Получение наноматериалов электрохимическими методами

Принцип метода электроосаждения заключается в пропускании постоянного тока через водные растворы солей в процессе осаждения из них металлического порошка.

Сущность метода в том, что катод и анод, которые, как правило, имеют форму пластины, погружают в специально подобранный электролит.Для обеспечения чистоты конечного продукта в качестве анода лучше использовать тот же металл, что и осаждаемый.Однако по технологическим причинам это не всегда возможно. По этой причине, при производстве медного порошка применяют анод из алюминия, а при получении железного порошка — из молибдена или хромоникелевого сплава. Кроме того, к материалу анода предъявляются требования по высокой кислотостойкости и небольшому сопротивлению. В свою очередь, дисперсность получаемого порошка зависит от качества и шероховатости катода.

В ходе процесса электролиза около анода и катода протекает электролитическая реакция, и на катоде выделяется порошок. Осадок с катода периодически удаляется, что необходимо для получения порошка требуемой зернистости и равномерного состава. Виду того, что состав электролита около электродов непрерывно меняется, в ходе процесса осуществляют принудительную циркуляцию электролита в ванне.

После отделения от катода порошок промывают, что осуществляется или в устройстве типа мешалки, или методом центробежного удаления воды. Сушка после промывки для предотвращения окисления, как правило, проводится под вакуумом.

Металлы,осаждающиеся на катоде, в зависимости от условий процесса могут получаться в виде порошка, губки или дендритов, которые легко измельчить небольшим механическим воздействием. Электролизные порошки хорошо прессуются, что важно при производстве изделий.

В настоящее время используется несколько разновидностей метола электролитического осаждения.

Электрофлотационный способ получения дисперсных порошков заключается в кристаллизации металлов в двухслойной ванне при обязательном присутствии в органическом слое поверхностно-активных веществ. Получаемые дисперсные порошки имеют иглообразную или палочкообразную форму (Fe,Со) и используются при производстве постоянных магнитов имагнитных лаков.

В способе электролиза расплава солей процесс ведется присравнительно высоких температурах. В качестве электролита используются соли металлов. Этим методом можно получить нанопорошки Fe,Ni, Cr, Ag, Th. Nb, Ti, Zr, Be.

Получение нанопорошков возможно также способом жидкометаллического катода. В этом случае в качестве катода используется жидкий металл, в котором осаждается металлический порошок. Как правило, для катода

используется ртуть. Процесс проводится в растворе какой-либо неорганической кислоты. Этим методом можно получать порошки Fe, Со, Zr или сплавов, например Fe-Co. Форма частиц преимущественно дендритная (10-20 нм). Данные порошки используются главным образом дня магнитов.

Способ электрохимического синтеза из расплава заключается в получении химических соединений в жидкой ванне при пропускании электрического тока. Реакции происходят при высоких температурах, что обеспечивает синтезвысокотемпературных модификаций соединений. Основнойпроблемой при осаждении из расплава является исключение захвата синтезируемым порошком компонентов растворителя и побочных соединений. Поэтому для оптимизациикристаллизации процесс проводят при относительно низкойстепени неравновесности. Меняя электрические параметрыпроцесса, можно также влиять на размеры получаемых частиц.

Достоинства:возможность эффективного воздействия на свойства порошка посредством изменения параметров электролиза; рафинирование материала в процессе его получения; высокая производительность.

Недостатки: сравнительно дорог из-за необходимости специального оборудования; характеризуется высокой энергоемкостью; требует подбора реагентов, диссоциирующих в растворителе.