Refractory metal nanopowders: Synthesis and characterization.", CURRENT OPINION IN SOLID STATE AND MATERIALS SCIENCE 14, 2010, pages 53 - 68, XP027018961
CH. VOLLMER ET AL: "Naked metal nanoparticles from metal carbonyls in ionic liquids:", COORDINATION CHEMISTRY REVIEWS, 2011, pages 255
GORJI B. ET AL: "Synthesis and characterizations of silica nanoparticles", JOURNAL OF APPLIED CHEMICAL REASEARCH 6 (3) 2012, pages 22 - 26
LUCCHINI M.A ET AL: "Continuous synthesis of nickel nanopowders", pages: 156 - 157

Also Published As

Publication number Publication date
LT2014509A (lt) 2016-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Arole et al. Fabrication of nanomaterials by top-down and bottom-up approaches-an overview
Huang et al. Crystal facet tailoring arts in perovskite oxides
Lo et al. Fabrication of copper oxide nanofluid using submerged arc nanoparticle synthesis system (SANSS)
Su et al. Review of production routes of nanomaterials
Li et al. Control of particle size and phase formation of TiO2 nanoparticles synthesized in RF induction plasma
Wang et al. Synthesis of NaCl single crystals with defined morphologies as templates for fabricating hollow nano/micro-structures
Liang et al. Synthesis, characterization, and phase stability of ultrafine TiO2 nanoparticles by pulsed laser ablation in liquid media
Xia et al. Preparation methods of perovskite-type oxide materials
Kumar et al. Synthesis of ZnO nanostructures
Etafa et al. Synthesis and fabrication techniques for nanomaterials
Abrinaei et al. Formation of Mg and MgO nanocrystals by laser ablation in liquid: effects of laser sources
LT6290B (lt) Oksidų nanokristalinių klasterių gavimo ant vandenyje tirpių medžiagų, panaudojant magnetroninį garinimą, būdas
Madkour Processing of nanomaterials (NMs)
Müller et al. Preparation of SrTiO 3 nanocubes by CO 2 laser vaporization (LAVA) and hydrothermal maturation
Ntozakhe et al. Pyrolysis of Carbon-Doped ZnO Nanoparticles for Solar Cell
Khandelwal et al. Synthesis‐Driven Functionality in High‐Entropy Materials
JP7065439B2 (ja) 結晶性ZrO2膜の製造方法および結晶性ZrO2膜
Tang et al. Controllable synthesis, characterization and growth mechanism of three-dimensional hierarchical PbWO 4 microstructures
Liu et al. Microemulsion synthesis and photocatalytic activity of visible light-active BiVO4 nanoparticles
Zhang et al. ZnO microbowls grown on an ITO glass substrate through thermal evaporation
Liu et al. Surface doping of TiO2 powders via a gas–melt reaction using thermal plasma as an excitation source
Rives From Solid‐State Chemistry to Soft Chemistry Routes
Mohammadi et al. Water-based sol–gel nanocrystalline barium titanate: controlling the crystal structure and phase transformation by Ba: Ti atomic ratio
Tsung et al. Process development of a novel arc spray nanoparticle synthesis system (ASNSS) for preparation of a TiO 2 nanoparticle suspension
JP2019142760A (ja) 三酸化タングステンの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20160627

FG9A Patent granted

Effective date: 20160810

MM9A Lapsed patents

Effective date: 20201111