Свойства наноразмерных порошков меди, стабилизированных водорастворимыми полимерами в процессе получения
Анализ гранулометрического состава порошков меди полученных электролизом, из электролита, содержащего хлорид аммония. Определение свойств порошков меди полимерной пленкой стабилизатора поливинилпирролидона, формирующейся на поверхности наночастиц.
Рубрика | Химия |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 30.07.2017 |
Размер файла | 448,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1Особое конструкторско технологическое бюро «Орион»
2Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
Свойства наноразмерных порошков меди, стабилизированных водорастворимыми полимерами в процессе получения
Г.А. Данюшина1, Ю.М. Бережной2, В.М. Липкин2, П.Д. Дерлугян1,
В.Г. Шишка1, О.Н. Гончарова2, Н.В. Шишка2
Аннотация
В статье приведен сравнительный анализ нанопорошков меди полученных электролизом с применением в качестве стабилизатора поливинилпирролидона (ПВП). Установлено, что свойства порошков меди определяет полимерная пленка ПВП, формирующаяся на поверхности наночастиц.
Ключевые слова: нанопорошки меди, стабилизация частиц, гранулометрический состав, дифференциально термический анализ, водорастворимый полимер.
Одним из важнейших направлений развития современных технологий является миниатюризация изделий различного функционального назначения, которая приводит к экономии материальных и энергетических затрат. Наноразмерные порошки улучшают характеристики материалов, применяемых в машиностроении, как присадок к смазкам, абразивов, мембран, катализаторов, адсорбентов и т.п. [1-3]. Металлические порошки наноразмера используются при создании ракетных топлив, взрывчатых веществ, при производстве прессованных и спеченных изделий, в качестве наполнителей для композиционных материалов, позволяющие получать эффективные протекторные, антифрикционные, противоизносные, ресурсосберегающие, гидрофобные, самоочищающиеся и биоинертные, композиционные материалы. Эти материалы расширяют функциональные и ресурсные возможности техники, конструкций, изделий, применяемых в различных отраслях: в машиностроении и строительстве, на транспорте, в энергетической, химической и атомной отраслях, в военной технике, в медицине и быту. [4-9]
Нанодисперсные порошки полимеров обеспечивают создание новых типов композитных наноматериалов с возможностями широкого практического применения [10].
Методики проведения эксперимента описаны в работах [11-13] однако режимы электролиза были оптимизированы с целью снижения размеров получаемых наночастиц и достижения однородного гранулометрического состава.
Анализ гранулометрического состава порошков меди полученных электролизом, из электролита, содержащего хлорид аммония и электролита содержащего хлорид аммония в который в качестве стабилизатора введен ПВП показал, что в процессе хранения доля частиц с размерами менее 100 нм для порошка, полученного в электролите без добавок снижается, что свидетельствует о слеживании порошка (таблица 1). В то же время для порошка, полученного из электролита с добавкой, эта доля практически не изменяется, что показывает отсутствие агломерации у частиц в процессе хранения.
Таблица 1 Характеристики гранулометрического состава порошков меди, полученных из электролитов с добавкой и без добавки при разных сроках хранения
Характеристика гранулометрического состава |
Порошок без добавок |
Порошок с добавкой ПВП |
|
Доля частиц (%) с размером менее 100 нм для времени хранения (сут.) 0 7 14 |
84,37 65,35 38,73 |
97,48 97,34 97,29 |
|
Минимальный размер частиц, нм |
67,38 |
31,35 |
Из таблицы 1 видно, что порошок, полученный из электролита с добавкой, имеет в 2 раза меньший минимальный размер частиц.
Для тестирования устойчивости нанопорошков меди к окислению был использован дифференциальный термический анализ (ДТА) с применением термоанализатора STA 449C; анализ проводили в режиме линейного нагрева в интервале 10-600 °С со скоростью нагрева 10 град./мин в атмосфере воздуха. Представлены термограммы нанопорошка меди (рис. 1а ) и нанопорошка меди заключенного в полимерную оболочку (рис. 1б).
Рис. 1 Дифференциальный термический анализ нанопорошков меди: а) без стабилизаторов; б) стабилизированных водорастворимыми полимерами
Характер изменения вида зависимостей термогравиметрии (ТГ) и дифференциально сканирующей колориметрии (ДСК) с ростом температуры позволяет сделать вывод о значительном различии реакционной способности данных образцов по отношению к окислению в воздухе. Образец 1 (рис 1а) начинает окисляться уже при незначительном нагревании 25-140оС при этом масса образца возрастает на 1-1,5%. Процесс интенсивного окисления протекает в интервале температур 140-300оС при этом общий прирост массы составляет 14,93% дальнейшее окисление нанопорошка меди протекает при незначительном возрастании скорости процесса в плоть до 600оС. Из приведенных на рис. 1а по кривой ДСК видно, что процесс окисления меди носит экзотермический характер. Кривую можно разделить на 3 части на первом отрезке 10-179,3оС протекает экзотермическая реакция характерная для образования оксида меди (I) как видной из отрезка 179,3-300,5 оС происходит дальнейшее возрастание что можно объяснить преходом из оксида меди (I) в оксид меди (II), что полностью совпадает с данными ТГ. На температурном отрезке 300,5оС - 600оС происходит падение и возрастание кривой ДСК что говорит об окончании реакции окисления и установившемся равновесном режиме.
На рис 1б представлены кривые ТГ и ДСК в интервале температур 10-600оС для нанопоророшка меди в полимерной оболочке, как видно по кривой ТГ на отрезке 0-160оС происходит незначительное изменение массы 1,5-2% что можно охарактризовать удалением с поверхности нанопорошка летучих соединений и остаточной влаги, В интервале температур 160-260оС падение массы составляет 13%, что обьясняется деструкцией полимера и его частичным удалением с поверхности нанопорошка меди, в температурном интервале 260-340оС кривая ТГ показывает менее интенсивное падение массы что характеризуется не окончательным удалением полимера с поверхности нанопорошка и началом окисления нанопорошка в точке 340оС на кривой ТГ происходит окончательное удаление полимерного защитного слоя и окончание процесса окисления медного нанопорошка прирост массы на отрезке кривой ТГ в интервале температур 340-600оС составляет 7,92%. По результатам математических расчетов при данном размере частиц нанопорошка меди процент прирост массы должен составлять 14-16% что подтверждает кривая ТГ (рис. 1а ) Следовательно можно предположить что на отрезке температур 260-340 на кривой ТГ (рис 1б. ) процент потери массы полимера составляет приблизительно 6-7%
гранулометрический порошок медь поливинилпирролидон
Выводы
Введение в электролит ПВП снижает размер частиц, изменяет гранулометрический состав, замедляет процесс агломерации получаемого порошка, а так же обеспечивает дополнительную защиту от окисления.
Литература
1. Кужаров А. А. Триботехнические свойства нанометричных кластеров меди: дис. канд. техн. наук // Ростов-на-Дону, 2004. 143 с.
2. Кужаров А. С., Кужаров А.А., Нгуен Х., Шучев К. Г., Рыжкин А.А. Молекулярные механизмы самоорганизации при трении. часть VIII. физико-химические и функциональные свойства некоторых реметаллизантов современного рынка автохимии / Трение и износ. - 2015. Т. 36. № 1. с. 62-69.
3. Чичинадзе А. В. Трение, износ, и смазка (трибология и триботехника) Э.М. Берлингер, Э. Д. Браун и др. Под общ. ред. А. В. Чичинадзе. // М.: Машиностроение. 2003. 576.с. ил.
4. Шалунов Е.П., Гершман И.С. Патент №2398656 Рос. Федерация. Способ изготовления композиционного материала для электрических контактов на медной основе Заявка: 2009128500/02, от23.07.2009 Опубл. 10.09.2010 Бюл. № 25 - 11 с.
5. Гарасъко Е.В., Тесакова М.В., Чуловская С.А., Парфенюк В. И. Применение наноразмерных медьсодержащих порошков в качестве эффективных биоцидных препаратов. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51. №10. с. 116 - 119.
6. Томас Ч. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы. Перевод с английского. Под ред. А.М. Рубинштейна. // М.: Мир, 1973. 388 с.
7. B. Faure, G. Salazar-Alvarez, A. Ahniyaz, I. Villaluenga, G. Berriozabal , Y. R De Miguel L. Bergstrom. Dispersion and surface functionalization of oxide nanoparticles for transparent photocatalytic and UV-protecting coatings and sunscreens // science and technology of advanced materials 2013 №3. Pp 1-23.
8. Роко М.К. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления развития. Под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса и П. Аливисатоса. Пер. с англ. М.: Мир, 2002. 292 с.
9. Порозова С. Е., Кульметьева В. Б. Получение наночастиц и наноматериалов Учеб. Пособие. Порозова С. Е. // Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та. 2010. 135 с.
10. Бережной Ю.М. Липкин В.М. Скориков А.В. Дерлугян П.Д. Шишка В.Г. Данюшина Г.А. Липкин С.М. Влияние ультрадисперсных порошков меди, стабилизированных водорастворимыми полимерами, на свойства композиционных материалов // Инженерный вестник дона. 2015. №3. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3209
11. Дерлугян П.Д., Данюшина Г.А., Липкин М.С., Липкин В.М. , Бережной Ю.М., Попов С.В., Шишка Н.В., Онышко Д.А. Получение наноразмерных электролитических порошков меди в электролитах с водорастворимыми полимерами // Инженерный вестник дона. 2015. №3. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3222
12. Бережной Ю.М., Данюшина Г.А., Дерлугян П.Д., Липкин В.М., Липкина Т.В., Шишка В.Г. Патент №2585582 Рос. Федерация. Способ получения нанопорошков меди Заявка: 2015122947/02 от 15.06.2015 Опубл. 27.05.2016 Бюл. № 15
13. Lipkin V.M., Berezhnoi. Y.M., Lipkin M.S. Effect of Substrate Nature and Electrolysis Modes on Ultramicron and Nanosized Electrolytic Powders Formation Regularities // Selected, peer reviewed papers from the International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2015), October 22-23, 2015, Chelyabinsk, Russian Federation. pp. 22-27.
References
1. Kuzharov A. A. Tribotehnicheskie svojstva nanometrichnyh klasterov med. [Tribological properties nanometric clusters of copper] dis. kand. tehn. Nauk. Rostov-na-Donu, 2004. 143 p.
2. Kuzharov A. S., Kuzharov A.A., Nguen H., Shuchev K. G., Ryzhkin A.A. Trenie i iznos. 2015. T. 36. № 1. pp. 62-69.
3. Chichinadze A. V. Trenie, iznos, i smazka (tribologija i tribotehnika) [Friction, wear, and lubrication (tribologija i tribotehnika)] Je.M. Berlinger, Je. D. Braun i dr. Pod obshh. red. A. V. Chichinadze. M.: Mashinostroenie. 2003. 576.s. il. Chichinadze A. V. Trenie, iznos, i smazka (tribologija i tribotehnika) Je.M. Berlinger, Je. D. Braun i dr. Pod obshh. red. A. V. Chichinadze. M.: Mashinostroenie. 2003. 576.p. il.
4. Shalunov E.P., Gershman I.S. Patent №2398656 Ros. Federacija. Sposob izgotovlenija kompozicionnogo materiala dlja jelektricheskih kontaktov na mednoj osnove Zajavka: 2009128500/02, ot23.07.2009 Opubl. 10.09.2010 Bjul. № 25 - 11 p.
5. Garas'ko E.V., Tesakova M.V., Chulovskaja S.A., Parfenjuk V. I. Izv. vuzov. Himija i him. tehnologija. 2008. T. 51. №10. pp. 116 - 119.
6. Tomas Ch. Promyshlennye kataliticheskie processy i jeffektivnye katalizatory. [Industrial catalytic processes and effective catalysts] Perevod s anglijskogo. Pod red. A.M. Rubinshtejna. M.: Mir, 1973. 388 p.
7. B. Faure, G. Salazar-Alvarez, A. Ahniyaz, I. Villaluenga, G. Berriozabal , Y. R De Miguel L. Bergstrom. science and technology of advanced materials 2013 №3. pp 1-23.
8. Roko M.K. Nanotehnologija v blizhajshem desjatiletii. Prognoz napravlenija razvitija. [Nanotechnology in the next decade. Forecast directions of development.] Pod red. M.K. Roko, R.S. Uil'jamsa i P. Alivisatosa. Per. s angl. M.: Mir, 2002. 292 p.
9. Porozova S. E., Kul'met'eva V. B. Poluchenie nanochastic i nanomaterialov [The preparation of nanoparticles and nanomaterials] Ucheb. Posobie. Perm': Izd-vo Perm. gos. tehn. un-ta. 2010. 135 p.
10. Berezhnoj Ju.M. Lipkin V.M. Skorikov A.V. Derlugjan P.D. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2015. №3. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3209
11. Derlugjan P.D., Danjushina G.A., Lipkin M.S., Lipkin V.M. , Berezhnoj Ju.M., Popov S.V., Shishka N.V., Onyshko D.A. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2015. №3. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3222
12. Berezhnoj Ju.M., Danjushina G.A., Derlugjan P.D., Lipkin V.M., Lipkina T.V., Shishka V.G. Patent №2585582 Ros. Federacija. Sposob poluchenija nanoporoshkov medi Zajavka: 2015122947/02 ot 15.06.2015 Opubl. 27.05.2016 Bjul. № 15
13. Lipkin V.M., Berezhnoi. Y.M., Lipkin M.S. Effect of Substrate Nature and Electrolysis Modes on Ultramicron and Nanosized Electrolytic Powders Formation Regularities. Selected, peer reviewed papers from the International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2015), October 22-23, 2015, Chelyabinsk, Russian Federation. pp. 22-27.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Изучение влияния металлов, входящих в состав твердого раствора, на стабильность к окислению порошков. Исследование свойств наноразмерных металлических порошков. Анализ химических и физических методов получения наночастиц. Классификация процессов коррозии.
магистерская работа [1,4 M], добавлен 21.05.2013Промышленное производство стиральных порошков, их состав, биологическая и экологическая роль. Методы определения физико-химических свойств стиральных порошков. Ренгенофлуоресцентный анализ состава стиральных порошков, их безопасность для потребителя.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 25.01.2011Атомные, физические и химические свойства элементов подгруппы меди и их соединений. Содержание элементов подгруппы меди в земной коре. Использование пиро- и гидрометаллургическиех процессов для получения меди. Свойства соединений меди, серебра и золота.
реферат [111,9 K], добавлен 26.06.2014Распространение меди в природе. Физические и химические свойства меди. Характеристики основных физико-механических свойств. Отношение меди к галогенам и другим неметаллам. Качественные реакции на ионы меди. Двойные и многокомпонентные медные сплавы.
реферат [68,0 K], добавлен 16.12.2010Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева. Распространение в природе. Физические и химические свойства. Комплексные соединения меди. Применение меди в электротехнической, металлургической и химической промышленности, в теплообменных системах.
реферат [62,6 K], добавлен 11.08.2014История открытия меди и серебра. Применение меди в промышленности: электротехнике, машиностроении, строительстве, химическом аппаратуростроении, денежном обращении и ювелирном деле. Основные химические свойства и физическая характеристика металлов.
презентация [1,1 M], добавлен 25.03.2013Общая характеристика меди. История открытия малахита. Форма нахождения в природе, искусственные аналоги, кристаллическая структура малахита. Физические и химические свойства меди и её соединений. Основной карбонат меди и его химические свойства.
курсовая работа [64,2 K], добавлен 24.05.2010Физиологическая роль и индикаторы элементного статуса меди. Применение ее в промышленности и медицине. Физические свойства химического элемента, нахождение его в природе. Оценка содержания меди в организме человека, индикаторы ее элементного статуса.
презентация [3,5 M], добавлен 23.02.2015Физические и химические свойства меди: тепло- и электропроводность, атомный радиус, степени окисления. Содержание металла в земной коре и его применение в промышленности. Изотопы и химическая активность меди. Биологическое значение меди в организме.
презентация [3,9 M], добавлен 12.11.2014Физико-химическая характеристика алюминия. Методика определения меди (II) йодометрическим методом и алюминия (III) комплексонометрическим методом. Оборудование и реактивы, используемые при этом. Аналитическое определение ионов алюминия (III) и меди (II).
курсовая работа [53,8 K], добавлен 28.07.2009