Лекция 16 СИНТЕЗ КОМПОЗИТНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТРИЦ

Лекция 16. СИНТЕЗ КОМПОЗИТНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТРИЦ (ТЕМПЛАТОВ) ИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Термин темплат стал использоваться в химии начиная с 1963 -1965 годов. Различные типы темплатов при синтезе композитных наноматериалов: - Цеолиты, - МСМ материалы, - Слоистые Двойные Гидроксиды, - Слои Al 2 O 3, полученные анодированием, - Наностержни, - Полимерные волокна, - Дендримеры, - Коллоидные кристаллы и др. Наноматериалы, синтезируемые с использованием темплатов: - Наночастицы, - Наностержни, - Нанотрубки, - Нанопроволоки, - Мезопористые и макропористые материалы и др.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПРОВОЛОК Ag. I ВНУТРИ НАНОТРУБОК ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛИМЕРА PYRENE На первой стадии синтеза внутри пор анодного оксида алюминия формируют нанотрубки полимера, а затем на установке, показанной на рис. , внутрь трубок вводят Ag. I Изображение нанотрубок pyrene, полученное методом СЭМ СХЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ СИНТЕЗА Изображение нанопроволок Ag. I внутри нанотрубок полимера, полученное методом СЭМ

НАНОТРУБКИ Pd, ПОЛУЧЕННЫЕ В РАСТВОРЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРНОГО ВОЛОКНА POLYLACTIDE ПУТЕМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ АЦЕТАТА Pd

Templates for Porous Materials Molecules Surfactant Polymer Bead hydrophobic Hydrophilic Micelle Microporous Mesoporous Macroporous

СХЕМЫ МЕТОДИК СИНТЕЗА 1 D НАНОМАТЕРИАЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ МАТРИЦ, ИМЕЮЩИХ РЕЛЬЕФ A - ПУТЕМ ВАКУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ , B - ПРЕЦИЗИОННОГО ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ C - НАНЕСЕНИЯ НА ПОПЕРЕЧНЫЙ СКОЛ МУЛЬТИСЛОЯ, D - СИНТЕЗА НА ПОВЕРХНОСТИ КРИСТАЛЛОВ В ОБЛАСТЯХ СТУПЕНЕЙ ИХ РОСТА

СХЕМА СИНТЕЗА НАНОТРУБОК H 4 Si. W 12 O 40 Для синтеза поверхность волокна СА последовательно и многократно по методике “слой-за-слоем” обрабатывают растворами РАН и H 4 Si. W 12 O 40, затем волокно удаляют прогревом в атм. кислорода CA-ЦЕЛЛЮЛОЗА АЦЕТАТ, POM - H 4 Si. W 12 O 40

СХЕМА СИНТЕЗА МАКРОПОРИСТЫХ МЕТАЛЛ-ОКСИДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЛОЕВ, СИНТЕЗИРОВАННЫХ МЕТОДОМ ИКН НА ПОВЕРХНОСТИ СФЕР ИЗ ЛАТЕКСА

СХЕМА СИНТЕЗА МАКРОПОРИСТОГО НАНОКОМПОЗИТА Cd. S-Si. O 2 СЭМ изображения синтезированного нанокомпозита, полученные при различных увеличениях Yan-Bo Zhang, Hua-Feng Shao и др. , Journal of Solid State Chemistry 177 (2004) 3675–

ПРИМЕР ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ СИНТЕЗА ПОЛЫХ НАНОЧАСТИЦ Cd. Se ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ, ПОЛУЧЕННОЙ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ МОНОМЕРА Водный раствор 2 М мономера акриламида, 0, 1 М Na 2 Se. SO 3 и Cd. SO 4 облучали при комнатной температуре в течение 2 часов излучением ртутной лампы высокого давления с λ = 365 нм. В растворе формировались наночастицы полимера, на поверхности которых осаждались наночастицы Cd. Se. После растворения матрицы в горячей дистиллированной воде и спирте получали полые наночастицы Cd. Se, изображение которых показано на рисунке. ТЭМ изображение синтезированного продукта Xu Zhang, Yi Xie, Fen Xu, и др. Inorganic Chemistry Communications 7 (2004) 417– 419

СИНТЕЗ НАНОТРУБОК ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ МН НА ПОВЕРХНОСТИ МЕМБРАНЫ ИЗ ПОЛИКАРБОНАТА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ЕЕ РАСТВОРЕНИЕМ Слои Zr. O 2 были синтезированы с использованием в качестве реагентов тетрабутоксициркония и воды, а слои Ti. O 2 - тетраизопропоксититана и воды А- Изображения мембраны ПК и нанотрубок Zr. O 2, полученные методом СЭМ, B- Изображение нанотрубки Zr. O 2, полученное методом ПЭМ, С- Результат исследования нанотрубки Zr. O 2 методом дифракции электронов, D- Изображение нанотрубок Al 2 O 3, полученные методом СЭМ, E, F - Изображения нанотрубок Al 2 O 3, полученные методом ПЭМ

СЛОЙ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, ПОЛУЧЕННЫЙ ЕГО АНОДИРОВАНИЕМ, КАК ТЕМПЛАТ ДЛЯ СИНТЕЗА НАНОТРУБОК И НАНОПРОВОЛОК Схема процесса анодирования Al Изображение слоя анодированного оксида алюминия, полученное методом СЭМ. Анодирование Al проведено в растворе 0, 3 М (COOH)2 при температуре 1 град. С.

НАНОТРУБКИ КОМПОЗИТА Co-PS, СИНТЕЗИРУЕМЫЕ В МАТРИЦЕ СЛОЯ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО АНОДИРОВАНИЕМ АЛЮМИНИЯ КАК ПОКАЗАНО НА РИС. (а) ПОРЫ В АНОДНОМ Al 2 O 3 ИМЕЮТ РАЗМЕР ПОРЯДКА 200 -300 НМ. ЕСЛИ НА СТЕНКИ ПОР НАНЕСТИ МЕТАЛЛ ИЛИ ОКСИД, А ЗАТЕМ РАСТВОРИТЬ МАТРИЦУ Al 2 O 3 В HCl, ТО ОБРАЗУЮТСЯ НАНОТРУБКИ СООТВЕТСТВУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА

ПРИМЕР СИНТЕЗА В МАТРИЦЕ СЛОЯ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ НАНОТРУБОК Si. O 2 И НАНОПРОВОЛОК Au-Si. O 2 Слой Si. O 2 получали методом МН с использованием растворов Si. Cl 4 и H 2 O в CCl 4

НАНОТРУБКИ И НАНОВОЛОКНА, СИНТЕЗИРОВАННЫЕ ПУТЕМ ЗАПОЛНЕНИЯ ПОРИСТЫХ МЕМБРАН ИЗ АНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ КОЛЛОИДНЫМИ РАСТВОРАМИ СООТВЕТСТВУЮЩИХ ОКСИДОВ Время обработки мембраны в золе Ti. O 2 в течение 5 (А), 25 (В) и 60 (С) сек Золь Mn. O 2 был получен смешив. 100 мл воды, 0, 7 г фумариновой кты, 3, 8 г KMn. O 4 и 2 мл 2, 5 М H 2 SO 4 Золь Ti. O 2 в этил. спирте был получен смешив. 50 мл 10 % Ti(C 3 H 8 Oiso)4, 0, 5 мл H 2 O и 0, 5 мл 0, 1 М HCl Золь Co 3 O 4 был получен гидролизом 0, 3 m. M раствора Co(NO 3)2 и 0, 05 m. M раствора лимонной к-ты

СИНТЕЗ ИНВЕРСНЫХ ОПАЛОВ, СОСТОЯЩИХ ИЗ МЕТАЛЛОВ Последовательность синтеза: - функционализация поверхности Si. O 2 группами MPTMS, - обработка коллоидным раствором Au в толуоле с целью создания на поверхности зародышей последующего роста слоя металла, - обработка раствором, содержащим соль металла и восстановитель, - растворение матрицы Si. O 2 a, d - медь, b - серебро, с - никель Как следует из схемы, коллоидный кристалл помещали в коллоидный раствор Au в толуоле и высушивали на воздухе. В результате такой обработки на поверхности формировались коллоидные частицы Au, которые являлись зародышами роста металла на стадии металлизации образца. После растворения матрицы Si. O 2 наблюдалось образование макропористого слоя металла.

Слои Ti. O 2 и Zn. S, синтезированные методом МН на поверхности опала - коллоидного кристалла Si. O 2 Если на поверхности наночастиц Si. O 2 опала синтезировать методом МН с использованием Ti. Cl 4 и H 2 O слой Ti. O 2 и затем растворить матрицу Si. O 2, то образуется инверсный опал на основе Ti. O 2, изображение внутренней поверхности которого показано на снимках Ph. D Tesis, Georgia Inst. of Techn. , 2004 РАЗМЕР НАНОЧАСТИЦ Si. O 2 РАВЕН 433 НМ

СХЕМЫ СИНТЕЗА МАКРОПОРИСТЫХ МЕТАЛЛ-ОКСИДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТРИЦ ИЗ ЧАСТИЦ ЛАТЕКСА Путем нанесения золь-гель методом слоя оксида металла на поверхность частиц латекса, образующих 3 D матрицу Путем совместного осаждения наночастиц оксида и микросфер латекса

ИЗОБРАЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НАНОЧАСТИЦ ИНВЕРСНОГО ОПАЛА НА ОСНОВЕ Ti. O 2, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ СЭМ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УВЕЛИЧЕНИЯХ Ph. D. Tesis

ИЗОБРАЖЕНИЕ, ПОЛУЧЕННОЕ МЕТОДОМ СЭМ, ИНВЕРСНОГО ОПАЛА СО СТЕНКАМИ, СОСТОЯЩИМИ ИЗ СЛОЕВ Zn. S И Ti. O 2, СИНТЕЗИРОВАННЫМИ МЕТОДОМ МН, КАЖДЫЙ ИЗ КОТОРЫХ ИМЕЕТ ТОЛЩИНУ 10 НМ Ph. D Tesis, Georgia Inst. of Techn. , 2004

НАНОЧАСТИЦЫ МЕТАЛЛОВ, СИНТЕЗИРУЕМЫЕ В МАТРИЦАХ СЛОИСТЫХ ДВОЙНЫХ ГИДРОКСИДОВ (СДГ) СДГ - M 1, x. M 2(OH)z. n. H 2 O, M 1 - катион M 2+ (Ca, Sr, Ba, Cu, Ni, Co и др. , M 2 - катион M 3+ (Al, Cr, Fe, In, Ga и др. ) Изображение, полученное методом ТЭМ, наночастиц Ni и сплава Co-Ni в матрице Li(Al 2(OH)6(CO 3)x В межплоскостное пространство СДГ могут входить анионы, например Fe. EDTA-, Ni. EDTA 2 - и др. , часть из которых после обработки водородом восстанавливается до наночастиц металлов

СИНТЕЗ МИКРОКАПСУЛ СДГ И П/Э НА ПОВЕРХНОСТИ МИКРОСФЕР ПОЛИСТИРОЛА СДГ -Mgx. Al(OH)y, П/Э -PSS СЛОЙ СДГ-PSS БЫЛ ПОЛУЧЕН НА ПОВЕРХНОСТИ МИКРОСФЕР ПОЛИСТИРОЛА ПОСЛЕ 20 ЦИКЛОВ ИКН A, C, E -ИЗОБРАЖЕНИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ СЭМ. B, D, F - … - МЕТОДОМ ПЭМ, A, B - ИСХОДНЫЕ ОБРАЗЦЫ, С, D - ПОСЛЕ УДАЛЕНИЯ ПОЛИСТИРОЛА ПРОГРЕВОМ НА ВОЗДУХЕ, E, F - ОБРАЗЕЦ С ПОСЛЕ ВЫДЕРЖИВАНИЯ НА ВОЗДУХЕ ПРИ 95 ПРОЦ. ВЛАЖНОСТИ

СПОСОБ СИНТЕЗА СЛОЕВ МЕЗО- И МАКРОПОРИСТОГО ЗОЛОТА