Нанокристаллы

Нанокристаллы
Выполнил: Чулков.З.В.
Группа М-101.
Научный руководитель: доцент
Кузнецова Ирина Владимировна.
Нанокристаллы
Содержание
Что такое нанокристалл?
Свойства нанокристаллов
Где используются нанокристаллы?
Получение нанокристаллов
Примеры нанокристаллов
Нанокристаллы
Нанокристалл - отдельный
однородный кристалл, имеющий
непрерывную кристаллическую
решётку и характеризующийся
анизотропией свойств. Внешняя
форма нанокристалла обусловлена
его атомно-кристаллической
структурой и условиями
кристаллизации.
К содержанию
Нанокристаллы
Нанокристаллы ценны как материал,
обладающий особыми физическими
свойствами. Например, алмаз и
боразон предельно тверды, флюорит
прозрачен для широкого диапазона
длин волн. Нанокристаллы способны
менять свои свойства под влиянием
внешних воздействий (света,
механических напряжений,
электрических и магнитного полей,
радиации, температуры, давления).
К содержанию
Нанокристаллы
Изделия и элементы, изготовленные из
нанокристаллов, применяются в качестве
различных преобразователей в
радиоэлектронике, квантовой электронике,
акустике, вычислительной технике.
Первоначально в технике использовались
природные нанокристаллы, однако их запасы
ограничены, а качество не всегда достаточно
высоко. В то же время многие ценные свойства
были найдены только у синтетических
кристаллов. Поэтому появилась необходимость
искусственного выращивания.
К содержанию
Нанокристаллы
Известны следующие методы
выращивания нанокристаллов. из
расплава: а) Стокбаргера; б) Чохральского;
в) Вернейля; г) зонной плавки. В методе
Стокбаргера тигель с расплавом
перемещают вдоль печи в вертикальном
направлении со скоростью 1—20 мм/ч .
Температура в плоскости диафрагмы
поддерживается равной температуре
кристаллизации вещества.
К содержанию
Нанокристаллы
К содержанию
Так как тигель имеет коническое дно, то при
его медленном опускании расплав в конусе
оказывается при температуре ниже
температуры кристаллизации, и в нём
происходит образование (зарождение)
мельчайших кристалликов, из которых в
дальнейшем благодаря геометрическому
отбору выживает лишь один. Отбор связан
главным образом с анизотропией скоростей
роста граней нанокристаллов. Этот метод
широко используется в промышленном
производстве крупных нанокристаллов:
флюорита, фтористого лития, сернистого
кадмия и др.
Нанокристаллы
В методе Чохральского нанокристалл медленно
вытягивается из расплава. Скорость вытягивания
1—20 мм/ч. Метод позволяет получать
нанокристалл заданной кристаллографической
ориентации. Метод Чохральского применяется при
выращивании нанокристалла иттриевоалюминиевого граната, ниобата лития и
полупроводниковых нанокристаллов. А. В.
Степанов создал на основе этого метода способ
для выращивания нанокристаллов с сечением
заданной формы, который используется для
производства полупроводниковых нанокристаллов.
К содержанию
Нанокристаллы
Метод Вернейля бестигельный.
Вещество в виде порошка (размер
частиц 2—100 мкм) из бункера 1 через
кислородно-водородное пламя подаётся
на верхний оплавленный торец
затравочного нанокристалла 2,
медленно опускающегося с помощью
механизма 5. Метод Вернейля —
основной промышленный метод
производства тугоплавких
нанокристаллов: рубина, шпинелей,
рутила и др.
К содержанию
Нанокристаллы
В методе зонной плавки создаётся весьма
ограниченная по ширине область расплава.
Затем благодаря последовательному
проплавлению всего слитка получают
нанокристалл. Метод зонного проплавления
получил широкое распространение в
производстве полупроводниковых
нанокристаллов, а также тугоплавких
металлический нанокристаллов. молибден,
вольфрам и др.
К содержанию
Нанокристаллы
Методы выращивания из раствора включают 3
способа: низкотемпературный (растворители:
вода, спирты, кислоты и др.),
высокотемпературный (растворители:
расплавленные соли и др.) и гидротермальный.
Низкотемпературный кристаллизатор
представляет собой сосуд с раствором 1, в
котором создаётся пересыщение, необходимое
для роста кристаллов 2 путём медленного
снижения температуры, реже испарением
растворителя. Этот метод используется для
получения крупных нанокристаллов: сегнетовой
соли, дигидрофосфата калия, нафталина и др.
К содержанию
Нанокристаллы
Высокотемпературный кристаллизатор
содержит тигель с растворителем и
кристаллизуемым соединением,
помещенный в печь. Кристаллизуемое
соединение выпадает из растворителя при
медленном снижении температуры
(раствор-расплавная кристаллизация).
Метод применяется для получения
нанокристаллов: железоиттриевых
гранатов, слюды, а также различных
полупроводниковых плёнок.
К содержанию
Нанокристаллы
Гидротермальный синтез нанокристаллов основан
на зависимости растворимости вещества в водных
растворах кислот и щелочей от давления и
температуры. Необходимые для образования
нанокристалла концентрация вещества в растворе и
пересыщение создаются за счёт высокого давления
(до 300 Мн/м2 или 3000 кгс/см2) и перепадом
температуры между верхней (T1 ~ 250°C) и нижней
(Т2 ~ 500 °С) частями автоклава. Перенос вещества
осуществляется конвективным перемешиванием.
Гидротермальный синтез является основным
процессом производства нанокристалла кварца.
К содержанию
Нанокристаллы
Примерами природных нанокристаллов
могут служить нанокристаллы кварца,
каменной соли, исландского шпата,
алмаза, топаза.
К содержанию