А.П. ИЛЬИН, В.В. АН, Г.В. ЯБЛУНОВСКИЙ

УДК 539.2(06) Ультрадисперсные (нано-) материалы
А.П. ИЛЬИН, В.В. АН, Г.В. ЯБЛУНОВСКИЙ
Государственное научное учреждение «Научно-исследовательский институт
высоких напряжений при Томском политехническом университете»
МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ
В НАНОПОРОШКАХ
В работе приведены результаты по определению избыточной энергии,
запасенной в нанопорошках, полученных электрическим взрывом проводников,
методами дифференциального термического анализа и растворной калориметрии.
Наличие избыточной энергии и ее количественная оценка является
одной из проблем в области наночастиц и нанопорошков [1, 2]. При этом
необходимо различать размерный фактор – запасание энергии
нанопорошками за счет энергии большой поверхности. Это вид
запасенной энергии характерен для кластеров (диаметр сферических
частиц  20 нм). Кластеры – это частицы, находящиеся в равновесии, при
отсутствии контакта с др. частицами или реакционной среды. Именно
самопроизвольный процесс уменьшения поверхности совокупности
кластеров привод к выделению их энергии.
Таблица 1
Результаты термического анализа
Образец нанопорошка
Al(Ni)
Al(B)
Al(M)
Удельная площадь поверхности, м2/г
15,6
12,1
23,2
Масса образца, мг
59,9
54,4
45,5
Температура начала окисления, °С
500
540
440
Степень окисленности нанопорошка
перед 950°С, % мас.
42,6
63,4
61,5
Максимальная скорость окисления, %/с
0,06
0,12
0,14
Избыток энергии, кДж/моль
5,1
5,6
7,2
В работе изучены нанопорошки, состоящие из частиц диаметром 50–
100 нм, для которых энергии поверхности не превышает несколько
кДж/моль. В этом случае запасенная энергии связана с энергонасыщенной
структурой отдельных частиц: они находятся в метастабильном состоянии
[3]. Такое состояние может быть стабилизировано при быстром
220
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 9
УДК 539.2(06) Ультрадисперсные (нано-) материалы
охлаждении плазмой металлов, например, при электрическом взрыве
проводников продукты взрыва от максимальной температуры 10 4 К до
60–25°С охлаждаются со скоростью более 107 К/сек. Энергонасыщенность
электровзрывных нанопорошков связана с наличием двойного
электрического слоя, обладающего большой псевдоемкостью. В работе
представлены экспериментальные результаты изучения электровзрывных
нанопорошков алюминия с помощью дифференциального термического
анализа и растворной калориметрии. В табл. 1 и 2 приведены результаты
эксперимента.
Таблица 2
Результаты растворной калориметрии
Образец
(рабочий газ)
Удельная
площадь
поверхности,
м2/г
Энтальпия
Энтальпия
образования
растворения, Примечание
A12O3, кДж/моль
кДж/моль
НП Al (водород)
7,4
1728,4±6,0
590,3±8.0
0,3H HC1
НП Al (аргон)
6,4
1729,7±2,1
578,4±7.4
0,3H HC1
АСД-4
0,8
1667,7±5,0
510,8±8,3
0,3H HC1
Список литературы
1. Tepper F., Ivanov G., Lerner M. and Davidovich V. Energetic formulations from nanosize
metal powders," in: Proc. Int. Pyrotechn. Seminars. №24. Chicago (1998). Р.519-530.
2. Ильин А.П. Развитие электровзрывной технологии получения нанопорошков в НИИ
высоких напряжений при Томском политехническом университете //Известия ТПУ. 2003.
Т.306. №1. С.133-139.
3. Ilyin A.P. Features of an energetically saturated structure of small metallic particles formed
in strong non-equilibrium conditions. “Fiz. khim. obrab. mater. №4. 93-97 (1997).
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 9
221