Способ синтеза нанокомпозитов ag/c



Способ синтеза нанокомпозитов ag/c
Способ синтеза нанокомпозитов ag/c
Способ синтеза нанокомпозитов ag/c
C01P2004/64 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2686223:

Акционерное общество "Приокский завод цветных металлов" (RU)
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области химии и нанотехнологии. Способ синтеза нанокомпозитов Ag/C включает приготовление совместного раствора полиакрилонитрила (ПАН) и нитрата серебра в диметилформамиде (ДМФА), выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагрев полученного твердого остатка. Приготовление совместного раствора полиакрилонитрила и AgNO3 в диметилформамиде осуществляют при температуре 30-70°С при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил 4,7%, диметилформамид 93,8-94,6%, AgNO3 0,7-1,5%. Выпаривание диметилформамида проводят при 60-80°С. Осуществляют поэтапный инфракрасный нагрев полученного твердого остатка при давлении 10-2-10-3 мм рт.ст. Сначала проводят предварительный нагрев в течение 5-15 минут при 80-200°С со скоростью нагрева не более 50°С/мин. Финальный нагрев проводят в течение 5-15 минут при 80-700°С со скоростью нагрева не более 50°С/мин. Изобретение позволяет упростить получение нанокомпозитов, включающих наночастицы серебра Ag с размером 19-28 нм в углеродной матрице, без использования дополнительных внешних восстановительных агентов. 1 ил., 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области химии и нанотехнологиям синтеза наночастиц металла в составе нанокомпозитов Ag/C на основе полиакрилонитрила.

Известно в настоящее время несколько способов синтеза наночастиц Ag/C. В работе (Khanna P., Singh N., Charan S., Subbarao V.Synthesis and char-acterization of Ag/PVA nanocomposite by chemical reduction method.// Materials Chemistry and Physics. 2005. V. 93. P. 117) синтез углеродной матрицы и наночастиц Ag выполнены отдельно, а затем углеродную матрицу и наночастицы Ag механически смешивают с образованием нанокомпозита.

Однако диспергирование наночастиц Ag в углеродную матрицу не обеспечивает равномерное распределение в связи с агломерацией наночастиц и высокой вязкостью прекурсора углеродной матрицы.

По методике (Viazmitinov, Dmitry & Matyushkin, Lev & Maksimov, Alexander. (2014). Synthesis of core-shell Ag/SiO2 nanoparticles for SPASER structures. Journal of Physics: Conference Series. 541. 012015) был получен водный раствор на основе солей нитрата серебра и боргидрида натрия, содержащий частицы серебра с размерами от 10 до 80 нм. На поверхности наночастиц получали оболочку из SiO2. Процесс создания оболочки проводили следующим образом: Золь металлических наночастиц разбавляли изопропиловым спиртом в объемном соотношении 1/200 в ультразвуковой ванне; Полученный раствор перемешивали в ультразвуковой ванне при 40°С в течение 1 часа; К раствору добавляли водный раствор аммиака; После температурной стабилизации вводили тетраэтоксисилан. Данная методика требует длительной выдержки на этапе создания наночастиц Ag, при этом полученные наночастицы не стабильны во времени до процесса создания оболочек.

Основным недостатком большинства методов синтеза наночастиц Ag является необходимость в отдельной стадии стабилизации наночастиц.

Техническим результатом является упрощенная технология получения нанокомпозита Ag/C в системе AgNO3, полиакрилонитрил (ПАН), происходящая в одном процессе инфракрасного (ИК) нагрева без использования дополнительных внешних восстановителей и сочетающая в себе одновременный синтеза наночастиц Ag размером от 19 до 28 нм и углеродной матрицы, защищающей наночастицы Ag от коалесценции и сохраняющей их свойства на воздухе.

Технический результат достигается следующим образом:

Способ синтеза нанокомпозитов Ag/C, включающий приготовление совместного раствора полиакрилонитрила и AgNo3 в диметилформамиде, выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагрев полученного твердого остатка, отличающийся тем, что приготовление совместного раствора полиакрилонитрил и AgNo3 в диметилформамиде осуществляют при температуре 30-70°С, при следующем соотношении компонентов

Полиакрилонитрил - 4,7%,

Диметилформамида - 93,8-94,6%,

AgNO3 - 0,7-1,5%.

При этом выпаривание диметилформамида проводят при температуре 60-80°С и осуществляют поэтапный инфракрасный нагрев полученного твердого остатка при давлении 10-2-10-3 мм.рт.ст., при котором проводят предварительный нагрев в течение 5-15 минут при температуре 80-200°С со скоростью нагрева не более 50°С/мин, и финальный нагрев в течение 5-15 минут при температуре 80-700°С со скоростью нагрева не более 50°С/мин.

Изобретение поясняется чертежом где на фигуре 1 показаны результаты рентгенофазового анализа образцов нанокомпозитов Ag/C, синтезированных при различных температурах ИК-нагрева 1-80°С, 2-300°С, 3-450°С, 4-700°С.

Использование выбранных определенных исходных компонентов (полиакрилонитрила (ПАН), соединений металла (AgNO3)), условий проведения процесса растворения компонентов и процесса удаления растворителя, ИК-нагрева полученного твердого остатка AgNO3, ПАН при давлении в реакционной камере Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст. Режим температурной обработки можно, условно, разделить на несколько этапов: 1) при температуре Т=80÷200°С, в течение 5÷15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст., скорость нагрева до 50°С/мин; 2) при финальной температуре 80÷700°С в течение 5÷15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст., скорость нагрева до 50°С/мин, в результате чего формируется металлоуглеродный нанокомпозит Ag/C, содержащий наночастицы Ag с размером от 19 до 28 нм.

Для анализа фазового состава нанокомпозита и определения размера наночастиц Ag использован рентгеновский дифрактометр ДРОН-1,5, излучение Cu, графитовый монохроматор, а также Дифрей 401 с Cu-излучением. Средний размер наночастиц Ag рассчитан по результатам РФА из дифрактограмм по уравнению Дебая-Шерера:

где k - константа, равная 0,89; В - полуширина дифракционного угла, соответственного дифракционного максимума; λ=1,54056 - длина волны рентгеновского Cu - излучения, Θ - дифракционный угол, град.

Концентрация полиакрилонитрила в прекурсоре нанокомпозита составляет 4,7%, что определяется вязкостью получаемого раствора, увеличение доли ПАН приводит к росту вязкости и неравномерному распределению AgNO3 в прекурсоре. Концентрация AgNO3 может варьироваться в диапазоне 0,7÷1,5%, увеличение концентрации AgNO3 приводит к росту размеров наночастиц Ag более 100 нм. Концентрация диметилформамида (ДМФА) определяет вязкость раствора, увеличение доли ДМФА приводит к увеличению времени сушки прекурсора, а уменьшение его концентрации - к неравномерному распределению AgNO3 в прекурсоре.

Пример 1. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, AgNO3 в ДМФА с концентрациями (Ag)=10 масс. % от массы полимера и (ПАН)=5 масс. % от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mAgNO3=0,16 г, mПАН=1 г; а также в коническую колбу (V=50 мл) наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески AgNO3. После интенсивного перемешивания полученной смеси с помощью стеклянной палочки в течение 5 минут колба закрывается крышкой и помещается в лабораторный сушильный шкаф, нагретый до температуры Т=50°С. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры Т≤70°С, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (m тв. ост.≈const). Полученный твердый остаток подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева при температуре 80°С в течение 15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст., скорость нагрева v=50°С/мин.

В процессе ИК-нагрева твердого остатка AgNO3/ПАН в результате деструкции ПАН происходит выделение водорода и др. газообразных продуктов, которые восстанавливают Ag из соединения, а за счет дальнейшего взаимодействия формируются наночастицы Ag. При этом в ПАН протекают процессы карбонизации, приводящие к формированию углеродной графитоподобной матрицы нанокомпозита, в которой распределяются сформировавшиеся наночастицы. В результате получается нанокомпозит Ag/C в виде черного порошка. По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита, рассчитан средний размер наночастиц Ag. Средний размер наночастиц составил 19±1 нм. На фиг. 1.1 приведена дифрактограмма нанокомпозита и результаты фазового анализа нанокомпозита Ag/C полученного при Т=80°С.

Пример 2. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, AgNO3 в ДМФА с концентрациями (Ag)=10 масс. % от массы полимера и (ПАН)=5 масс. % от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mAgNO3=0,16 г, mПАН=1 г; а также в коническую колбу (V=50 мл) наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески AgNO3. После интенсивного перемешивания полученной смеси с помощью стеклянной палочки в течение 5 минут колба закрывается крышкой и помещается в лабораторный сушильный шкаф, нагретый до температуры Т=50°С. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры Т≤70°С, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв..ост≈const). Полученный твердый остаток подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева. Процесс проводится в несколько стадий: 1) в вакууме (давлении в реакционной камере установки Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст.) при температуре Т=200°С в течение 15 минут, скорость нагрева v=50°С/мин; 2) при финальной температуре 300°С в течение 15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст., скорость нагрева v=50°С/мин.

В процессе ИК-нагрева твердого остатка AgNO3/ПАН в результате деструкции ПАН происходит выделение водорода и др. газообразных продуктов, которые восстанавливают Ag из соединения, а за счет дальнейшего взаимодействия формируются наночастицы Ag. При этом в ПАН протекают процессы карбонизации, приводящие к формированию углеродной графитоподобной матрицы нанокомпозита, в которой распределяются сформировавшиеся наночастицы. В результате получается нанокомпозит Ag/C в виде черного порошка. По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита, рассчитан средний размер наночастиц Ag. Средний размер наночастиц составил 21±1 нм. На фиг. 1.2 приведена дифрактограмма нанокомпозита и результаты фазового анализа нанокомпозита Ag/C полученного при Т=300°С.

Пример 3. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, AgNO3 в ДМФА с концентрациями (Ag)=10 масс. % от массы полимера и (ПАН)=5 масс. % от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всехтвердых компонентов: mAgNO3=0,16 г, mПАН=1 г; а также в коническую колбу (V=50 мл) наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески AgNO3. После интенсивного перемешивания полученной смеси с помощью стеклянной палочки в течение 5 минут колба закрывается крышкой и помещается в лабораторный сушильный шкаф, нагретый до температуры Т=50°С. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры Т≤70°С, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв..ост≈const). Полученный твердый остаток подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева. Процесс проводится в несколько стадий: 1) в вакууме (давлении в реакционной камере установки Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст.) при температуре Т=200°С в течение 15 минут, скорость нагрева v=50°С/мин; 2) при финальной температуре 450°С в течение 15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст., скорость нагрева v=50°С/мин.

В процессе ИК-нагрева твердого остатка AgNO3/ПАН в результате деструкции ПАН происходит выделение водорода и др. газообразных продуктов, которые восстанавливают Ag из соединения, а за счет дальнейшего взаимодействия формируются наночастицы Ag. При этом в ПАН протекают процессы карбонизации, приводящие к формированию углеродной графито-подобной матрицы нанокомпозита, в которой распределяются сформировавшиеся наночастицы. В результате получается нанокомпозит Ag/C в виде черного порошка. По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита, рассчитан средний размер наночастиц Ag. Средний размер наночастиц составил 25±1 нм. На фиг. 1.3 приведена дифрактограмма нанокомпозита и результаты фазового анализа нанокомпозита Ag/C полученного при Т=450°С.

Пример 4. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, AgNO3 в ДМФА с концентрациями (Ag)=10 масс. % от массы полимера и (ПАН)=5 масс. % от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mAgNO3=0,16 г, mПАН=1 г; а также в коническую колбу (V=50 мл) наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески AgNO3. После интенсивного перемешивания полученной смеси с помощью стеклянной палочки в течение 5 минут колба закрывается крышкой и помещается в лабораторный сушильный шкаф, нагретый до температуры Т=50°С. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры Т≤70°С, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания mтв.ост≈const). Полученный твердый остаток подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева. Процесс проводится в несколько стадий: 1) в вакууме (давлении в реакционной камере установки Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст.) при температуре Т=200°С в течение 15 минут, скорость нагрева v=50С/мин; 2) при финальной температуре 700°С в течение 15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм. рт.ст., скорость нагрева v=50°С/мин.

В процессе ИК-нагрева твердого остатка AgNO3/ПАН в результате деструкции ПАН происходит выделение водорода и др. газообразных продуктов, которые восстанавливают Ag из соединения, а за счет дальнейшего взаимодействия формируются наночастицы Ag. При этом в ПАН протекают процессы карбонизации, приводящие к формированию углеродной графитоподобной матрицы нанокомпозита, в которой распределяются сформировавшиеся наночастицы. В результате получается нанокомпозит Ag/C в виде черного порошка. По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита, рассчитан средний размер наночастиц Ag. Средний размер наночастиц составил 26±1 нм. На фиг. 1.4 приведена дифрактограмма нанокомпозита и результаты фазового анализа нанокомпозита Ag/C полученного при Т=700°С.

Таким образом, установлено, что уже при 80°С происходит образования наночастиц Ag, а также, что с увеличением температуры финального нагрева происходит увеличение размера наночастиц Ag. По результатам РФА с использованием формулы Дебая-Шерера рассчитаны средние размеры наночастиц Ag в зависимости от условий проведения процесса синтеза (температура финальной стадии ИК-нагрева) (таблица 1).

Способ синтеза нанокомпозитов Ag/C, включающий приготовление совместного раствора полиакрилонитрила и AgNO3 в диметилформамиде, выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагрев полученного твердого остатка, отличающийся тем, что приготовление совместного раствора полиакрилонитрила и AgNO3 в диметилформамиде осуществляют при температуре 30-70°С при следующем соотношении компонентов:

Полиакрилонитрил - 4,7%,

Диметилформамид - 93,8-94,6%,

AgNO3 – 0,7-1,5%,

при этом выпаривание диметилформамида проводят при температуре 60-80°С и осуществляют поэтапный инфракрасный нагрев полученного твердого остатка при давлении 10-2-10-3 мм рт.ст., при котором проводят предварительный нагрев в течение 5-15 минут при температуре 80-200°С со скоростью нагрева не более 50°С/мин, и финальный нагрев в течение 5-15 минут при температуре 80-700°С со скоростью нагрева не более 50°С/мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi3/C. Техническим результатом является получение нанокомпозита FeNi3/C, содержащего наночастицы FeNi3 с размером от 12 до 85 нм.

Настоящее изобретение относится к получению сополимеров акрилонитрила. Описан способ синтеза сополимеров акрилонитрила, заключающийся в проведении реакции полимеризации акрилонитрила с сомономерами в среде диоксида углерода, при температуре от 65 до 80°C, где в качестве сомономеров используют итаконовую кислоту или ее производные, отличающийся тем, что в исходную реакционную смесь добавляют тиолы, определяемые формулой R-SH, где R представляет собой насыщенный углеводородный радикал с количеством атомов углерода от 2 до 20.

Настоящее изобретение относится к получению сополимеров акрилонитрила. Описан способ синтеза сополимеров акрилонитрила с производными итаконовой кислоты путем их смешения в среде растворителя с добавлением инициатора радикальной полимеризации и нагреванием, отличающийся тем, что нагревание осуществляют до температур 65÷85°С, в качестве растворителя используют сверхкритический диоксид углерода, в качестве производных итаконовой кислоты - ее моноэфиры или моноамиды, а содержание производных итаконовой кислоты в сополимере составляет от 0.01 до 4 мольных %.

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi3/пиролизованный полиакрилонитрил (ППАН). .
Изобретение относится к способу получения волокнообразующего полимера или сополимера акрилонитрила и волокнообразующего полимера или сополимеру акрилонитрила, полученному таким способом.
Изобретение относится к области производства катализаторов для химической и нефтехимической промышленности, которые могут быть использованы в процессах дегидрирования и реформинга органических соединений с целью получения водорода, олефинов, циклоолефинов и ароматических соединений.
Изобретение относится к технологии получения сверхвысокомолекулярных волокнообразующих полимеров, которые могут служить сырьем для получения сверхпрочных и высокомодульных углеродных волокон.
Изобретение относится к получению водорастворимых полимеров акрилового ряда, которые могут применяться в ряде отраслей техники и технологии, а именно в качестве шлихты при отделке текстиля, в угольной, горнорудной промышленности, и в процессах очистки и осветления питьевой, промышленной и сточных вод в качестве флокулянта, в буровой технике в качестве защитного средства, в химической промышленности как сгущающее средство.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в нефтегазодобывакщей целлюлозно-бумажной промьшшенности, в ком мунальном хозяйстве и др. .

Изобретение относится к получению квантовых точек, используемых в качестве биологических маркеров. Способ получения коллоидных полупроводниковых квантовых точек селенида цинка в оболочке хитозана включает взаимодействие хлорида цинка с селенид-ионами в присутствии аммиака и покрывающего агента.

Изобретение относится к способу получения тонких алмазных пленок и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для получения тонкопленочных упрочняющих покрытий и активных слоев тонкопленочных наноструктур.

Изобретение относится к нанотехнологиям, а именно к способам получения новых прозрачных консолидированных функциональных материалов (керамик) с высокими механическими характеристиками для фотоники и лазерной техники.

Изобретение относится к области химии и касается применения сложного оксида лантана, молибдена и теллура, имеющего химическую формулу La2MoTe6O18, для получения лантансодержащих теллуритно-молибдатных стекол простым и технологичным способом.

Изобретение относится к области химии и касается синтеза сложного оксида лантана, молибдена и теллура La2MoTe6O18, который может быть использован для получения лантансодержащих теллуритно-молибдатных стекол не только в качестве компонента шихты наряду с другими соединениями, но и в качестве единственного исходного вещества.

Изобретение относится к области химии и касается способа синтеза сложного оксида лантана, молибдена и теллура, который может быть использован для получения лантансодержащих теллуритно-молибдатных стекол.

Изобретение относится к керамической технологии и порошковой металлургии и предназначено для получения высокодисперсных гетерофазных порошковых композиций, которые могут быть использованы для производства керамических бронеэлементов, материалов, работающих в условиях абразивного износа, изделий, применяемых в машиностроении, в энергетических и химических технологиях, в аэрокосмической технике.

Изобретение относится к получению композита ортованадат лития/углерод Li3VO4/C в мелкодисперсном состоянии, который может быть использован в качестве эффективного анодного материала химических источников тока.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения гидроксида лития включает химическую очистку литийсодержащего раствора, проведение биполярного электродиализа литийсодержащего раствора, из которого удаляют примеси двухвалентных ионов, концентрирование лития в литийсодержащем растворе и его преобразование в гидроксид лития.

Изобретение относится к технологии получения поликристаллических сцинтилляционных материалов, применяемых в различных областях науки и техники, важнейшими из которых являются: медицинские и промышленные томографы, системы таможенного контроля и контроля распространения радиоактивных материалов, приборы дозиметрического контроля, различные детекторы для научных исследований, применяемые в физике высоких энергий и астрофизике, оборудование для геофизических исследований для нефте- и газоразведки.

Изобретение относится к способу получения средства для местного лечения кожных заболеваний на основе наноразмерных частиц серебра, вазелина и твердых присадок, составляемое из раствора наноразмерных частиц серебра, получаемого электрохимически через помещение в емкость с рабочим аммиачным раствором NH3 выполненного из серебра электрода, который отделен от другого выполненного из серебра электрода микропористой перегородкой.

Изобретение относится к области химии и нанотехнологии. Способ синтеза нанокомпозитов AgC включает приготовление совместного раствора полиакрилонитрила и нитрата серебра в диметилформамиде, выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагрев полученного твердого остатка. Приготовление совместного раствора полиакрилонитрила и AgNO3 в диметилформамиде осуществляют при температуре 30-70°С при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил 4,7, диметилформамид 93,8-94,6, AgNO3 0,7-1,5. Выпаривание диметилформамида проводят при 60-80°С. Осуществляют поэтапный инфракрасный нагрев полученного твердого остатка при давлении 10-2-10-3 мм рт.ст. Сначала проводят предварительный нагрев в течение 5-15 минут при 80-200°С со скоростью нагрева не более 50°Смин. Финальный нагрев проводят в течение 5-15 минут при 80-700°С со скоростью нагрева не более 50°Смин. Изобретение позволяет упростить получение нанокомпозитов, включающих наночастицы серебра Ag с размером 19-28 нм в углеродной матрице, без использования дополнительных внешних восстановительных агентов. 1 ил., 1 табл., 4 пр.

Наверх