Синтез нанокристаллических двухкомпонентных материалов на основе оксидов циркония и титана
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 3 т.27, 2026 года.
Бесплатный доступ
В космических технологиях довольно широко используются соединения циркония и титана, так как они обладают уникальными свойствами: высокой температурой стеклования и плавления, устойчивостью к агрессивным средам, механической прочностью и способностью выдерживать экстремальные нагрузки. В настоящее время активно развиваются методы синтеза двухкомпонентных композитов на основе оксидов циркония и титана. Такие материалы, в зависимости от соотношения компонентов, обладают широким диапазоном свойств: от фотокаталитических до конструкционных. Известны различные способы получения нанокристаллических материалов на основе оксидов этих металлов. Среди них можно выделить гидротермальный синтез, газофазное осаждение, криохимический и плазмохимический методы, однако все эти подходы объединяет высокая стоимость и технологическая сложность. Существует технология создания инверсных опалов – искусственных фотонных кристаллов, структурно и по оптическим свойствам подобных природному опалу. В этой технологии шаблоны из монодисперсных субмикронных сферических частиц полиметилметакрилата пропитывают коллоидными растворами, которые затем отвердевают в ограниченном пространстве пор размером 20–50 нм. Путем обжига полимерная матрица удаляется, обеспечивая формирование твердого каркаса, по сути, наноразмерных структур. В данной работе по такой технологии получены нанокристаллические материалы комбинированного состава из оксидов циркония и титана с различными соотношениями ZrO2/TiO2. Разработаны составы коллоидных пропиток на основе оксихлорида циркония и тетраэтоксититана, обладающие высокой стабильностью. Проведено исследование морфологии и кристаллической модификации полученных материалов методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Исследовались образцы материалов, прокаленных при 600 и 1000 °C. Показано, что в условиях ограниченной диффузии размер образующихся кристаллов составляет 30–50 нм, а их кристаллическая модификация зависит от температуры прокаливания.
Короткий адрес: https://sciup.org/148334410
IDS: 148334410 | УДК: 544.77.022, 620.187 | DOI: 10.31772/2712-8970-2026-27-3-522-528
Synthesis of nanocrystalline two-component materials based on zirconium and titanium oxides
The unique properties of zirconium and titanium compounds—their high glass transition and melting temperatures, resistance to aggressive environments, mechanical strength, and ability to withstand extreme loads-make them indispensable for space technologies. Researchers are currently intensively developing methods to synthesize two-component composites based on these oxides. Depending on the component ratio, these materials exhibit a broad spectrum of properties, ranging from photocatalytic to structural. Several methods exist for producing nanocrystalline materials based on zirconium and titanium oxides. These include hydrothermal synthesis, chemical vapor deposition, cryochemical, and plasma-enhanced methods. However, high costs and technological complexity characterize all these approaches. The technology of the inverse opals’ synthesis exists. Inverse opals are artificial photonic crystals that mimic the structure and optical properties of natural opal. In the technology, one impregnates templates made of monodisperse submicron spherical polymethyl methacrylate particles with colloidal solutions. These solutions then cure within the confined space of 20–50 nm pores. Firing removes the polymer matrix, allowing researchers to form a solid, nanoscale framework. In this study, we propose this technology for producing nanocrystalline materials of combined composition from zirconium and titanium oxides with varying ZrO2/TiO2 ratios. We have developed highly stable colloidal impregnation compositions based on zirconium oxychloride and tetraethoxytitanium. Using scanning and transmission electron microscopy, we studied the morphology and crystalline modification of the resulting materials and examined samples calcined at 600 and 1000 °C. We have shown that under conditions of limited diffusion, the resulting crystals measure 30–50 nm, and their crystalline modification depends on the calcination temperature.
