Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій

Розроблено новий метод синтезу наноматеріалів з використанням електричного вибуху провідників (ЕВП), в якому синтез нанопорошків ЕВП суміщено в часі з іншими синтезами та процесами з метою використання в них синтезованих нанопорошків у реальному часі як надактивних прекурсорів. Вперше безпосередньо...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Доповіді НАН України
Date:	2021
Main Authors:	Кордубан, О.М., Крищук, Т.В., Медведський, М.М.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2021
Subjects:	Хімія
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/180572
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій / О.М. Кордубан, Т.В. Крищук, М.М. Медведський // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 4. — С. 77-85. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-180572
record_format	dspace
spelling	Кордубан, О.М. Крищук, Т.В. Медведський, М.М. 2021-10-03T16:52:17Z 2021-10-03T16:52:17Z 2021 Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій / О.М. Кордубан, Т.В. Крищук, М.М. Медведський // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 4. — С. 77-85. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2021.04.077 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/180572 538.9 533.9 Розроблено новий метод синтезу наноматеріалів з використанням електричного вибуху провідників (ЕВП), в якому синтез нанопорошків ЕВП суміщено в часі з іншими синтезами та процесами з метою використання в них синтезованих нанопорошків у реальному часі як надактивних прекурсорів. Вперше безпосередньо з нанопорошків отримано нові типи каталітичних плазмових нанопокриттів WO₃₋ₓ/нержавіюча сталь та мезопоруватих фото- та електрокаталітичних нанодисперсних плівок TiO₂₋ₓ,TiO₂₋ₓ/Ag. У наноматеріалах нового типу повністю збережено нанодисперсну структуру, а для їх синтезу не використовуються органічні складові. Зменшено температуру проведення реакції WО₃₋ₓ + 3H₂S → WS₂+ S + 3H₂O синтезу WS₂ з 800 до 450 °С з використанням ЕВП нанопорошків WO₃₋ₓ як надактивних прекурсорів. Розроблений метод синтезу наноматеріалів є новим інструментом вирішення задач в області нанотехнологій. A new method for the synthesis of nanomaterials using the an electric explosion of wires (EEW) has been developed. In it, the process of nanopowder synthesis is combined in time with other syntheses in order to use EEW nanopowders as superactive precursors of real-time reactions. For the first time, new types of catalytic plasma nanocoatings WO₃₋ₓ/stainless steel were obtained directly from nanopowders. steel and mesoporous photo- and electrocatalytic nanodisperse films TiO₂₋ₓ,TiO₂₋ₓ/Ag. In nanomaterials of a new type, the nanodisperse structure is completely preserved, and organic components are not used in their production. Due to the use of EEW of WO₃₋ₓ nanopowders as superactive precursors, the reaction temperature of the WS₂ synthesis WО₃₋ₓ + 3H₂S → WS₂+ S + 3H₂O was reduced from 800 to 450 °С. It is shown that the proposed method of synthesis of nanomaterials is a new tool for solving the problems in the field of nanotechnologies. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Хімія Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій A new method for the synthesis of nanomaterials for the needs of nanotechnologies Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій
spellingShingle	Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій Кордубан, О.М. Крищук, Т.В. Медведський, М.М. Хімія
title_short	Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій
title_full	Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій
title_fullStr	Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій
title_full_unstemmed	Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій
title_sort	новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій
author	Кордубан, О.М. Крищук, Т.В. Медведський, М.М.
author_facet	Кордубан, О.М. Крищук, Т.В. Медведський, М.М.
topic	Хімія
topic_facet	Хімія
publishDate	2021
language	Ukrainian
container_title	Доповіді НАН України
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format	Article
title_alt	A new method for the synthesis of nanomaterials for the needs of nanotechnologies
description	Розроблено новий метод синтезу наноматеріалів з використанням електричного вибуху провідників (ЕВП), в якому синтез нанопорошків ЕВП суміщено в часі з іншими синтезами та процесами з метою використання в них синтезованих нанопорошків у реальному часі як надактивних прекурсорів. Вперше безпосередньо з нанопорошків отримано нові типи каталітичних плазмових нанопокриттів WO₃₋ₓ/нержавіюча сталь та мезопоруватих фото- та електрокаталітичних нанодисперсних плівок TiO₂₋ₓ,TiO₂₋ₓ/Ag. У наноматеріалах нового типу повністю збережено нанодисперсну структуру, а для їх синтезу не використовуються органічні складові. Зменшено температуру проведення реакції WО₃₋ₓ + 3H₂S → WS₂+ S + 3H₂O синтезу WS₂ з 800 до 450 °С з використанням ЕВП нанопорошків WO₃₋ₓ як надактивних прекурсорів. Розроблений метод синтезу наноматеріалів є новим інструментом вирішення задач в області нанотехнологій. A new method for the synthesis of nanomaterials using the an electric explosion of wires (EEW) has been developed. In it, the process of nanopowder synthesis is combined in time with other syntheses in order to use EEW nanopowders as superactive precursors of real-time reactions. For the first time, new types of catalytic plasma nanocoatings WO₃₋ₓ/stainless steel were obtained directly from nanopowders. steel and mesoporous photo- and electrocatalytic nanodisperse films TiO₂₋ₓ,TiO₂₋ₓ/Ag. In nanomaterials of a new type, the nanodisperse structure is completely preserved, and organic components are not used in their production. Due to the use of EEW of WO₃₋ₓ nanopowders as superactive precursors, the reaction temperature of the WS₂ synthesis WО₃₋ₓ + 3H₂S → WS₂+ S + 3H₂O was reduced from 800 to 450 °С. It is shown that the proposed method of synthesis of nanomaterials is a new tool for solving the problems in the field of nanotechnologies.
issn	1025-6415
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/180572
citation_txt	Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій / О.М. Кордубан, Т.В. Крищук, М.М. Медведський // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 4. — С. 77-85. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT kordubanom noviimetodsintezunanomateríalívdlâpotrebnanotehnologíi AT kriŝuktv noviimetodsintezunanomateríalívdlâpotrebnanotehnologíi AT medvedsʹkiimm noviimetodsintezunanomateríalívdlâpotrebnanotehnologíi AT kordubanom anewmethodforthesynthesisofnanomaterialsfortheneedsofnanotechnologies AT kriŝuktv anewmethodforthesynthesisofnanomaterialsfortheneedsofnanotechnologies AT medvedsʹkiimm anewmethodforthesynthesisofnanomaterialsfortheneedsofnanotechnologies
first_indexed	2025-11-25T21:29:36Z
last_indexed	2025-11-25T21:29:36Z
_version_	1850558116274372608
fulltext	77ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4 Ц и т у в а н н я: Кордубан О.М., Крищук Т.В., Медведський М.М. Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4. С. 77—85. https://doi.org/10.15407/ dopovidi2021.04.077 Електричний вибух провідників (ЕВП) у газовому середовищі — це процес, в якому за ду- же короткий час високовольтним імпульсом (U  20¸30 кВ, t  10–5¸10–8 с) з густиною стру му 104—106 А/мм2 у металевий провідник вводиться енергія, яка може в кілька разів перевищувати його енергію сублімації. В результаті метал вибухає і розширюється з швид- кістю 5 · 103 м/с з утворенням вибухової хвилі та перетворюється на золь наночастинок 10—100 нм. Швидкість охолодження продуктів вибуху в газовому середовищі на початко- вому етапі (Т  105 С) становить 107 C/с, на кінцевому етапі (Т  4 · 103 С) — 103 C/с. Це призводить до часткового блокування дисипативних процесів і формування кристалічної ґратки в нерівноважних умовах та надлишку енергії з появою двійникової структури, ва- https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.04.077 УДК 538.9 533.9 О.М. Кордубан 1, https://orcid.org/0000-0003-4401-0203 Т.В. Крищук 1, https://orcid.org/0000-0001-6527-2021 М.М. Медведський 2 1 Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, Київ 2 Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ E-mail: akord.imp@gmail.com Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій Представлено членом-кореспондентом НАН України В. М. Огенком Розроблено новий метод синтезу наноматеріалів з використанням електричного вибуху провідників (ЕВП), в якому синтез нанопорошків ЕВП суміщено в часі з іншими синтезами та процесами з метою використання в них синтезованих нанопорошків у реальному часі як надактивних прекурсорів. Вперше безпосередньо з нанопорошків отримано нові типи каталітичних плазмових нанопокриттів WO3–x/нержавіюча сталь та мезопоруватих фото- та електрокаталітичних нанодисперсних плівок TiO2–x, TiO2–x/Ag. У наноматеріа- лах нового типу повністю збережено нанодисперсну структуру, а для їх синтезу не використовуються органічні складові. Зменшено температуру проведення реакції WО3–х + 3H2S  WS2 + S + 3H2O синтезу WS2 з 800 до 450 С з використанням ЕВП нанопорошків WO3–x як надактивних прекурсорів. Розроблений метод синтезу наноматеріалів є новим інструментом вирішення задач в області нанотехнологій. Ключові слова: електричний вибух провідників, нанопорошки, плазмові нанопокриття, нанодисперсні плів ки, рентгенівська фотоелектронна спектроскопія. ХІМІЯ CHEMISTRY 78 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 4 О.М. Кордубан, Т.В. Крищук, М.М. Медведський кансій, розірваних зв’язків [1—3]. Але обумовлена цим висока хімічна активність нано- порошків на практиці не використовується. Останні 20 років метод ЕВП застосовується для синтезу нанопорошків металів та їх сполук, зокрема, в газовому середовищі. Продуктивність синтезу становить 0,1—0,3 кг/год. Принцип дії всіх установок однаковий — металевий провідник з постійною лінійною швид- кістю вводиться у вибухову камеру з газовою атмосферою і з визначеною частотою ко му- тується до батареї конденсаторів. Синтезований нанопорошок виводиться з камери газовим потоком і збирається фільтрами в приймальний бункер. Під час подальшого зберігання в результаті релаксації дефектної структури і пасивації киснем відбувається агломерація та окиснення наночастинок з втратою хімічно активних центрів їх поверхні. Перевагами методу синтезу нанопорошків із застосуванням ЕВП є відсутність домі- шок від контактів з розчинниками, прекурсорами, хімічним обладнанням і т. п., відсут- ність тиглів і використання енергії тільки для нагрівання дроту, відсутність проміжних ета- пів під час синтезу. Метод отримав розвиток в Росії, Європі, США, Індії, Китаї. Основним недоліком методу є невикористання високої початкової хімічної активності нанопорошків, яка обумовлена нерівноважними умовами їх синтезу і швидко зникає під дією релаксаційних процесів. Нами вперше розроблено та реалізовано новий метод синтезу з використанням ЕВП, в якому процес синтезу нанопорошків суміщено в часі з зовнішніми синтезами і процесами з метою використання в них син тезованих нанопорошків як надактивних прекурсорів, при цьому забезпечено доставку цих нанопорошків у інертному середовищі назовні, в зону реакцій, протягом кількох десятків секунд або миттєво. Якщо в класичному синтезі з ви- користанням ЕВП кінцевим продуктом є нанопорошки, то в новому методі синтез нано- порошків є проміжним етапом, а кінцевим етапом є синтез наноматеріалів. Розроблений метод синтезу наноматеріалів з використанням ЕВП є новим інстру мен- том для вирішення задач в області нанотехнологій. У науковій літературі аналогічних рішень немає. У результаті реалізації нового методу синтезу отримано наноматеріали нових типів: плазмові нанопокриття для каталітичних застосувань і наноплівки для виготовлення ак- тивних та фотоактивних елементів сенсорів, у яких повністю збережено нанодисперсну структуру і які вільні від органічних зв’язуючих, карбідних і гідроксидних фаз, хлору та фтору. Також показана можливість зниження температури класичних хімічних реакцій з використанням у них як надактивних прекурсорів ЕВП нанопорошків. Для реалізації задач дослідження було розроблено та створено оригінальне обладнан- ня: установку із синтезу нанопорошків ЕВП, яка складалася з вибухової камери, високо- вольтного блока живлення, систем напуску та очищення газів, форвакуумної системи; елек- тротермічний плазмовий прискорювач з високовольтним блоком живлення для напилення покриттів спрямованим електричним вибухом; установку для напилення нанопорошків з використанням мікроплазмотрона. Рентгенівська фотоелектронна спектроскопія (РФС) використовувалась як один з елементів процесу керованого синтезу [4]. Методом РФС проводився контроль зарядових станів поверхні, які відповідали максимальному ступеню дефектності нанопорошків, з метою визначення в реальному часі оптимальних енергетич- них режимів електричного вибуху. В цілому, методика експерименту була спрямована на 79 Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4 дослідження методами РФС, ПЕМ та СЕМ щойно синтезованих ЕВП нанопорошків на основі вольфраму та титану, визначення зарядових станів атомів і морфології поверхні. На рис. 1, а проілюстровано класичну схему синтезу нанопорошків з використанням ЕВП, в якій після вибуху синтезований нанопорошок збирається в бункер 2 вибухової ка- мери 1. При цьому в результаті релаксації дефектної структури і контакту наночастинок з Рис. 1. Класична схема синтезу нанопорошків з використанням ЕВП (а: 1 — вибухова камера, 2 — бункер з нанопорошком) та РФС W4f7/2-спектри нанопорошку вольфраму після пасивації киснем (б) і нова схе- ма синтезу наноматеріалів з використанням ЕВП (в: 1 — вибухова камера, 2 — аерозоль нанопорошку в аргоні) та РФС W4f7/2-спектри нанопорошку вольфраму після його доставки в область реакції (г) 80 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 4 О.М. Кордубан, Т.В. Крищук, М.М. Медведський киснем відбуваються агломерація та окислення на- нопорошків з втратою хімічно активних центрів по- верхні. На рис. 1, б зображено W4f7/2-спектри нано по- рошку вольфраму, синте зованого ЕВП в аргоні. Ви- дно, що поверхня нанопорошку після пасивації киснем і кількох годин зберігання сформована виключно W6+-станами WO3, що характерно для триоксиду вольфраму, отриманого в рівноважних умовах хіміч- ного синтезу. На рис. 1, в проілюстровано нову схему синтезу наноматеріалів з використанням ЕВП, яка відрізня- є ться тим, що синтезований нанопорошок, який після вибуху заповнює вибу хову камеру (1) у вигляді аеро- золю (2), доставляється в інертному газі в область зов ніш нього синтезу протягом кількох десятків се- кунд або миттєво. На рис. 1, г зображено W4f7/2- спектри нанопорошку вольфраму, який після синтезу ЕВП в аргоні було доставле но в реальному часі в бокс з інертним газом і далі — у вакуумну камеру РФС- спектрометра. З аналізу рис. 1, г випливає, що поверхня наночастинок містить значний вне- сок іонів ме талу зі зниженими ступенями окиснлення у вигляді W2+-, W3+-, W4+-, W5+- станів вольф раму, які є хімічно активними центрами. На рис. 2 наведено залежності електричного опору щойно синтезованих в аргоні ЕВП нанопорошків WO3–х різних за розмірами фракцій від часу їх контакту з повітрям. Збіль- шення початкового опору фракції Р2 пояснюється більшим питомим числом контактів між дрібними частинками. Зростання електроопору нанопорошків з часом відбувається внаслідок формування у наночастинок оксидної оболонки. Залежності мають експонен- ціальний характер внаслідок гальмування дифузії кисню в об’єм, що обумовлено збіль шен- ням товщини оксидної оболонки. Видно (див. рис. 2), що вже за хвилину залежність опору для фракції Р2 починає відхилятися від лінійної, що вказує на формування початкової оксидної оболонки наночастинок і, відповідно, початок втрати їх поверхнею хімічно актив- них центрів. Саме тому використання синтезованих ЕВП нанопорошків в інших синтезах як надактивних прекурсорів хімічних реакцій необхідно проводити в реальному часі. Таким чином, нанопорошки металів, синтезовані методом ЕВП в аргоні, які фактично є пірофорними, можуть бути використані як надактивні прекурсори в зовнішніх хімічних реакціях або процесах тільки в реальному часі — протягом кількох десятків секунд, без контакту між наночастинками для запобігання їх агломерації і без контакту з киснем. Це можливо, якщо їх доставка відбувається у вигляді стійкого аерозолю нанопорошків у інертному газі. Із застосуванням нового методу синтезу наноматеріалів з використанням ЕВП вперше отримано новий тип плазмових нанодисперсних покриттів WO3–x /нержавіюча сталь [5]. На рис. 3, а—г наведено СЕМ-зображення WO3–x /нержавіюча сталь покриттів. Для їх формування аерозоль щойно синтезованих ЕВП нанопорошків WO3–x в аргоні було дос- Рис. 2. Залежності електричного опору нанопорошку WO3–х фракцій Р1 та Р2 від часу їх контакту з повітрям 81ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4 Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій тавлено в область електричної дуги мікроплазмотрона. Видно, що в усіх випадках вдалося зберегти нанодисперсну структуру покриттів, які сформовано виключно з нанопорошку WO3–x. Це неможливо за класичними плазмовими технологіями, в яких для рівномірної доставки агломерованих нанопорошків в область дуги з нанопорошків формуються мікро- гранули діаметром 20—100 мкм з використанням органічних зв’язуючих і проводиться їх подальший відпал при 1200—1400 С для видалення органічної складової [6—9]. При цьому відбувається агломерація наночастинок зі значною втратою наноструктури, їх забруднення карбідними фазами. У разі використання органічних розчинників, води або рідких прекур- сорів покриття забруднюються гідроксидними сполуками, хлором і фтором. Все це істотно впливає на якість, зокрема, каталітичних покриттів. Таким чином, вперше отримано плазмові оксидні каталітичні нанопокриття нового типу, без сторонніх домішок і зі збереженою в покриттях нанодисперсною структурою. За даними РФС поверхня покриттів WO3–x/нержавіюча сталь містить активні центри у вигля- ді іонів металу зі зниженим ступенем окиснення та кисневі вакансії [5]. У цілому, за такою схемою використання ЕВП можна отримувати каталітично ак- тив ні наноматеріали нового типу для розробки фотокаталізаторів, сенсорів, антимікроб- них покриттів, касетних каталізаторів на металевій гнучкій основі. Перспективним є фор- мування нанодисперсних плазмових керамічних покриттів, які мають більш високі меха- нічні ха рактеристики внаслідок пластичності і є новим напрямком формування керамічних за хисних покриттів. Також із застосуванням нового методу синтезу наноматеріалів з використанням ЕВП вперше отримано нанодисперсні мезопоруваті плівки нового типу. Для формування на- ноплівок аерозоль щойно синтезованих ЕВП нанопорошків TiO2–x або TiO2–x/Ag в ат- Рис. 3. СЕМ-зображення поверхні покриття WO3–x/нержавіюча сталь; режим Ar/Н2, I  24 А, відстань під час напилення: L  30 мм (а, б), L  40 мм (в, г) 82 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 4 О.М. Кордубан, Т.В. Крищук, М.М. Медведський мосфері сухого повітря було подано в область електростатичного зазору. На рис. 4, a—в наведено СЕМ-зображення нанодисперсних мезопоруватих плівок, сформованих з TiO2–x та TiO2–x/Ag. Нанодисперсна структура в плівках збереглася (рис. 4, а, б), вони складають- ся виключно зі з’єднаних між собою наночастинок TiO2–x (30—60 нм) і одночасно це є одно- рідні за структурою макрооб’єкти (див. рис. 4, г). Такі наноматеріали неможливо отримати хімічними методами внаслідок наявності поверхневого натягу рідини в золях. Формування плівок відбувається внаслідок самоорганізації заряджених наночастинок оксиду титану під дією електростатики через контакти між атомно-чистими поверхнями. Отримані наноматеріали не містять в собі шкідливих домішок, їх синтез відбувається без використання органічних та неорганічних зв’язуючих. У результаті формування з них ак- тивного елементу газового сенсора значно збільшується його питома поверхня зі збере- женням заданого хімічного складу. Утворення плівок можливе як в електростатичному за- зорі, так і на пласкій зарядженій поверхні. На рис. 4, в наведено СЕМ-зображення плівки TiO2–x/Ag після відпалу при 350 С. Видно появу нановіскерів діаметром 45—110 нм, які можуть бути наслідком релаксації не- рівноважної системи ТіО2–х —Ag. Приклади синтезу аналогічних наноплівок у літературі відсутні. Новий метод синтезу наноматеріалів дає можливість повністю зберегти в плівках нанодисперсну структуру, контролювати їх хімічний склад і скоротити кількість проміжних етапів синтезу порівняно з класичними методами [10]. Синтез нового типу наноплівок є перспективним для розробки активних елементів сенсорів, фотокаталізаторів та фотокаталітичних фільтрів. За допомогою нового методу вдалося зменшити температуру проведення реакції син- тезу WS2, завдяки використанню нанопорошків WO3–x як надактивних прекурсорів. Під час проведення реакції синтезу WS2 нанопорошок WO3–x в аерозолі з аргоном було подано в область реакції на керамічну підкладинку, розташовану в кварцовій трубці. Також Рис. 4. СЕМ-зображення вихідних нанодисперсних мезопоруватих плівок TiO2–x (a, б), плівок TiO2–x/Ag після відпалу 350 С (в) та фото макропакета з нанодисперсних плівок (г) 83ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4 Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій в область реакції було подано H2S при 450 С протягом 40 хв. Після синтезу зразок для видалення вільної сірки був очищений УЗ в бензолі. За даними РФС у синтезованому WS2 зафіксовано три окремі фази, в яких значення енергії зв’язку W4f-, S2p-рівнів поверхневих атомів збігаються зі значеннями для нано- кристалічних фаз модельного WS2 [11]. У результаті проведено низькотемпературний синтез дисульфіду вольфраму WS2: WО3–х + 3H2SWS2 + S +3H2O (H2S, 450 C, 40 хв). (1) Температуру реакції (1) зменшено з 800 до 450 С. Низькотемпературний синтез WS2 в умовах вакууму (500 С, 1 год) описано в [12]. Таким чином, розроблено новий метод синтезу наноматеріалів, в якому синтез нанопо- рошків методом ЕВП суміщено в часі з іншими синтезами та процесами з метою викорис- тання в них синтезованих нанопорошків у реальному часі як надактивних прекурсорів. Вперше безпосередньо з нанопорошків отримано нові типи наноматеріалів: нанодис- персні каталітичні плазмові нанопокриття та мезопоруваті нанодисперсні плівки, в яких відсутні карбідні фази і домішки від органічних наповнювачів та прекурсорів. Доведено можливість використання синтезованих методом ЕВП нанопорошків як надактивних пре- курсорів хімічних реакцій. Розроблено і виготовлено оригінальне обладнання ЕВП, на основі якого можливе створення компактних установок із синтезу нових типів наноматеріалів для профільних інститутів НАН України. Новий метод синтезу наном атеріалів з використанням ЕВП, на відміну від класичного, можна включати в неперервні промислові ланцюги. Показано, що розроблений метод синтезу наноматеріалів є новим інструментом ви- рішення задач в області нанотехнологій і може бути використаний для розвитку інновацій- них секторів економіки України. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Москва: Физматлит. 2005. 410 с. 2. Kotov Yu.A. Electric explosion of wires as a method for preparation of nanopowders. J. Nanoparticle Res. 2003. 5. P. 539—550. https://doi.org/10.1023/B:NANO.0000006069.45073.0b 3. Nazarenko O. Nanopowders produced by electrical explosion of wires. Proceedings of European Congress of Chemical Engineering (ECCE-6) (Copenhagen, 16-20 Sept. 2007). Copenhagen, 2007. 4. Кордубан O.М., Огенко В.М., Крищук Т.В. Проблеми розвитку методу рентгенівської фотоелектрон- ної спектроскопії в Україні. Укр. хім. журн. 2021. 87, № 1. С. 41—50. https://doi.org/10.33609/2708- 129X.87.01.2021.41-50 5. Кордубан О.М., Крищук Т.В., Трачевський В.В., Медведський М.М. Формування плазмових нанодис- персних покриттів на основі електровибухових нанопорошків оксиду вольфраму. Металофіз. новітні технол. 2021. 43, № 1.С. 47—58. https://doi.org/10.15407/mfint.43.01.0047 6. Yang J., Jia J., Li X., Lu C., Feng X. Synergistic lubrication of Ag and Ag2MoO4 nanoparticles anchored in plasma-sprayed YSZ coatings: Remarkably-durable lubricating performance at 800 °C. Tribol. Int. 2021. 153. 106670. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106670 7. Xie S., Song C., Yu Z., Liu S., Lapostolle F., Klein D., Deng C., Liu M., Liao H. Effect of environmental pressure on the microstructure of YSZ thermal barrier coating via suspension plasma spraying. J. Eur. Ceram. Soc. 2021. 41, Iss. 1. P. 535—543. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.08.022 84 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 4 О.М. Кордубан, Т.В. Крищук, М.М. Медведський 8. Song C., Wang Y., Fan X., Xie S., Liu M., Zhou K., Deng C., Deng C., Liao H. Microstructure and mechanical property of dense yttria-stabilized zirconia coating fabricated by an axial bi-cathode plasma torch under very low pressure. Ceram. Int. 2020. 46. P. 9507—9511. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.12.212 9. Huang H., An Y., Hu X., Wu D., Cao H., Zhang X., Qiao J., Liu H. A plasma sprayed superhydrophobic coating prepared with Al@WO3 core-shell powder and photocatalytic degradation performance. Surface and Coatings Technology. 2019. 369. P. 105—115. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.04.055 10. Петрик І.С., Келип О.O., Воробець В.С., Смірнова Н.П., Фролова О.К., Оранська О.І., Колбасов Г.Я., Єременко А.М. Синтез, оптичні, фото- та електрокаталітичні властивості нанорозмірних плівок ТiО2, модифікованих іонами перехідних металів. Хімія, фізика та технологія поверхні. 2011. 2, № 4. C. 436—442. 11. Shpak A.P., Korduban A.M., Kulikov L.M., Kryshchuk T.V., Konig N.B., Kandyba V.O. XPS studies of the surface of nanocrystalline tungsten disulfide. J. Electron Spectrosc. Rel. Phenom. 2010. 181, Iss. 2—3. P. 234—238. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2010.05.030 12. Morrish R., Haak T., Wolden C.A. Low temperature synthesis of n-type WS2 thin films via H2S plasma sulfurization of WO3. Chem. Mater. 2014. 26, № 13. P. 3986-3992. https://doi.org/10.1021/cm501566h Надійшло до редакції 02.06.2021 REFERENCES 1. Gusev, A. L. (2005). Nanomaterials, nanostruktures, nanoteсhnologies. Moscow: Fizmatlit (in Russian). 2. Kotov, Yu. A. (2003). Electric explosion of wires as a method for preparation of nanopowders. J. Nanoparticle Res., 5, pp. 539-550. https://doi.org/10.1023/B:NANO.0000006069.45073.0b 3. Nazarenko, O. (2007, September). Nanopowders produced by electrical explosion of wires. Proceedings of European Congress of Chemical Engineering (ECCE-6), Copenhagen. 4. Korduban, O. M., Ogenko, V. M. & Kryshchuk, T. V. (2021). Рroblems of development of the method of X-ray photoelectron spectroscopy in Ukraine. Ukr. Chem. J., 87, No. 1, pp. 41-50 (in Ukrainian). https://doi. org/10.33609/2708-129X.87.01.2021.41-50 5. Korduban, A. M., Kryshchuk, T. V., Trachevskii, V. V. & Medvedskij, M. M. (2021). Formation of plasma nanodisperse coatings based on electric explosive nanopowders of tungsten oxide. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 1, pp. 47-58 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/mfint.43.01.0047 6. Yang, J., Jia, J., Li, X., Lu, C. & Feng, X. (2021). Synergistic lubrication of Ag and Ag2MoO4 nanoparticles anchored in plasma-sprayed YSZ coatings: Remarkably - durable lubricating performance at 800 C. Tribol. Int., 153, 106670. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106670 7. Xie, S., Song, C., Yu, Z., Liu, S., Lapostolle, F., Klein, D., Deng, C., Liu, M. & Liao, H. (2021). Effect of environmental pressure on the microstructure of YSZ thermal barrier coating via suspension plasma spraying. J. Eur. Ceram. Soc., 41, Iss. 1, pp. 535-543. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.08.022 8. Song, C., Wang, Y., Fan, X., Xie, S., Liu, M., Zhou, K., Deng, C., Deng, C. & Liao, H. (2020). Microstructure and mechanical property of dense yttria-stabilized zirconia coating fabricated by an axial bi-cathode plas- ma torch under very low pressure. Ceram. Int., 46, pp. 9507-9511. https://doi.org/10.1016/j.ceramint. 2019.12.212 9. Huang, H., An, Y., Hu, X., Wu, D., Cao, H., Zhang, X., Qiao, J. & Liu, H. (2019). A plasma sprayed super- hydrophobic coating prepared with Al@WO3 core-shell powder and photocatalytic degradation performance. Surface and Coatings Technology, 369, pp. 105-115. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.04.055 10. Petrik, I., Kelyp, О., Vorobets, V., Smirnova, N., Frolova, O., Oranska, O., Kolbasov, G. & Eremenko, A. (2011). Synthesis, optical, photo- and electrocatalytic properties of nanosized TiO2 films modified with transition metal ions. Him., Fiz., Tehnol. Poverhni, 2, No. 4, pp. 436-442 (in Ukrainian). 11. Shpak, A. P., Korduban, A. M., Kulikov, L. M., Kryshchuk, T. V., Konig, N. B. & Kandyba, V. O. (2010). XPS studies of the surface of nanocrystalline tungsten disulfide. J. Electron Spectrosc. Rel. Phenom., 181, Iss. 2—3, pp. 234-238. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2010.05.030 12. Morrish, R., Haak, T.& Wolden, C. A. (2014). Low temperature synthesis of n-type WS2 thin films via H2S plasma sulfurization of WO3. Chem. Mater., 26, No. 13, pp. 3986-3992. https://doi.org/10.1021/cm501566h Received 02.06.2021 85ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4 Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій O.M. Korduban 1, https://orcid.org/0000-0003-4401-0203 T.V. Kryshchuk 1, https://orcid.org/0000-0001-6527-2021 M.M. Medvedskij 2 1 V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine, Kyiv 2 Main Astronomical Observatory of the NAS of Ukraine, Kyiv Е-mail: akord.imp@gmail.com A NEW METHOD FOR THE SYNTHESIS OF NANOMATERIALS FOR THE NEEDS OF NANOTECHNOLOGIES A new method for the synthesis of nanomaterials using the an electric explosion of wires (EEW) has been developed. In it, the process of nanopowder synthesis is combined in time with other syntheses in order to use EEW nanopowders as superactive precursors of real-time reactions. For the first time, new types of catalytic plasma nanocoatings WO3–x/stainless steel were obtained directly from nanopowders. steel and mesoporous photo- and electrocatalytic nanodisperse films TiO2–x, TiO2–x/Ag. In nanomaterials of a new type, the nanodisperse structure is completely preserved, and organic components are not used in their production. Due to the use of EEW of WO3–x nanopowders as superactive precursors, the reaction temperature of the WS2 synthesis WО3–х + 3H2S  WS2 + S + 3H2O was reduced from 800 to 450 С. It is shown that the proposed method of synthesis of nanomaterials is a new tool for solving the problems in the field of nanotechnologies. Keywords: electric explosion of wires, EEW, nanopowders, plasma nanocoatings, nanodisperse films, XPS.

Новий метод синтезу наноматеріалів для потреб нанотехнологій

Institution

Similar Items