Жидкометаллическая технология синтеза анизотропного наноструктурного аэрогеля AlOOH

25.12.2016 2016 - №04 Материалы и ядерная энергетика

Р.Ш. Асхадуллин А.А. Осипов Д.А. Скобеев

https://doi.org/10.26583/npe.2016.4.09

Рассматривается новый способ получения аэрогельных наноструктур (на примере аэрогеля AlOOH) с участием жидких металлов. В отличие от традиционного золь-гель-метода получения аэрогелей в новом методе роль спиртового (водного) раствора играет жидкий металл, в котором основа будущей аэрогельной структуры диссоциирует, а сборка наноструктуры происходит в газовой фазе над жидким металлом. Последнее обстоятельство принципиально отличает жидкометаллический метод от традиционной технологии синтеза аэрогелей. В золь-гель-методе сборка аэрогельной структуры происходит в результате удаления жидкой фазы при сверх-критических параметрах, что в конечном итоге определяет стоимость продуктов. В жидкометаллическом методе нет необходимости удалять жидкую фазу, так как сборка фрактальной наноструктуры происходит в газовой фазе. Жидкометаллический метод получения аэрогеля реализуется при невысоком (как правило, атмосферном) давлении. При этом не используются вредные и агрессивные реагенты, а теплоты реакции достаточно для поддержания необходимой температуры синтеза. Представлены результаты исследований синтеза и свойств наноструктурного мета-гидроксида алюминия Al2O3 ⋅n(H2O) (аэрогеля AlOOH) методом селективного окисления бинарных жидкометаллических расплавов Ga-Al и Bi-Al водяным паром. Исследования свойств аэрогеля проведены методами электронной микроскопии (SEM), рентгеноструктурного анализа (XRD), синхронной дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрии (DSC/TG), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX). На основании микроструктурных исследований установлено, что аэрогель обладает волокнистой ориентированной в пространстве наноструктурой с анизотропией типа «растяжение», диаметр волокон от 5 до 15 нм. Из рентгеноструктурных исследований следует, что аэрогель AlOOH остается аморфным, вплоть до температур 1000°С. Представлены результаты исследования теплофизических свойств аэрогеля и его элементного состава. Установлено, что аэрогель обладает низкой теплопроводностью ~ 0,01 – 0,03 Вт/(м⋅K) в достаточно широком диапазоне температур от 130 до 1300 K.

Ссылки

1. Baker J. Look into the Seeds of Time // Science. – 2006. – Vol. 314. – P. 1707.
2. Brownlee D. Comet 81P/Wild 2 under a microscope // Science. – 2006. – Vol. 314. – P. 1711.
3. Miller J.B., Rankin S.E., Ko E.I. Strategies in controlling the homogeneity of zirconia-silica aerogels: effect of preparation on textural and catalytic properties // Journal of Catalysis. – 1994. – Vol. 148. – P. 673.
4. Иванов И.И., Шелеметьев В.М., Ульянов В.В. Кинетика восстановления водородом свинца из его оксидов ромбической и тетрагональной модификации // Кинетика и катализ. – 2015. – Т. 56. –№ 3. – С. 305-309.
5. Friske J. Emmerling A. Aerogels – Preparation, properties, applications // Structure and Bonding. – 1992. – Vol. 77. – PP. 37-87.
6. Gulevich A.V., Martynov P.N., Gulevsky V.A., Ulyanov V.V. Technologies for hydrogen production based on direct contact of gaseous hydrocarbons and evaporated water with molten Pb and Pb-Bi. // Energy conversion and management. – 2008. – Vol. 49. – № 7. – PP. 1946-1950.
7. Poelz G., Riethmuller R. Preparation of silica aerosol for Cherenkov counters // Nuclear Instruments and Methods. – 1982. – Vol. 195. – P. 491.
8. Hrubesh L.W., Tillotson T.M., Poco J.F. in: Zelinski B.J.J., Brinker C.J., Clark D.E., Ulrich D.R. (Eds.). Better Ceramics Through Chemistry IV, MRS Symposia Proceedings No. 180, Materials Research Society, Pittsburgh, 1990. – P. 315.
9. Askhadullin R. Sh., Martynov P.N., Osipov A.A. Liquid metal based technology of synthesis of nanostructured materials (by the example of oxides). These materials properties and applications areas // Journal of Physics: Conference Series. – 2008. – Vol. 98.
10. Orlov Y.I., Efanov A.D., Martynov P.N., Gulevsky V.A., Papovyants A.K., Levchenko Y.D., Ulyanov V.V. Hydrodynamic problems of heavy liquid metal coolants technology in loop-type and mono-block-type reactor installations. // Nuclear engineering and design. – 2007. – Vol. 237. – No. 15-17. – PP. 18291837.
11. Chan M., Mulders N., Reppy J. Helium in aerogel // Physics Today. – 1996. – Vol. 49. – No. 8. – PP. 30-38.
12. Porto J.V., Parpia J.M. Superfluid 3He in aerogel // Physical Review Letters. – 1995. – Vol. 74. – No. 23. – PP. 4667-4670.
13. Dmitriev V.V., Askhadullin R.Sh., Martynov P.N., Osipov A.A., Krasnikhin D.A.,Senin A.A., Yudin A.N. Phase diagram of superfluid 3He in «nematically order» aerogel // JETP Letters. – 2012. – Vol. 95. – No. 6. – PP. 355-360.
14. Dmitriev V.V., Askhadullin R.Sh., Martynov P.N., Osipov A.A., Senin A.A., Yudin A.N. Anisotropic 2D Larkin - Imry - Ma stste in polar distorted ABM phase of 3He in «nematically order» aerogel // JETP Letters. – 2014. – Vol. 100. – No. 10. Доступно на странице http://arxiv.org/abs/1410.5194.
15. Dmitriev V.V., Senin A.A., Soldatov A.A., Yudin A.N. Polar phase of superfluid 3He in anisotropic aerogel. Доступно на странице http://arxiv.org/abs/1507.04275.
16. Teichner S.J., in: Fricke J. (Ed.) Aerogels: Proceedings of the First International Symposium, Wurzburg, Fed. Rep. of Germany, September 23-25, 1985, Springer, Berlin, New York. – 1985. – P. 22.
17. Kistler S.S. Coherent expanded aerogels and jellies // Nature. – 1931. – Vol. 127. – No. 3211. – P. 741.
18. Teichner S.J. Method of preparing inorganic aerogels // Colloid and Interfase Science. – 1976. –Vol. 5. – No. 3. – P. 245.
19. Astier M. Preparetion of Catalyst / Ed. B. Delmon et.al. – Amsterdam: Elsevier, 1976. – 315 p.
20. Schmidt H. Chemistry of material preparation by the sol-gel process // Journal of Non-Crystalline Solids. – 1988. – Vol. 100. – PP. 51-64.
21. Woignier T., Phalippou J., Zarzucki J. Monolithic aerogels in the systems SiO2- B2O3 , SiO2 - P2O5 , SiO2 -B2O3 -P2O5 // Journal of Non-Crystalline Solids. – 1984. – Vol. 63. – PP. 117-130.
22. Husing N., Schubert U. Aerogele – luftige Materialien: Chemie, Struktur und Eigenschaften // Angew. Chem. – 1998. – Vol. 110. – PP. 22-47.
23. Дмитриев В.В. Структура и свойства «нематически упорядоченных» аэрогелей // Письма в ЖЭТФ. – 2015. – Т. 101. – Вып. 8. – С. 613-619.

нанотехнология аэрогель жидкометаллический расплав галлий висмут анизотропные наноструктуры теплопроводность оксид алюминия

Ссылка для цитирования статьи: Асхадуллин Р.Ш., Осипов А.А., Скобеев Д.А. Жидкометаллическая технология синтеза анизотропного наноструктурного аэрогеля AlOOH. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 4. – С. 91-101. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2016.4.09 .