Оцените презентацию от 1 до 5 баллов!
Тип файла:
ppt / pptx (powerpoint)
Всего слайдов:
31 слайд
Для класса:
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11
Размер файла:
2.62 MB
Просмотров:
44
Скачиваний:
0
Автор:
неизвестен
Слайды и текст к этой презентации:
№1 слайд![НАНОКОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img0.jpg)
Содержание слайда: НАНОКОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
ЛЕКЦИЯ 2
Размерные эффекты. Причины и различные проявления размерных эффектов.
Определение размерных эффектов
Поверхностные свойства малых частиц
Повышенная летучесть и растворимость наноразмерных кристаллов.
Зависимости температур плавления и фазовых переходов от размера частиц.
Изменение физико-химических свойств при уменьшенее размера частиц.
Слабые и сильные размерные эффекты.
№2 слайд![Что такое размерные эффекты?](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img1.jpg)
Содержание слайда: Что такое «размерные эффекты?»
№3 слайд![Поверхностные свойства и](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img2.jpg)
Содержание слайда: Поверхностные свойства и термодинамика малых частиц
Изменение энергии Гиббса при образовании N частиц радиуса r равно:
№4 слайд![Закон Томсона Кельвина .](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img3.jpg)
Содержание слайда: Закон Томсона (Кельвина). Повышенное равновесное давление над каплей жидкости.
Химический потенциал вещества в газе
Химический потенциал вещества в жидкой фазе
Из условия равновесия между каплей и паром следует
№5 слайд![Уравнение](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img4.jpg)
Содержание слайда: Уравнение Гиббса-Фрейндлиха-Оствальда. Повышенная растворимость веществ.
Химический потенциал вещества в растворе
Химический потенциал вещества в кристаллической фазе
Выражение для повышенной растворимости
№6 слайд![Термодинамический подход к](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img5.jpg)
Содержание слайда: Термодинамический подход к описанию размерных эффектов.
1. Однокомпонентные системы.
Изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса) вещества описывается общим выражением:
Видно, что поверхностная энергия играет роль дополнительного внешнего параметра, который наряду с Р и Т определяет термодинамическое состояние системы
№7 слайд![Что такое размер частицы?](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img6.jpg)
Содержание слайда: Что такое размер частицы?
Определение характерного размера частицы произвольной формы предложено А.И.Русановым для трехмерных систем:
L ≈ 6V/S,
где V – объем частицы; S – ее поверхность.
Для кубика – это размер ребра (a); для сферы – ее диаметр (D);
Для двухмерных систем (тонкой пластины)
L ≈ 2V/S,
L – толщина пластины (D)
Для одномерных систем (бесконечной нити/тонкого цилиндра)
L ≈ 4V/S
L – диаметр нити (D)
В общем случае L ≈ V/S ( 2 < < 6) – зависит от формы частиц
Величина удельной мольной поверхности (S) связана обратно- пропорциональной зависимостью с размером частиц (3D-частицы)
S = 4Vm/L,
где Vm – мольный объем.
№8 слайд![Зависимость температуры](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img7.jpg)
Содержание слайда: Зависимость температуры плавления Tm от размера частиц L
№9 слайд![Экспериментальные фазовые](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img8.jpg)
Содержание слайда: Экспериментальные фазовые диаграммы, представленные для различных систем в координатах
Tt = f(L-1)
Б.Я.Пинес (1950-60 гг.)
Ю.Ф.Комник (1970-е)
- температура плавления уменьшается
- температуры фазовых переходов могут ↓ и ↑
- могут появиться новые фазы (фазовый размерный эффект)
№10 слайд![Фазовая диаграмма в](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img9.jpg)
Содержание слайда: Фазовая диаграмма в координатах G = f(T) для большого кристалла (сплошные линии) и нанокристалла (пунктир)
№11 слайд![Необычные физико-химические](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img10.jpg)
Содержание слайда: Необычные физико-химические свойства наноматериалов связаны с их высокой удельной поверхностью
№12 слайд![Необычные физико-химические](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img11.jpg)
Содержание слайда: Необычные физико-химические свойства наноматериалов связаны с малым общим числом атомов в частице
№13 слайд![Зависимость параметра](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img12.jpg)
Содержание слайда: Зависимость параметра кристаллической решетки от размера частиц
№14 слайд![](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img13.jpg)
№15 слайд![Size effect](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img14.jpg)
Содержание слайда: Size effect5
№16 слайд![Размерные эффекты в](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img15.jpg)
Содержание слайда: Размерные эффекты в гомогенных системах:
1. «Обычные» размерные эффекты, связанные с вкладом поверхностной энергии или размерные эффекты I рода по Щербакову (1950-1960 гг.)
Характерны для любых систем
2. Фазовые размерные эффекты (размерные эффекты II рода), которые невозможно объяснить вкладом поверхности; они определяются всем коллективом атомов в системе - наиболее интересны!
Наблюдаются только в наночастицах и наносистемах
№17 слайд![Нанокластеры размер - менее -](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img16.jpg)
Содержание слайда: Нанокластеры (размер - менее 1-3 нм)
№18 слайд![Нанокластеры квантовые точки](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img17.jpg)
Содержание слайда: Нанокластеры:
квантовые точки и заряженные кластеры ионных соединений
№19 слайд![Нанокластеры квантовые точки](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img18.jpg)
Содержание слайда: Нанокластеры: квантовые точки
№20 слайд![Нанокластеры высокая](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img19.jpg)
Содержание слайда: Нанокластеры: высокая каталитическая активность
№21 слайд![нанотрубки](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img20.jpg)
Содержание слайда: нанотрубки
№22 слайд![Нанокерамика](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img21.jpg)
Содержание слайда: Нанокерамика
№23 слайд![Получение наночастиц методом](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img22.jpg)
Содержание слайда: Получение наночастиц методом механической активации
№24 слайд![](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img23.jpg)
№25 слайд![Время жизни наночастиц](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img24.jpg)
Содержание слайда: Время жизни наночастиц
№26 слайд![Термодинамические условия](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img25.jpg)
Содержание слайда: Термодинамические условия стабильности композита.
- При dG/dAMX-A < 0 процесс образования межфазного контакта является термодинамически выгодным. Этот случай представляется наиболее интересным для химии твердого тела, так как спекание сопровождается увеличением площади межфазного контакта AMX-A.
№27 слайд![Термодинамические условия](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img26.jpg)
Содержание слайда: Термодинамические условия стабильности композита.
Выражая величину MX-A через свободную энергию адгезии, а:
а = MX + A – MX-A,
можно найти изменение энергии Гиббса композита при увеличении площади межфазного контакта на величину dAMX-A:
dG/dAMX-A = MX(dAMX/dAMX-A) + A(dAA/dAMX-A) +MX + A – а
Механизм припекания, – образования и роста поверхности раздела фаз, подробно рассмотрен в работах Пинеса и Гегузина, из которых следует, что механизм и кинетика припекания будут различны, в двух случаях, которые определяются условиями
a < 2MХ
a > 2МХ
В первом случае между двумя крупинками
устанавливается перешеек, форма и размер
которого определяются начальной
морфологией частиц и абсолютными
величинами MX, A и а (см. рисунок)
Второй случай – условие полного растекания Гиббса-Смита (образование стабильных пленок)
№28 слайд![Термодинамические условия](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img27.jpg)
Содержание слайда: Термодинамические условия стабильности нанокомпозита.
Условие полного растекания получается при
dG/dAMX-A < 0; dAA/dAMX-A = -1; dAMX/dAMX-A 1,
т.е. когда в процессе уменьшения свободной поверхности компонента A (подложки) образуется эквивалентное количество свободной поверхности компонента MX (пленки);
Однако, в общем случае вновь образованные свободные поверхности компонента MX могут перекрываться. При этом условие растекания сводится к
a > MX
Это выражение будет справедливо и для случая растекания соли по порам. В этом случае роль размера частицы будет играть средний диаметр пор.
№29 слайд![Исследование эффекта](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img28.jpg)
Содержание слайда: Исследование эффекта самодиспергирования in situ
Исследование процесса образования нанокомпозитов методом ДСК.
Слева: кривые ДСК композитов (1-x)RbNO3−xAl2O3: нижняя кривая - исходные смеси, верхняя кривая - на втором нагреве.
Справа: верхний рисунок - кривая ДСК на первом нагреве смеси состава 0.6RbNO3−0.4Al2O3, полученной смешиванием в планетарной мельнице;
нижний рисунок – кривые ДСК смеси 0.6RbNO3−0.4Al2O3 без предварительного нагрева (1) и после прогрева в течение 1 час при 200оС (2) и 250оС (3).
№30 слайд![Почему образуется аморфная](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img29.jpg)
Содержание слайда: Почему образуется аморфная фаза?
№31 слайд![Выводы Размерные эффекты](/documents_6/20da74ee475ce5275b87cc9dd137607b/img30.jpg)
Содержание слайда: Выводы
Размерные эффекты – общее свойство всех веществ и материалов
Все размерные эффекты можно качественно разделить на два типа:
- «слабые» размерные эффекты (I рода), обусловленные вкладом поверхности без существенного изменения свойств вещества;
- «сильные» эффекты (размерные эффекты II рода), в результате которых изменяются все фундаментальные характеристики вещества.
«Слабые» размерные эффекты описываются в рамках термодинамического подхода с помощью уравнений типа Томсона-Кельвина.
«Сильные» размерные эффекты наблюдаются в нанокластерах и нанокомпозитах.
Нанокомпозиты можно получить методом самодиспергирования, при этом они будут термодинамически стабильны!