Химиялық конденсациялық әдістер. Химиялық әдістерді қолданып, құрамы және өлшемдері белгілі бөлшектерді химиялық реакция арқылы алуға болады.
Ерімейтін заттарды алу үшін жүргізілетін химиялық реакциялар. Бұл әдісті коллоидтық ерітінділерді (зольдерді) алу үшін кеңінен қолданады. Алғаш рет осы әдісті өлшемдері 5-20 нм болатын коллоидтық алтынның нанобөлшектерін алу үшін М.Фарадей қолданған. Әдістің мәні келесіде: ерімейтін заттың түзілуіне әкелетін химиялық реакцияның нәтижесінде ерітінді жаңа фазаның туынтегі пайда болуына жеткілікті аса қанығу жағдайына жетеді. Мұндай реакциялар – тотығу-тотықсыздану, алмасу, гидролиз. Мысал ретінде алтын золінің түзілу реакциясын келтіруге болады:
HAuCl4 + 2K2CO3 + H2O = Au(OH)3↓ + CO2↑ + 4KCl
2Au(OH)3 + K2CO3 = 2KAuO2 + 3H2O + CO2↑
2KAuO2 + 3HCOH + K2CO3 = 2Au↓+ 3HCOOK + KHCO3 + H2O.
Басқа мысалдар – берлин көгілдірінің коллоидтық ерітіндісі мен темір гидроксиді золін алу:
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3↓+ 12KCl
FeCl3 + 3H2O ↔ Fe(OH)3↓ + 3HCl
Алынатын бөлшектердің өлшемдері дисперсті жүйені алу жағдайына, дәлірек айтқанда – бір уақытта жүретін жаңа фазаның түзілу мен өсу жылдамдықтарының қатынасына байланысты. Жоғары дисперстік бөлшектерді алу үшін жаңа фазаның түзілу жылдамдығы оның өсу жылдамдығынан үлкен болу керек. Бір компоненттің концентрлі ерітіндісін екінші компоненттің сұйытылған ерітіндісіне араластыра отырып құйса, осы шарт орындалады.
Гидротермалды синтез – қазіргі замандағы бейорганикалық дисперстік бөлшектерді алудың тиімді тәсілі. Бұл әдісте химиялық реакциялар сулы ерітінділерде р>1 атм қысым мен 1000C-тан жоғары температурада жүргізіледі. Гидротермалды жағдайда, яғни қысым мен температураның үлкен мәндерінде көптеген бейорганикалық заттар: силикаттар, сульфидтер, фосфаттар, оксидтер ериді. Сумен қатар ерітікіш ретінде қышқылдардың, негіздердің, оксидтердің сулы ерітінділері қолданылады.
Гидротермалды синтез барысында бастапқы компоненттердің қоспасы олардың еру температурасына дейін қыздырылады. Компоненттер әрекеттесіп, реакция өнімі түзіледі. Гидротермалды синтез оксидтер, сульфаттар, ферриттердің және тағы басқа бейорганикалық заттардың дисперстік бөлшектерін және нанобөлшектерін алу үшін қолайлы.
Органикалық дисперстік бөлшектерді алу үшін судың орнына органикалық ерітікіштерді алады. Органикалық заттар үшін бұл әдіс сольвотермалды синтез деп аталады.
Гидротермалды аралас әдістерді де қолданады. Аралас гидротермалды-микротолқынды әдісте қыздыру жылдамдығын тиімді өсіруге болады. Осыған байланысты гидротермалды-микротолқынды тәсілді керамикалық оксидтер мен ферриттерді алуда пайдаланады.
Тағы бір аралас әдіс – гидротермалды-электрхимиялық синтез, мұнда сілті ерітіндісінде металл электролизі жүргізіледі. Бұл тәсіл тұздардың жұқа қабыршықтарын алу үшін тиімді.
Гидротермалды синтездің маңызды бағыты – нанотүтікшелерді алу.
Дисперстік бөлшектерді микрореакторларда алу. Көптеген технологиялық үрдістерде (мысалы, микроэлектрони-када) бөлшектер монодисперсті болғаны маңызды. Бұл мәселені шешу үшін химиялық синтезді шектеулі көлемде – микрореакторда жүргізеді.
Өлшемдері бірнеше нанометрді құрайтын микрореактор-лар нанореакторлар деп аталып, қолданыстағы нанореакторлардың негізгі типтері дисперсті жүйелер болып табылады:
микроэмульсиялар;
мицеллалық жүйелер;
жіңішке кеуекті денелер (мысалы, цеолиттер).
Мысал ретінде микроэмульсиялық нанореакторда дисперстік бөлшектердің алынуын қарастырайық.
Микроэмульсиялар – сұйық, мөлдір (немесе әлсіз опалесценцияланатын) ұсақ дисперсті термодинамикалық тұрақты жүйелер. Микроэмульсиялар тура және кері болады. Тура эмульсияларда дисперстік фазаны «май» микротамшылары, ал кері микроэмульсияларда – су микротамшылары құрайды. Микроэмульсияның алу жолына және тұрақтандырғыштың (беттік-активті заттың) табиғатына қарай су тамшыларының өлшемдерін 1-100 нм аралығында өзгертуге болады. Микротамшыда жаңа фаза түзіліп, бөлшектің түрі мен өлшемдері тамшының түрі мен өлшемдерін қайталайды.
Мицеллалық жүйелердегі ультрадисперстік бөлшектерді алу тәсілі темпланттық синтез деп жиі аталады. Бұл тәсілдің артықшылығы – беттік-активті зат ерітіндісінің концентрациясына қарай мицеллалар әртүрлі: сфералық, цилиндрлік, пластиналық, – түрде болады. Сондықтан темплантты синтез арқылы сфералық нанобөлшектермен қатар наноталшықтар алынады. Тәсілдің тағы бір артықшылығы – синтез аяқталғаннан кейін бөлшекті беттік-активті заттан оңай тазартып алуға болады.
Достарыңызбен бөлісу: |
