ЛЕКЦИЯ 1

1. Понятие прекурсора, возможные преимущества, требования к прекурсорам.

Прекурсоры – мономерные илиполимерные соединения – так же как и композиты, смеси содержащие все элементы конечного продукта и способные в результате определенного технологического процесса превращаться в конечный продукт.

Преимущества: 1) Получение нановолокон, пленочных материалов.

2) Получение нанокомпозитов;

3) синтез связующих;

Требования к прекурсорам и стартовым реагентам:

• Недорогие стартовые материалы и относительно простые методы синтеза прекурсоров.

• Прекурсоры должны быть относительно стабильны при нормальных условиях .

• Прекурсоры должны гарантировать высокий выход целевого материала .

• Необходимая и достаточная летучесть и термостабильность в газовой фазе.

• Полупродукты не должны быть токсичны.

Наиболее перспективные прекурсоры и стартовые реагенты:

1.гидриды

2.галогениды

3.металлоорганические и органометаллические сединения, включая координационные

2. Основные принципы – стадии подхода к выбору и дизайну прекурсоров – мос с молекулярным строением.

Синтез: 1.выбор и дизайн прекурсоров.

2.выбор оптим. технолог. путей превращения прекурсоров в целевые н/размерные продукты

Другие важные стадии: 1.предотвращение агрегации наночастиц

2.превращение наночастиц в целевые наноструктурированные материалы

Дизайн прекурсоров с молекулярным строением для газофазного синтеза наноматериалов

1. Для соединений с известным молекулярным строением определяются число и типы возможных межмолекулярных контактов в газовой и конденсированной фазах, степень заполнения координационной сферы центрального атома или иных атомов или фрагментов молекулы.

2. Конструируются прекурсоры-соединения с неизвестным строением и устанавливаются число и типы межмолекулярных контактов.

3. Выполняется термодинамический анализ возможных термических и химических превращений прекурсоров.

4. Определяются термохимические параметры, гидролитическая активность, летучесть и химические свойства потенциальных прекурсоров.

5. Суммируются, анализируются и взаимосвязываются экспериментальные данные по парообразованию соединений различных классов.

6. Выбираются наиболее перспективные стартовые реагенты

7. Синтезируются новые наноматериалы.

3. Типы прекурсоров, примеры реакций синтеза наноматериалов.

Наиболее перспективные прекурсоры и стартовые реагенты:

1.Гидриды

2.Галогениды

3.Металлоорганические и органометаллические соединения, включая координационные.

Галогениды металлов восстанавливаются водородом до металла с образованием соединения галогенов с водородом, а корбонилы с помощью реакции пиролиза разлагают на металл и окись углерода.

Для получения наночастиц железа испарением пентакарбонила железа, Fe(CO)5 в токе СО с последующим разложением при температурах 200-600 градусов. Размер и фазовый состав формируемых наночастиц определяется температурой синтеза и скоростью подачи прекурсора и расхода газа-носителя.

Основные типы химических реакций, используемых в методе CVD.

Реакции термическогоразложения (термолиза)	Примеры
Разложение галогенидовметаллов	WF6(g) W(s) + 3F2(g) TiI4(g) Ti(s) + 2I2(g)
Разложение гидридов	SiH4(g) Si(s)+2H2(g) B H (g) 2B(s) + 3H2(g)
Реакции восстановления
восстановление галогенидов водородом	WF6(g) + 3H2(g) W(s) + 6HF(g) SiCl4(g) + 2H2(g) Si(s) + 4HCl(g) Ni(C5H5)2 +H2 Ni + 2C5H6
восстановление галогенидов металлом	TiI4(g) + 2Zn(s) Ti(s) + 2ZnI2(g) TiCl4(g) + 2Mg(s) Ti(s) + 2MgCl2(g)

Одним из наиболее важных промышленных процессов является осаждение высокочистого кремния по реакции SiCl₄ + 2H₂ = Si + 4HCl .

Интересный пример CVD-выращивания пленок висмутсодержащих сверхпроводников был реализован с применением летучих галогенидов — BiCl₃, CuI, CaI₂, SrI₂ , нагреваемых в потоке инертного газа-носителя:

2 BiCl₃ + 2 CaI₂ + SrI₂ + 2 CuI + 9 H₂O = Bi₂Ca₂SrCu₂O₉ + 8 HI + 6 HCl + 2 H₂.