УДК 539.21

Влияние состава на размерные и морфологические параметры наночастиц в системе никель-медь.

Кафедра химии твердого тела КемГУ.

*****@***ru

Вопросы исследования структуры и свойств двухкомпонентных наноразмерных систем переходных металлов являются в настоящее время весьма актуальными. Настоящая работа является частью общего цикла исследований в данном направлении, проводимого в Кемеровском госуниверситете под руководством академика [1-2]. Целью работы было исследовать методом малоуглового рентгеновского рассеяния (МУР) влияние состава на размерные и морфологические параметры наночастиц в порошках системы Cu-Ni, полученных восстановлением гидроксидов, осажденных из водных растворов солей соответствующих металлов.

Для решения поставленных задач были проанализированы спектры МУР I(s) в области наименьших углов рассеяния и определены радиусы инерции частиц (в приближении Гинье), также были произведены расчеты интегральных параметров кривой I(s) и характерных размеров частиц, определены радиусы Порода, удельные поверхности дисперсных фаз и оценены морфологические параметры – характер и степень анизометрии частиц. Для извлечения структурной информации использовались исправленные в соответствии с методиками [3-4] спектры малоуглового рассеяния.

Согласно приближению Гинье, начальный участок спектра МУР (при s→0) с хорошей точностью описывается экспоненциальной функцией вида:

, (1)

где Rg – это так называемый радиус Гинье (радиус инерции) частицы, I(0) – интенсивность рассеяния в нулевой угол, – длина вектора рассеяния.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Если прологарифмировать выражение (1), а затем построить график в координатах ln I(s) – s2, получим прямую линию, по тангенсу угла наклона которой можно определить радиус Гинье.

Значения радиусов инерции для каждого состава были рассчитаны по нескольким первым точкам спектра МУР. Следует отметить, что, что точки спектра не очень хорошо укладывались на прямую, заметно отклоняясь вверх при s→0. Согласно [3] наблюдаемые отклонения вверх от линейной зависимости при s→0, можно объяснить вкладом в рассеяние агломератов частиц, а также, полидисперсностью. Полученная зависимость радиусов Гинье от состава представлена на рис. 1. С учетом большого разброса значений, данная зависимость является слабовыраженной и в целом малоинформативной.

Более интересный характер носит выявленная нами зависимость величины удельной поверхности от состава исследуемых нанопорошков. Величина удельной поверхности S0 определяется непосредственно из спектра МУР по формуле:

, где: , .

Интегралы Q и k рассчитывались по экспериментальным точкам путём численного интегрирования. Полученные значения удельных поверхностей для исследуемых нанопорошков приведены графически на рис. 2.

Результаты показывают, что удельная поверхность нанопорошков двойной системы Cu-Ni резко изменяется вблизи чистых компонентов и меньше зависит от состава в промежуточной области (20-80%) (точка, заметно выпадающая вверх из общей зависимости (63% Ni), соответствует образцу, содержащему по данным рентгенофазового анализа остаточные примеси гидроксидов, что может влиять на дисперсную структуру порошка).

 

Анализ асимптотического поведения спектра МУР в переходной области позволяет предполагать, что для смешанных составов наночастицы порошка характеризуются двумерной (пластинчатой) морфологией, либо фрактальной структурой с размерностью D ≈ 2. При этом характерный наименьший размер наночастиц составляет 200 Å.

Таким образом, установлено, что однокомпонентные системы (чистая медь и чистый никель), полученные вышеуказанным способом при одинаковых условиях синтеза, представляют собой гораздо более грубодисперсные системы, чем образцы промежуточных составов. Добавление при синтезе к одному из компонентов даже незначительного количества другого приводит к существенному (в 2-3 раза) снижению характерного наименьшего размера наночастиц в системе и увеличению удельной поверхности.

Литература

1., , Додонов твердые растворы на основе металлов группы железа // Сборник тезисов докладов участников II Международного форума по нанотехнологиям «Роснанотех 2009» (Москва, 6-8 октября 2009 г.). М., 2009. С. 364-367.

2., , Колмыков и свойства наноразмерных порошков металлов группы железа и их взаимных систем. Перспективные материалы. 2008. № 6, с. 249-254.

3.Свергун Д. И., Фейгин Л. А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. – М.: «Наука» – 1986.

4.Додонов малоуглового рассеяния для анализа структуры неоднородных материалов. Пакет прикладных программ // IX Международн. конф. по радиационной физике и химии неорганических материалов РФХ-9. Тез. докл. – Томск, 1996. – С. 139-140.

Научный руководитель – к. ф.-м. н., снс ПНИЛ СТТ КемГУ,