Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме
Приведены результаты исследования морфологии дискретного наноразмерного медного покрытия на поверхности порошка хлорида натрия. Способом электронно-лучевого испарения и конденсации из паровой фазы в вакууме получено равномерное и однородное покрытие. Средний размер частиц меди согласно результатам л...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96551 |
| 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: | Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме / И.С. Ковинский, А.В. Горностай // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 2 (107). — С. 50-52. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859775515763671040 |
|---|---|
| author | Ковинский, И.С. Горностай, А.В. |
| author_facet | Ковинский, И.С. Горностай, А.В. |
| citation_txt | Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме / И.С. Ковинский, А.В. Горностай // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 2 (107). — С. 50-52. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Приведены результаты исследования морфологии дискретного наноразмерного медного покрытия на поверхности порошка хлорида натрия. Способом электронно-лучевого испарения и конденсации из паровой фазы в вакууме получено равномерное и однородное покрытие. Средний размер частиц меди согласно результатам лазерной корреляционной спектроскопии составил 27 нм. Представлены рекомендации относительно возможного практического применения.
The results of investigation of morphology of discrete nanodimensional copper coating on the surface of sodium chloride powder are presented. Uniform and homogeneous coating was produced by the method of electron beam evaporation and condensation from vapor phase in vacuum. The obtained average size of copper particles in accordance with results of a laser correlation spectroscopy was 27 nm. Recommendations are given for a possible practical application.
|
| first_indexed | 2025-12-02T09:03:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.526
НАНОРАЗМЕРНЫЕ ДИСКРЕТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
ОКСИДА МЕДИ НА КРИСТАЛЛАХ ХЛОРИДА НАТРИЯ,
ОСАЖДЕННЫЕ ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ В ВАКУУМЕ
И. С. Ковинский, А. В. Горностай
Приведены результаты исследования морфологии дискретного наноразмерного медного покрытия на поверхности
порошка хлорида натрия. Способом электронно-лучевого испарения и конденсации из паровой фазы в вакууме
получено равномерное и однородное покрытие. Средний размер частиц меди согласно результатам лазерной кор-
реляционной спектроскопии составил 27 нм. Представлены рекомендации относительно возможного практического
применения.
The results of investigation of morphology of discrete nanodimensional copper coating on the surface of sodium chloride
powder are presented. Uniform and homogeneous coating was produced by the method of electron beam evaporation
and condensation from vapor phase in vacuum. The obtained average size of copper particles in accordance with results
of a laser correlation spectroscopy was 27 nm. Recommendations are given for a possible practical application.
Ключевые слова : EB PVD; электронно-лучевое осаж-
дение; наноразмерное дискретное покрытие; хлорид натрия;
медь; наночастички
Технология электронно-лучевого испарения и осаж-
дения в вакууме EB PVD неорганических матери-
алов широко применяется для формирования пле-
нок и покрытий с аморфной, нано- и микрострук-
турой [1, 2].
В связи с развитием нанотехнологий важное зна-
чение имеет разработка новых материалов, содер-
жащих наночастицы. Основные исследования и
применение этих материалов и технологий переме-
щаются в область биологии и медицины.
Хлориды щелочных металлов, в частности NaCl,
используются в оптике, а также благодаря биоло-
гической совместимости с живым организмом и хо-
рошей растворимости в воде – в фармацевтике в
качестве медицинских субстанций. NaCl является
самым перспективным хлоридом для практического
применения в медицине и биологии вследствие ми-
нимальной токсичности [3—8], а также в пищевой
и легкой промышленности.
В работах [9—11] приведены некоторые вариан-
ты получения наноразмерных частиц материалов в
удаляемой матрице хлоридов.
Цель настоящей работы заключается в полу-
чении и исследовании дискретного наноразмерного
покрытия меди на поверхности кристаллов неорга-
нического порошка акцептора хлорида натрия. По-
добные структуры на поверхностях микроразмер-
ных порошков неорганических и органических ве-
© И. С. КОВИНСКИЙ, А. В. ГОРНОСТАЙ, 2012
Рис. 1. Схема процесса электронно-лучевого испарения с после-
дующим осаждением парового потока на порошок акцептор в
вакуумной камере: 1 – камера пушек; 2 – электронно-лучевая
пушка; 3 – электронный луч; 4 – технологическая камера;
5 – вращающаяся емкость с порошком акцептором; 6 – дви-
гатель; 7 – к вакуумному насосу; 8 – порошок; 9 – испаря-
емый материал; 10 – графитовая крышка
50
ществ представляют практический интерес как ком-
позиционные твердофазные медицинские субс-
танции [10].
Экспериментальная часть. Исходным порошком
акцептором служили гранулы хлорида натрия,
средний размер которых составлял 400 мкм. На рис. 1
приведена схема нанесения наноструктурного мед-
ного покрытия на поверхность этих гранул. Поро-
шок NaCl находился в рабочей камере в открытой
вращающейся металлической емкости при непре-
рывном перемешивании.
Испарение металла (меди) осуществляли из зак-
рытого графитового тигля. Посредством молибде-
нового паропровода, нагреваемого электронным лу-
чом, паровая фаза из графитового тигля транспор-
тировалась к перемешиваемому порошку NaCl и
осаждалась на поверхности его гранул. Интенсив-
ность процесса испарения меди и стабильность па-
рового потока обеспечивали заданной мощностью
электронно-лучевого нагрева (I = 0,30 А, U = 40 кВ).
При экспозиции 3 мин формируется дискретное
покрытие, с увеличением длительности до 5 мин
происходит рост островков с последующим их пре-
образованием в тонкую пленку.
Морфологию поверхности покрытия исследова-
ли с помощью растровой электронной микроскопии
(РЭМ) на микроскопе фирмы «Tescan» при увели-
чении более 100000. Исследуемые образцы закреп-
ляли с помощью электропроводящей ленты на ос-
нове углерода. Для анализа выбрали более 100 гра-
нул порошка.
По результатам РЭМ выполнили обработку
изображения микроструктуры с помощью специа-
лизированного комплекса программ компьютерного
анализа изображений «Media cybernetics image ana-
lysis program» Image-Pro Plus version 6.0 и статис-
тический анализ. Полученные данные отражают
95%-й доверительный интервал значения среднего
размера частиц. С практической точки зрения мож-
но утверждать с 95%-й уверенностью, что истинное
значение среднего размера частиц находится между
70,5 и 80,5 нм.
Результаты и их обсуждение. Особое внимание при
проведении экспериментов уделяли равномерности
нанесения покрытия по поверхности гранул порош-
ка. С этой целью при перемешивании порошка на
пути его движения располагали устройство для
более эффективного перемешивания.
Дискретные частички, осажденные в пористой
матрице NaCl, активно абсорбируют кислород, при-
чем при содержании меди в матрице менее 20 мас. %
в конденсате присутствует преимущественно фаза
Cu2O [11]. Согласно результатам рентгеноспект-
рального анализа массовая доля меди в исследуемой
системе равна 0,15 мас. %. Следует учитывать так-
же, что объем образующегося на поверхности окси-
да больше объема самого металла в 1,71 раз [12].
На рис. 2 представлена морфология поверхнос-
ти покрытия, нанесенного равномерно по поверх-
ности гранулы и являющегося дискретной пленкой.
Размеры отдельных островков покрытия показаны
в виде гистограммы (рис. 3). Более 75 % частиц
имеют размер от 60 до 100 нм, а их средний размер
равен (75±5) нм, площадь поверхности покрытия
гранул в среднем составляет 39,75…43,25 % общей
площади поверхности гранулы. При увеличении
плотности парового потока за счет роста тока (от
Рис. 2. Структура покрытия Cu2O на порошке акцепторе NaCl: а – 35000; б – 125000
Рис. 3. Гистограмма распределения частиц Cu2O на поверхности
гранул NaCl; K – количество в единице объема; d – размер
гранул
51
0,30 до 0,40 А) отмечен ускоренный рост островков,
что приводит к образованию сплошной тонкой плен-
ки уже на 5-й минуте.
Общей особенностью наночастиц, полученных
описанным способом, как и другими известными,
является их склонность к объединению в агломера-
ты. Для определения фактических размеров и
структурной стабильности полученного покрытия
исследовали распределение наночастиц по разме-
рам в коллоидной системе методом фотон-корреля-
ционной спектроскопии [13, 14] на лазерном кор-
реляционном спектрометре «Zeta Sizer-3» (фирмы
«Malvern», Великобритания). Для этой цели при-
готовили водный раствор порошка с 3%-й поверх-
ностно активной добавкой поливинилпиралидона
(ПВП). Установлено что в водном растворе ПВП
размер частиц составил 20…35 нм с максимумом 27
нм, их массовая доля – 89 % (рис. 4).
Следовательно, можно предположить, что пок-
рытие, полученное по технологии электронно-луче-
вого испарения и осаждения из паровой фазы, при
указанных технологических параметрах процесса
имеет равномерный и постоянный размер составля-
ющих частиц, склонных к образованию агломера-
тов. Однако эти образования не имеют крепкой свя-
зи и возвращаются к исходным размерам отдельных
частиц при растворении матрицы-носителя. Опи-
санная технология является альтернативой извест-
ным способам получения наноразмерных элемен-
тов, в которых используется водорастворимая мат-
рица, а испарение компонентов проводится однов-
ременно из двух источников.
Выводы
1. Применен способ электронно-лучевого испарения
меди в вакууме и последующего осаждения паровой
фазы на поверхности кристаллов NaCl.
2. Путем изменения времени экспозиции можно
получать наноразмерное дискретное покрытие в ши-
роком диапазоне размеров и с различной степенью
заполнения.
3. Данный способ является альтернативой спо-
собам получения наноразмерных элементов, в ко-
торых используется водорастворимая матрица, а ис-
парение компонентов проводится одновременно из
двух источников, что позволяет избежать образо-
вания второстепенных соединений.
4. Водорастворимые порошки-носители, такие
как NaCl, с наночастицами можно трансформиро-
вать в соответствующие коллоидные системы, при-
меняющиеся в качестве вспомогательных веществ
при получении медицинских препаратов или пище-
вых добавок.
1. Мовчан Б. А., Яковчук К. Ю. Новый подход к получе-
нию микропористых материалов и покрытий электронно-
лучевым испарением неорганических веществ // Пробл.
спец. электрометаллургии. – 2001. – № 2. – С. 11—14.
2. Мовчан Б. А. Электронно-лучевая гибридная нанотехно-
логия осаждения неорганических материалов в ваку-
уме // Актуальн. пробл. современ. материаловедения. –
Київ: Академперіодика, 2008. – Т. 2. – С. 224—247.
3. Курлански М. Всеобщая история соли. – М., 2007. –
С. 13—25.
4. Владимиров Д. А. Оптимизация записи голограмм на ад-
дитивно окрашенных кристаллах KCl // Оптика и спек-
троскопия. – 2005. – 99, № 1. – С. 147—150.
5. Кукушкин Ю. Химия вокруг нас. Гл. 3. Поваренная соль //
М.: Высш. шк., 1992. – С. 68.
6. Классификация, особенности свойств, применение и тех-
нологии получения / Б. М. Балоян, А. Г. Колмаков,
М. И. Алымов, А. М. Кротов // Наноматериалы. –
М.: Дубна, 2007. – 331 с.
7. http//ru.wikipedia.org/wiki/хлорид натрия/хлорид ка-
лия/хлориды.
8. Наносеребро: технологии получения, фармакологические
свойства, показания к применению / И. С. Чекман,
Б. А. Мовчан, Л. А. Крушинская и др. // Мистецтво
лікування. – 2008. – № 5. – С. 32—34.
9. Мовчан Б. А. Электронно-лучевая нанотехнология и но-
вые материалы в медицине – первые шаги // Вісник
фармакології та фармації. – 2007. – № 12. – С. 5—13.
10. Мовчан Б. А. Твердо- и жидкофазные медицинские субс-
танции с наноразмерной структурой, осаждаемые из паро-
вой фазы в вакууме // Нанотехнології у фармації та ме-
дицині. – Харків, 2011. – С. 130—132.
11. Структура двухфазных конденсатов Cu—NaCl, осаждае-
мых из паровой фазы в вакууме / Ю. А. Курапов, С. Е. Лит-
вин, Г. Г. Дидикин, С. М. Романенко // Современ.
электрометаллургия. – 2011. – № 2. – С. 19—22.
12. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. – М.:
Металлургия, 1969. – 752 с.
13. Лазерная корреляционная спектроскопия и биология /
А. Д. Лебедев, Ю. Н. Левчук, А. В. Ломакин, В. А. Нос-
кин. – Киев: Наук. думка, 1987. – 256 с.
14. Применение лазерной корреляционной спектроскопии для
ЭФ биологических объектов в растворах / А. Д. Лебедев,
А. В. Ломакин, В. А. Носкин и др. // Инструменталь-
ные методы в физиологии и биофизике. – Л.: Наука,
1987. – С. 90—95.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 07.05.2012
Рис. 4. Распределение наночастиц в объеме V 3-% го раствора
ПВП в воде (данные лазерной корреляционной спектроскопии)
52
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96551 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T09:03:07Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ковинский, И.С. Горностай, А.В. 2016-03-18T10:41:32Z 2016-03-18T10:41:32Z 2012 Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме / И.С. Ковинский, А.В. Горностай // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 2 (107). — С. 50-52. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96551 669.187.526 Приведены результаты исследования морфологии дискретного наноразмерного медного покрытия на поверхности порошка хлорида натрия. Способом электронно-лучевого испарения и конденсации из паровой фазы в вакууме получено равномерное и однородное покрытие. Средний размер частиц меди согласно результатам лазерной корреляционной спектроскопии составил 27 нм. Представлены рекомендации относительно возможного практического применения. The results of investigation of morphology of discrete nanodimensional copper coating on the surface of sodium chloride powder are presented. Uniform and homogeneous coating was produced by the method of electron beam evaporation and condensation from vapor phase in vacuum. The obtained average size of copper particles in accordance with results of a laser correlation spectroscopy was 27 nm. Recommendations are given for a possible practical application. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Новые материалы Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме Nanodimensional discrete coatings of copper oxide on crystals of sodium chloride deposited from vapor phase in vacuum Article published earlier |
| spellingShingle | Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме Ковинский, И.С. Горностай, А.В. Новые материалы |
| title | Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме |
| title_alt | Nanodimensional discrete coatings of copper oxide on crystals of sodium chloride deposited from vapor phase in vacuum |
| title_full | Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме |
| title_fullStr | Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме |
| title_full_unstemmed | Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме |
| title_short | Наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме |
| title_sort | наноразмерные дискретные покрытия оксида меди на кристаллах хлорида натрия, осажденные из паровой фазы в вакууме |
| topic | Новые материалы |
| topic_facet | Новые материалы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96551 |
| work_keys_str_mv | AT kovinskiiis nanorazmernyediskretnyepokrytiâoksidamedinakristallahhloridanatriâosaždennyeizparovoifazyvvakuume AT gornostaiav nanorazmernyediskretnyepokrytiâoksidamedinakristallahhloridanatriâosaždennyeizparovoifazyvvakuume AT kovinskiiis nanodimensionaldiscretecoatingsofcopperoxideoncrystalsofsodiumchloridedepositedfromvaporphaseinvacuum AT gornostaiav nanodimensionaldiscretecoatingsofcopperoxideoncrystalsofsodiumchloridedepositedfromvaporphaseinvacuum |