Морфология и кинетика роста наночастиц Ni на поверхности многостенных углеродных нанотрубок при гальваностатическом электроосаждении

4. Развитие математических теорий и методов для компьютерных приложений

ния LabView 10.0, National Instruments, является довольно удобным и надежным средством для фазового экспресс-анализа шлифов магнетит-гематитовых руд.

Литература

1. Donskoi E., Suthers S.P., Campbell J.J., Raynlyn T. Modelling and optimization of hydrocyclone for iron ore fines beneficiation using optical image analysis and iron ore texture classification // Int. J. Miner. Process. 2008. V. 87. P. 106-119.

2. Celik I.B., Can N.M., Sherazadishvili J. In-fulence of process mineralogy on improving metallurgical performance of a flotation plant // Mineral Processing & Extractive Metall. Rev., 2011.32: 30-46.

3. Adem Tasdemir. Evaluation of grain size distribution of unbroken chromites // Minerals Engineering. 2008. V. 21. P. 711-719.

4. Julio Cesar Alvarez Iglesias, Otavio da Fonseca Martins Gomes, Sidnei Paciornik. Automatic recognition of hematite grains under polarized reflected light microscopy through image analysis // Minerals Engineering 24 (2011) 1264-1270.

5. Claudio A. Perez , Pablo A. Estevez, Pablo A. Vera, Luis E. Castillo, Carlos M. Aravena, Daniel A. Schulz, Leonel E. Medina. Ore grade estimation by feature selection and voting using boundary detection in digital image analysis // Int. J. Miner. Process. 2011. V. 101. P. 28-36.

6. F. Nellros, M.J. Thurley. Automated image analysis of iron-ore pellet structure using optical microscopy // Minerals Engineering. 2011. V. 24. P. 1525-1531.

7. Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности. М.: Машиностроение, 2009.

8. Головин Ю.И. Наноиндентирование и механические свойства твердых тел в субмикрообъемах, тонких приповерхностных слоях и пленках (обзор) // ФТТ. 2008. Вып. 12. Т. 50. С. 2113-2142.

УДК 593.3

МОРФОЛОГИЯ И КИНЕТИКА РОСТА НАНОЧАСТИЦ №

НА ПОВЕРХНОСТИ МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ПРИ ГАЛЬВАНОСТАТИЧЕСКОМ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИИ

Ю.И. Головин, Р.А. Столяров, А.В. Шуклинов

Методом гальваностатического электроосаждения получены наночастицы N1 на поверхности многостенных углеродных нанотрубок. Исследована кинетика роста и морфология наночастиц N1 при плотностях тока у = 0,01.. .5 А/дм2.

Ключевые слова: нанокомпозиционные материалы, углеродные нанотрубки, наночастицы никеля.

Металлические наночастицы (НЧ) находят все более широкое применение в различных областях науки, техники и производства [1, 2]. В большинстве перечисленных приложений, связанных с взаимодействием наночастиц с обтекающими их газами или жидкостями, необходимо обеспечить высокую концентрацию и макрооднородность распределения НЧ в объеме, их хорошую закрепленность в матрице и, вместе с тем, низкое гидравлическое сопротивление омывающему потоку. В частности, наночастицы N1 применяют в качестве катализаторов (синтез углеродных наноструктур [3], гидрирование цитраля [4], каталитический крекинг метана [5]), элементов водородных топливных ячеек [6, 7], магнитных носителей информации [5-9, 10], биосенсоров [11, 12] и др.

Многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) были синтезированы методом каталитического пиролиза природного газа на

Ni/Mg-катализаторе при атмосферном давлении и температуре 620оС [13] в ООО «НаноТехЦентр» в г. Тамбове. Они имели диаметр d~ 20...50 нм и длину ~ 10 мкм.

НЧ Ni синтезировали методом электрохимического осаждения из электролита Уотса (N1SO4 - 70% об., NiCl2 - 20% об. и HBO3-10% об.) при плотностях тока j = 0,01, 0,1,

0,5 и 5 А/дм2 в гальваностатическом режиме. Кислотность электролита, измеренная прибором pH-2005 фирмы Selecta, составляла 4,26±0,02 pH. Скорость роста наночастиц варьировали изменением плотности тока, отнесенной к поверхности катода. Катод состоял из запрессованных в проводящую подложку МУНТ. Исследование микроструктуры, морфологии и размеров НЧ, а также самих МУНТ проводили с помощью сканирующего электронного микроскопа NEON 40 фирмы Carl Zeiss (Германия). Размер НЧ определяли по электронно-микроскопическим

Психолого-педагогический журнал Гаудеамус, №2 (20), 2012

изображениям с помощью программного комплекса «Структура 5.0» компании Видеотест, Россия.

При плотности тока 5 А/дм2 получается пространственная структура (рис. 1 а), состоящая из НЧ N1, расположенных на карка-

се из углеродных нанотрубок. Пример распределения по размерам НЧ приведен на рис. 1 Ь. Такой способ позволяет синтезировать дистанцированные друг от друга НЧ диаметром от единиц до сотен нм, нанизанные на прочный каркас из нанотрубок.

Рис. 1. Ансамбль никелевых наночастиц на каркасе из углеродных нанотрубок (у = 5 А/дм2, 5 сек.). а) СЭМ-изображение; Ь) гистограмма распределения никелевых частиц по размерам. По оси ординат отложена величина Р = (п/п0)*100 % приведенного содержания наночастиц данного размера в образце, где п - число наночастиц, имеющих размеры из указанного интервала величины d, п0 = 1448 - общее число измеренных наночастиц.

Варьирование параметров гальваноста-тического осаждения позволяет получать НЧ с прогнозируемым распределением по размеру и морфологии и управлять их физикохимическими свойствами. Электроосаждение НЧ металла на пространственную матрицу из МУНТ способствует их равномерному макрораспределению, исключению агломерации и межчастичного взаимодействия. Благодаря этому нанокомпозиционная система их НЧ металла, прочно закрепленных на каркасе из МУНТ, может найти широкий спектр практического применения, например, в качестве катализаторов, фильтров, биоактивных и композиционных материалов.

Литература

1. Bushan B. Handbook of Nanotechnology. Berlin: Springer-Verlag. 2010.

2. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику. М.: Машиностроение. 2008.

3. Cheng J., Zhang X., Ye Y. // Journal of Solid State Chemistry. 2006. V. 179. P. 91-95.

4. Hoon Byeon J., Hwang J. // Surface & Coating Technology. 2008. V. 203. P. 357-363.

5. Liu Y., Jiang W., Xu L., Yang X., Li F. // Materials Letters. 2009. V. 63. P. 2526-2528.

6. Bittencourt C., Felten A., Ghijsen J., Pireaux J.J., Drube W., Erni R., Van Tendeloo G. // Chemical Physics Letters. 2007. V. 436. P. 368-372.

7. Осипова И.В., Внукова Н.Г., Глущенко Г.А., Крылов А.С., Томашевич Е.В., Жарков С.М., Чурилов Г.Н. // ФТТ. 2009. Т. 51. вып. 9. С. 1857-1859.

8. Tang Y., Yang D., Qin F., Hu J., Wang Ch., Xu H. // Journal of Solid State Chemistry. 2009. V. 182. № 8. P. 2279-2284.

9. Gonzalez A., de Jesus J.C., de Navarro C.U., Garria M. // Catalysis Today. 2010. V. 149. P. 352-357.

10. Wang S., Xie F., Hu R. // Sensors and Actuators B. 2007. V. 123. P. 495-500.

11. Chen C., Lin K., Tsai W., Chang J., Tseng C. // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. V. 35. P. 5490-5497.

12. Lin K., Tsai W., Chang J. // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. V. 35. P. 7555-7562.