Нанотехнологии и наноматериалы. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
By hydrogen reduction from a-FeOOH hydroxide compound under isothermal conditions
Статья научная
In this work, the process of obtaining magnetite nanopowder Fe3O4 by hydrogen reduction from α-FeOOH hydroxide compound under isothermal conditions was studied. The α-FeOOH nanopowder was prepared in advance by chemical precipitation from aqueous solutions of iron nitrate Fe(NO3)3 (10 wt. %) and alkali NaOH (10 wt. %) at room temperature, pH = 11, under the condition of continuous stirring. The hydrogen reduction process of α-FeOOH powder under isothermal conditions was carried out in a tube furnace in the temperature range from 310 to 375 °С. The study of the crystal structure and phase composition of the powder samples was performed by XRD phase analysis. The specific surface area S of the samples was measured using BET method by low-temperature nitrogen adsorption. The average particle size D of powders was calculated using the data of measuring the specific surface area S. The size and morphology characteristics of the particles were investigated by scanning and transmission electron microscopy method. The calculation of the kinetic parameters of the process of obtaining the Fe3O4 nanopowder under isothermal conditions was carried out using the Gray-Weddington model and the Arrhenius equation. It was found that the reduction process of the α-FeOOH nanopowder begins to accelerate strongly in the temperature range from 340 to 375 °С. The reduction rate constant at 375 °С is about 2 times that of the reduction at 310 °С. The value of the activation energy for the process of obtaining Fe3O4 nanopowder under isothermal conditions was ~ 36 kJ/mol, which indicates a mixed mode of limiting the kinetics of the process. It has been shown that the time-temperature regime of the reduction of the α-FeOOH hydroxide compound with holding at 340 °С for 3 h makes it possible to obtain a nanosized magnetite powder Fe3O4 with high purity at an increased rate of the process. The obtained Fe3O4 nanoparticles have a crystalline structure and generally have a polygonal or irregular shape, the size of which ranges from 30-80 nm with an average value of 65 nm, each of them being connected to several neighboring particles by isthmuses.
Бесплатно
Статья научная
Разработка современной технологии производства заготовок из наноструктурных материалов является актуальным направлением научных исследований в области повышения механических свойств коммерчески чистого титана. Наиболее перспективной областью, где возможно использование уникальных свойств легированных марок титана, является современная медицина и имплантология. На данном этапе развития науки необходим поиск более надежных материалов для изготовления имплантов, протезов и новых технологических устройств, заменяющих утраченные органы и конечности. Сейчас для этого используют легкие и прочные титановые сплавы. Однако до сих пор не найдено решение оптимального соотношения экономической эффективности производства высокотехнологичных заготовок и высоких требований к качеству материалов и эксплуатационным свойствам изделий. Поэтому выбор способа технологии штамповки представляется важным. Современная экономическая ситуация способствует более быстрой смене номенклатуры и сокращению размера партии готовых изделий. Для повышения эффективности производства и сокращения количества стадий технологического процесса и оборудования, в частности, дорогостоящей штамповой оснастки, часто применяют комбинированные процессы штамповки, а именно, методы холодной объемной штамповки. Экономическая рентабельность партии изделий для холодного объемного выдавливания в зависимости от технологичности изделия и стойкости штампов определяется в 3000-10 000 шт. Однако в отдельных случаях может быть экономична и партия в 500 шт.
Бесплатно
Особенности кристаллизации и формирования магнитных свойств аморфных сплавов при нагреве
Статья научная
Изучены структура и комплекс магнитных характеристик магнитопроводов размером 25 x 15 x 10 мм и массой от 18 до 22 г из аморфной ленты толщиной от 20 до 30 мкм сплавов на основе железа и кобальта. Показано, что процесс кристаллизации при непрерывном нагреве всех аморфных сплавов протекает в две стадии в близких температурных интервалах 500…600 и 650…750 °C. Кристаллизация аморфной ленты в начале первого интервала, при котором формируется аморфно-нанокристаллическое состояние, приводит к дополнительному улучшению магнитных свойств всех сплавов. Более высокий комплекс магнитных свойств (очень низкая коэрцитивная сила HcM = 0,67 Тл и магнитной проницаемости μmax > 105, низкая степень прямоугольности петли гистерезиса Br/Bmax = 0,4…0,5) формируется у магнитопроводов из аморфной ленты сплава типа Finemet после их отжига при 500…560 °C, когда размеры нанокристаллов составляют 14…15 нм. Повышение температуры нагрева выше оптимальной для каждого сплава вызывает интенсивное развитие кристаллизации, приводит к увеличению размеров образующихся кристаллитов и ухудшает комплекс магнитных свойств. Отжиг магнитопроводов из сплава 5БДСР при температуре окончания первого интервала кристаллизации (590…600 °C) мало влияет на степень кристаллизации, но приводит к увеличению размера кристаллитов, что сопровождается снижением индукции насыщения и ростом коэрцитивной силы.
Бесплатно
Синтез наноматериалов с использованием пав
Статья научная
Рассмотрены методы синтеза наноматериалов с применением поверхностно-активных веществ. Приведен краткий анализ и классификация ПАВ. Одним из методов является синтез нанопористых трехмерно упорядоченных оксидных, халькогенидных или металлических наноматериалов в структуре лиотропных жидких кристаллов, формирующихся в высококонцентрированных водных растворах ПАВ. Отмечена пионерская работа 1992 г. по созданию первого мезопористого силикатного материала, послужившая инициатором широкой волны исследований в этой области. Другим методом является использование обратных мицелл ПАВ в углеводородных средах, что позволяет проводить реакции в объеме микрокапель растворов реагирующих компонентов и тем самым уменьшать размер образующихся наночастиц. Для целенаправленного использования ПАВ необходимо знание двойных и тройных диаграмм состояния вода - ПАВ и вода - масло - ПАВ, которые строятся согласно классическим представлениям физической химии о равновесии в двух- и многокомпонентных системах. В обзоре приведены наиболее подробно охарактеризованные двойные и тройные диаграммы состояния, имеющие значение для матричного синтеза. Обсуждены методы исследования диаграмм состояния. Затронуты также близко родственные системы на основе блок-сополимеров, ряд которых также может быть рассмотрен как высокомолекулярные ПАВ. Отдельно рассмотрены оксидные и оксигидроксидные наноматериалы, включающие соединения Si, Al, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mn, W, Sn, Ce и смешанных материалов, с матрицей из SiO2, на которую нанесено некоторое количество оксида другого металла: Al, V, Cr, Fe, Zr, Mo, Ni, либо металлические частицы катализаторов: Ag, Pt или Pd, полученные с применением ПАВ в процессе осаждения неорганической фазы. Приведены примеры наиболее упорядоченных мезопористых наноматериалов, образующих трехмерно периодические структуры с открытой пористостью. Предложены пути дальнейшего развития метода матричного синтеза наноматериалов с использованием ПАВ.
Бесплатно
