RU2593145C1 - СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/C В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ - Google Patents

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/C В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ Download PDF

Info

Publication number
RU2593145C1
RU2593145C1 RU2015109758/04A RU2015109758A RU2593145C1 RU 2593145 C1 RU2593145 C1 RU 2593145C1 RU 2015109758/04 A RU2015109758/04 A RU 2015109758/04A RU 2015109758 A RU2015109758 A RU 2015109758A RU 2593145 C1 RU2593145 C1 RU 2593145C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
feni
temperature
polyacrylonitrile
nanocomposite
dimethylformamide
Prior art date
Application number
RU2015109758/04A
Other languages
English (en)
Inventor
Лев Васильевич Кожитов
Владимир Валентинович Козлов
Дмитрий Геннадьевич Муратов
Владимир Григорьевич Костишин
Егор Владимирович Якушко
Геннадий Ефимович Гельман
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Акционерное общество "Приокский завод цветных металлов"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", Акционерное общество "Приокский завод цветных металлов" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2015109758/04A priority Critical patent/RU2593145C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2593145C1 publication Critical patent/RU2593145C1/ru

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi3/C. Техническим результатом является получение нанокомпозита FeNi3/C, содержащего наночастицы FeNi3 с размером от 12 до 85 нм. Способ синтеза нанокомпозита FeNi3/C включает приготовление совместного раствора порошка графита, полиакрилонитрила, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде, выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагревание полученного твердого остатка. Приготовление раствора полиакрилонитрила, порошка графита, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде осуществляют при температуре 50÷70°C, при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, порошок графита от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, концентрация железа от 0,3 до 1 мас. %, никеля - от 1 до 3 мас. % от массы полиакрилонитрила и графита, до полного растворения компонентов. Выпаривание растворителя проводят при температуре 70÷90°C. Термообработку твердого остатка осуществляют в несколько этапов: предварительный нагрев на воздухе в течение 6-14 часов при температуре 150÷200°C, и финальный нагрев в атмосфере N2 при температуре от 500 до 900°C с интервалом подъема температуры 100°C и выдержкой 30÷60 минут при соответствующих температурах. 1 пр.

Description

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi3/C.
Одним из способов получения наночастиц FeNi3 является восстановление в гидразине N2H4·H2O солей FeCl2·4H2O и NiCl2·6H2O, предварительно растворенных в деионизованной воде [Xuegang Lu, Gongying Liang, Yumei Zhang. Synthesis and characterization of magnetic FeNi3 particles obtained by hydrazine reduction in aqueous solution // Material Science and Engineering B. 2007. V. 139. PP. 124-127]. К недостаткам этого способа следует отнести отсутствие стабилизирующей среды для наночастиц FeNi3 и длительное время реакции, составляющее 24 часа, что затрудняет возможность контролировать размер частиц и однородность их распределения.
Для применения в области высоких частот наночастицы FeNi3 инкапсулируют SiO2, таким образом увеличивая сопротивление композита. Наночастицы FeNi3 приготавливают с помощью химического восстановления солей FeCl2·4H2O и NiCl2·6H2O в гидразин гидрате N2H4·H2O (С=80%). При этом в качестве поверхностно-активного вещества используют полиэтиленгликоль. Время реакции составляет 24 часа при комнатной температуре. В процессе реакции рН контролируется и поддерживается в интервале 12≤рН≤13 [X. Lu, G. Liang, Q. Sun, С. Yang. High-frequency magnetic properties of FeNi3-SiO2 nanocomposite synthesized by a facile chemical method. // Journal of Alloys and Compounds. 2011. V. 509. PP. 5079-5083]. К недостаткам этого способа синтеза наночастиц FeNi3 можно отнести сложность контролирования размера и фазовый состав наночастиц из-за флуктуаций условий реакции (температура, рН, концентрация реагентов) в процессе длительной реакции восстановления.
Другой способ получения нанокомпозита FeNi3/C заключается в инфракрасном нагреве смеси на основе FeCl3·6H2O, NiCl2·6H2O и полиакрилонитрила (ПАН) при давлении 10-3÷10-2 мм рт. ст. до 700°С в течение от 1 до 30 мин [Кожитов Л.В., Козлов В.В., Костикова А.В. Способ получения нанокомпозита FeNi3/пиролизованный полиакрилонитрил. Патент на изобретение №2455225. Бюл. №19. 10.07.2012]. Недостатками этого способа являются следующие ограничения: обработка с помощью ИК-излучения требует автоматизированных устройств для синтеза наноматериала в промышленных масштабах, которые не производятся; обработка с помощью ИК-излучения происходит в вакууме (Р=10-3÷10-2 мм рт. ст.), получение которого сопряжено с усложнением конструкции реактора, необходимостью использования вакуумного насоса. Кроме того, проведение пиролиза полиакрилонитрила в вакууме способствует уменьшению углеродного остатка и уменьшению количества получаемого наноматериала.
Техническим результатом является получение нанокомпозита FeNi3/C, содержащего наночастицы FeNi3 с размером от 12 до 85 нм, при термообработке композита FeCl3·6H2O/NiCl2·6H2O/ПАН/Графит.
Технический результат достигается следующим образом.
Способ синтеза нанокомпозита FeNi3/C включает приготовление совместного раствора порошка графита, полиакрилонитрила, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде, выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагревание полученного твердого остатка. Приготовление раствора полиакрилонитрила, порошка графита, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде осуществляют при температуре 50-70°С, при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, порошок графита от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, концентрация железа от 0,3 до 1 мас. %, никеля от 1 до 3 мас. % от массы полиакрилонитрила и графита до полного растворения компонентов, выпаривание растворителя проводят при температурах 70-90°С, термообработка твердого остатка осуществляют в несколько этапов, предварительный нагрев на воздухе в течение 6-14 часов при температурах 150-200°С, и финальный нагрев осуществляют в атмосфере N2 при температуре от 500 до 900°С с интервалом подъема температуры 100°С и выдержкой 30-60 минут при соответствующих температурах с образованием наночастиц FeNi3 с размером частиц от 12 до 85 нм.
Для измерения размеров наночастиц FeNi3 использованы рентгеновский дифрактометр ДРОН-1,5 (CuKα-излучение) с модернизированной коллимацией и метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с использованием низковакуумного растрового двухлучевого электронного микроскопа Quanta 3D FEG. Средний размер кристаллитов (LC) интерметаллида FeNi3 рассчитан из рентгеновских спектров с помощью уравнения Дебая-Шерера:
LC=kλ/Bcosθ,
где k - константа, равная 0,89; В - полуширина дифракционного угла, соответственного дифракционного максимума; λ=1,54056
Figure 00000001
- длина волны рентгеновского CuKα-излучения, Θ - дифракционный угол, град.
Пример. Для синтеза нанокомпозита FeNi3/C с C(FeNi3)=40 % были использованы хлорид железа (III) шестиводный (FeCl3·6H2O), х.ч.; хлорид никеля (II) шестиводный (NiCl2·6H2O), х.ч.; полиакрилонитрил (ПАН); порошок графита (Гр); диметилформамид (ДМФА), х.ч. Были приготовлены следующие навески для синтеза нанокомпозита FeNi3/C с C(FeNi3)=40 %: m(ПАН)=50 г; m(Гр)=50 г; m(NiCl2·6H2O)=120,5 г; m(FeCl3·6H2O)=42,27 г. На первом этапе получили совместный раствор FeCl3·6H2O, NiCl2·6H2O и ПАН, высыпав заготовленные навески, в ДМФА (V=800 мл). Для ускорения растворения необходимо перемешивать раствор при 60°С. Время приготовления раствора составило 4 час. Приготовленный порошок графита нагревали в муфеле при 350°С в течение 3 часов. Затем графитовый порошок добавили в совместный раствор FeCl3·6H2O, NiCl2·6H2O и ПАН в ДМФА. Полученную смесь перемешивали в течение 30 мин при 60°С.
На втором этапе выпаривали растворитель ДМФА. Для этого раствор разлили в четыре фарфоровые чашки (V=250 мл). Чашки с раствором выдерживали при 80°С в течение 22 часов с использованием нагревательной плитки ES-H3040 (фирма Экрос) до образования вязкой массы.
Предварительная термическая обработка композита на основе полиакрилонитрила, графита, NiCl2·6H2O и FeCl3·6H2O на воздухе при 200°С осуществляли в муфеле в течение 14 часов. В результате получена твердая масса. Масса была размолота с использованием ступки и пестика.
Синтез нанокомпозита FeNi3/C из композита на основе полиакрилонитрила, графита, NiCl2·6H2O и FeCl3·6H2O происходил на стадии термической обработки в атмосфере N2 с использованием промышленной установки.
Для термической обработки были использованы три графитовые кюветы, которые одновременно помещались в реактор. Был применен ступенчатый нагрев. Температура нагрева и время выдержки (t) композита при этой температуре на каждой ступени указаны ниже: 1) 300°С; t=1 час. После термической обработки при 300°С три кюветы с композитом были извлечены из реактора. Полученная серая масса дополнительно подверглась измельчению с использованием ступки и пестика. Для дальнейшей термической обработки были использованы две графитовые кюветы в результате убыли веса массы композита из-за процессов карбонизации полимера и разложения солей, содержащихся в композите.
После загрузки двух кювет в установку был продолжен ступенчатый нагрев со следующими параметрами: 2) 400°С; t=1 час; 3) 500°С; t=30 мин; 4) 600°С; t=30 мин. После термической обработки при 600°С две кюветы с композитом были извлечены из реактора. Полученная серая масса дополнительно подверглась измельчению с использованием ступки и пестика. После загрузки двух кювет в реактор установки был продолжен ступенчатый нагрев со следующими параметрами: 5) 700°С; t=1 час; 6) 800°С; t=1 час; 7) 900°С; t=30 мин.
После термической обработки при 900°С две кюветы с композитом были извлечены из реактора установки. Полученная серая масса дополнительно подверглась измельчению с использованием ступки и пестика.
Полученный нанокомпозит FeNi3/C содержал наночастицы FeNi3 с размером в диапазоне от 12 до 85 нм, установленном с помощью методов рентгеновской дифрактометрии и сканирующей электронной микроскопии.

Claims (1)

  1. Способ синтеза нанокомпозита FeNi3/C, включающий приготовление совместного раствора порошка графита, полиакрилонитрила, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде, выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагревание полученного твердого остатка, отличающийся тем, что приготовление раствора полиакрилонитрила, порошка графита, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде осуществляют при температуре 50÷70°C, при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, порошок графита от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, концентрация железа от 0,3 до 1 мас. %, никеля - от 1 до 3 мас. % от массы полиакрилонитрила и графита, до полного растворения компонентов, выпаривание растворителя проводят при температуре 70÷90°С, термообработка твердого остатка осуществляют в несколько этапов: предварительный нагрев на воздухе в течение 6÷14 часов при температуре 150÷200°С, и финальный нагрев - в атмосфере N2 при температуре от 500 до 900°C с интервалом подъема температуры 100°С и выдержкой 30÷60 минут при соответствующих температурах с образованием наночастиц FeNi3 с размером частиц от 12 до 85 нм.
RU2015109758/04A 2015-03-20 2015-03-20 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/C В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ RU2593145C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015109758/04A RU2593145C1 (ru) 2015-03-20 2015-03-20 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/C В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015109758/04A RU2593145C1 (ru) 2015-03-20 2015-03-20 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/C В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2593145C1 true RU2593145C1 (ru) 2016-07-27

Family

ID=56557278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015109758/04A RU2593145C1 (ru) 2015-03-20 2015-03-20 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/C В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2593145C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2330864C1 (ru) * 2007-02-28 2008-08-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" (МИСИС) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО НАНОКОМПОЗИТА Cu/ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ
RU2455225C1 (ru) * 2011-06-14 2012-07-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/ПИРОЛИЗОВАННЫЙ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ
RU2506224C1 (ru) * 2012-08-06 2014-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Способ получения металл-полимерного композитного материала для радиотехнической аппаратуры

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2330864C1 (ru) * 2007-02-28 2008-08-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" (МИСИС) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО НАНОКОМПОЗИТА Cu/ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ
RU2455225C1 (ru) * 2011-06-14 2012-07-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/ПИРОЛИЗОВАННЫЙ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ
RU2506224C1 (ru) * 2012-08-06 2014-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Способ получения металл-полимерного композитного материала для радиотехнической аппаратуры

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кожитов Л.В. и др. Микроволновые свойства металлуглеродных нанокомпозитов с ферромагнитными металлическими включениями. Научные ведомости, серия: Математика. Физика. 2014, 25(196), Вып.37, стр. 151-160. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zou et al. Opposite particle size effect on amorphous calcium carbonate crystallization in water and during heating in air
Zhang et al. Preparation of H2TiO3-lithium adsorbent by the sol–gel process and its adsorption performance
JP5467252B2 (ja) 銀ナノワイヤーの製造方法及び銀ナノワイヤー
Yuan et al. One-step solvothermal synthesis of nickel selenide series: composition and morphology control
Yahaya et al. Recent characterisation of sol-gel synthesised TiO2 nanoparticles
RU2552454C2 (ru) СПОСОБ СИНТЕЗА МЕТАЛЛОУГЛЕРОДНОГО НАНОКОМПОЗИТА FeCo/C
TW202116977A (zh) 含碳量子點之組成物及其製造方法
Saidani et al. Re-examination of the β→ γ transformation of Ca2SiO4
Habib et al. Effect of temperature and time on solvothermal synthesis of tetragonal BaTiO 3
Hu et al. Prussian Blue mesocrystals prepared by a facile hydrothermal method
Nielsen et al. Phase control for indium oxide nanoparticles
Luginina et al. Synthesis of ultrafine fluorite Sr 1− x Nd x F 2+ x powders
Zhang et al. LiYF 4: Yb 3+, Er 3+ upconverting submicro-particles: synthesis and formation mechanism exploration
Wang et al. Size and shape evolution of upconverting nanoparticles using microwave assisted synthesis
Dar et al. Exploiting oriented attachment in stabilizing La 3+-doped gallium oxide nano-spindles
RU2593145C1 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/C В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ
Beyene et al. Understanding the role of oxygen ion (O 2−) activity in 1-D crystal growth of rutile TiO 2 in molten salts
RU2455225C1 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/ПИРОЛИЗОВАННЫЙ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ
Li et al. Facile solution-based synthesis and optical properties of Co3O4 Nanoparticles at low-temperature
Chen et al. Preparation and growth mechanism of plate-like basic magnesium carbonate by template-mediated/homogeneous precipitation method
KR102476092B1 (ko) 수열합성을 이용한 이트리아의 제조방법
Huang et al. Synthesis of yttrium oxide nanocrystal via solvothermal process
Li et al. Morphology-controlled ZnO particles from an ionic liquid precursor
JP6509668B2 (ja) ホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法
Wani et al. Study of photoluminescence properties of MgAl2O4 doped with europium prepared by microwave assisted solution combustion synthesis