Попова, Анна Николаевна. Синтез и физико-химические свойства наноразмерных систем Fe-Co и Fe-Ni

brief description

Попова, Анна Николаевна. Синтез и физико-химические свойства наноразмерных систем Fe-Co и Fe-Ni : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Попова Анна Николаевна; [Место защиты: Кемер. гос. ун-т].- Кемерово, 2011.- 187 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-2/323

ГОУ ВПО «КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ УТЛ 1-ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ СО РАН
з
ПОПОВА АННА НИКОЛАЕВНА
СИНТЕЗ И НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НА-
НОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ Fe-Co И Fe-Ni
02.00.04 — Физическая химия
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Научный руководитель: член-корр. РАН, доктор химических наук, профессор Захаров Ю.А.
Научный консультант: кандидат химических наук, доцент Пугачев В.М.
Кемерово 2011 
СОДЕРЖАНИЕ v-
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 15
1.1. Обзор способов получения НРП металлов 15
1.1.1. Получение НРП восстановлением солей металлов из растворов 23
1.2. Свойства наноразмерных металлических порошков 29
1.3. Фазовые состояния систем Fe-Ni и Fe-Co 40
1.3.1. Основные параметры твёрдых растворов 40
1.3.2. Фазовые состояния системы Fe-Ni 43
1.3.3. Фазовые состояния системы Fe-Co 45
1.4. Свойства магнитных НРП 47
1.5. Способы применения НРП 56
1.6. Выбор обоснованного оптимального варианта направления
исследований для решения поставленных задач 58
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 60
2.1. Исходные материалы 60
2.2. Получение НРП железо-никель, железо-кобальт 60
2.3. Методы исследования 61
2.3.1. Рентгенографические исследования 64
2.3.1.1. Рентгенографический метод малоуглового рассеяния 65
2.3.1.2. Рентгенодифракционный метод на дальних углах 66
Рентгенофазовый анализ 66
Рентгеноструктурный анализ 68
2.3.2. Метод растровой электронной микроскопии 69
2.3.3. Метод анализа удельной поверхности 70
2.3.4. Термогравиметрический анализ 72
2.3.5. Магнитометрический метод анализа 73
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ НРП Fe-Ni И Fe-Co С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ 74
3.1. Синнтез НРП Fe-Ni и Fe-Co 74
3.2. Образование оксидно-гидроксидных фаз при синтезе и их роль 80
3.3. Фазовый состав и структурные особенности наноразмерных
порошков Fe-Ni и Fe-Co 92
3.3.1. Система железо-кобальт 93
3.3.2. Система железо-никель 97
3.4. Влияние времени хранения и температуры на фазовый состав наноразмерных систем Fe-Co и Fe-Ni 102
3.4.1. Фазовый состав систем при хранении 102
3.4.2. Трансформации в системах железо-кобальт и железо-никель при
термическом воздействии на воздухе 110
3.4.2.1. Система железо-кобальт с большим содержанием кобальта. 113
3.4.2.2. Система железо-кобальт с большим содержанием железа.... 117 3.4.3. Трансформации в системах железо-кобальт и железо-никель при
термическом воздействии в вакууме 120
3.4.3.1. Особенности поведения системы Fe-Co 120
3.4.3.2. Особенности поведения системы Fe-Ni 125
3.5. Фазовые портреты наноразмерных систем Fe-Co и Fe-Ni 130
ГЛАВА 4. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НРП Fe- Co и Fe-Ni 141
4.1. Исследование дисперсности НРП 141
4.1.1. Исследование дисперсности методом МУР 141
4.1.2. Исследование дисперсности методом БЭТ 143
4.2. Влияние состава НРП на их плотность 145
4.2.1. Зависимость пикнометрической плотности НРП от их состава 145
4.2.2. Пористость 149
4.3. Особенности морфологии НРП Fe-Co и Fe-Ni 151
4.4. Термостимулируемые процессы на поверхности НРП Fe-Co и Fe-Ni
156
4.5. Магнитные свойства НРП Fe-Co и Fe-Ni 162
ВЫВОДЫ 168
ЛИТЕРАТУРА 170

bibliography

ВЫВОДЫ
1. На основании изучения закономерностей синтеза наноразмерных по-рошков Fe-Co и Fe-Ni восстановлением гидразингидратом водных растворов солей металлов в щелочной среде, в том числе стадийности процессов, соста-вов и структур промежуточных (гидроксиды и смешанные гидроксиды ме-таллов), побочных (трудно восстанавливаемые оксидно-гидроксидные фазы и шпинели) и целевых продуктов определены оптимальные условия получе¬ния рентгенографически чистых наноразмерных биметаллических порошков и разработана учитывающая установленные стадии процесса схема синтеза.
2. В результате исследования фазовых составов систем определены ус-ловия образования и границы гомогенности НТРМ Fe-Co и Fe-Ni, а также по-строены фазовые портреты НРМ Fe-Co и Fe-Ni в области температур вблизи нормальных и выявлены некоторые их особенности в сравнении с фазовыми диаграммами состояния массивных систем:
а) термодинамические состояния систем в силу их энергонасыщенно¬сти соответствуют более высоким температурам (500 - 700 К) на фазовых диаграммах, чем температуры их получения (350 — 360 К); для характеристи¬ки этих состояний введено понятие «эффективных» повышенных темпера¬тур;
б) обнаружены отклонения концентрационных пределов взаимной рас-творимости металлов от их положения на равновесных диаграммах состоя¬ния - как результат высокой скорости и неравновесности процесса восста-новления;
в) установлены области двухфазности системы Fe-Co для составов мо-нофазных на обычной диаграмме состояния - как следствие двухфазности наноразмерного кобальта и особенностей способа получения НРМ.
3. Установлена качественно подобная для частиц Fe-Co и Fe-Ni трех-уровневая морфология: кристаллиты (5 — 30 нм) — сложенные из них ком-пактные, не разрушаемые ультразвуком сфероподобные агломераты (60 - 200 нм) - составленные из них относительно крупные, разнообразные по форме (зависящей от состава) рыхлые агломераты. Дисперсная структура и состав частиц при длительном хранении в нормальных условиях (2-3 года) изменяются незначительно.
4. В качестве поверхностных нанообразований на частицах металлов обнаружены оксиды, оксидно-гидроксидные фазы и карбонаты, температуры их разложения существенно ниже, чем у массивных веществ. Также на по-верхности имеются сорбированные физически вода, углекислый газ и кисло-род.
Показано, что НРП Fe-Co и Fe-Ni являются слабыми магнитотвер¬дыми материалами; величины намагниченности насыщения в относительно слабых полях превышают известные для массивных и полученных иными способами наноразмерных систем аналогичных составов на 10 - 15%