Введение 12
1 Литературный обзор 15
1.1 Нанотехнология: история и развитие 15
1.2 Методы получения нанопорошков и сфера их применения 19
1.2.1 Механические методы 21
1.2.2 Физические методы 24
1.2.3 Химические методы 25
1.2.3.1 Механохимический синтез 25
1.2.3.2 Электрохимическое окисление металлов 26
1.2.3.3 Химический синтез 27
1.2.3.4 Плазмохимический синтез 28
1.2.4 Физико-химические методы 29
1.2.5 Применение нанопорошков 31
1.3 Получение металлических порошков методом ЭВП 35
1.4 ЭВП как метод получения нанопорошков 37
1.5 Области применения электровзрывных нанопорошков 39
1.5.1 Структура рынка нанопорошков по странам 41
1.5.2 Особенности потребления нанопорошков 42
2 Методика исследований 44
2.1 Получение нанопорошков Та и Pt методом ЭВП 44
2.1.1 Схема установки и принцип её работы 44
2.1.2 Параметры ЭВП Pt-Rh сплава и Та 46
2.2 Методика изучения физико-химических свойств порошков 47
2.2.1 Определение удельной поверхности. Метод БЭТ 47
2.2.2 Сканирующая электронная микроскопия 47
2.2.3 Просвечивающая электронная микроскопия 48
2.2.4 Дифференциально-термический анализ 48
2.2.5 Рентгенофазовый анализ 49
3 Практическая часть 50
3.1 Получение Pt-Rh нанопорошка методом ЭВП 50
3.1.1 Изучение процесса протикания ЭВП Pt-Rh сплава 50
3.1.2 Cвойства полученного порошка Pt-Rh сплава 53
3.2 Получение нанопорошка Та методом ЭВП 55
3.2.1 Изучение процесса протикания ЭВП Та 55
3.2.2 Cвойства полученного порошка Та 59
4 Финансовый менеджмент 64
4.1 Предпроектный анализ. Потенциальные потребители результатов
исследования 64
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 65
4.1.2 SWOT-анализ 67
4.2 Инициация проекта 69
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом 72
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта 72
4.3.2 Контрольные события проекта 72
4.3.3 План проекта 73
4.3.4 Бюджет научного исследования 75
5 Социальная ответственность 83
5.1 Описание рабочего места 83
5.2 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной
среды 84
5.2.1 Метеоусловия и микроклимат на рабочем месте 84
5.2.2 Вредные вещества и работа с нанопорашками 86
5.2.2.1 Работа с нанопорошком тантала 87
5.2.2.2 Работа с нанопорошком платины 88
5.2.3 Пожарная безопасность 88
5.2.3.1 Классификация огнетушителей 89
опасности» 92
5.2.3.3 Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности 92
5.3 Электробезопасность 94
5.4 Освещенность 97
5.5 Шум и вибрация 100
5.6 Охрана окружающей среды 102
5.7 Защита в ЧС 102
5.8 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 103
Заключение 105
Список публикаций студента 106
Список использованных источников 108
Развитие нанотехнологий является одним из наиболее важных, востребованных приоритетных направлений в развитии технологии и техники во всем мире и в частности Российской Федерации.
К приоритетным направлениям нанотехнологий относится получение объектов в нанометровом масштабе и в особенности, нанопорошков металлов. В процессе перехода от массивных металлов к нанопорошкам и наночастицам кардинально изменяются большое число основных фундаментальных свойств материала таких как (температура плавления, работа выхода электронов, химическая активность, электропроводность магнитные свойства и др.). Что в свою очередь позволяет получать новые металлические и композиционные материалы с улучшенными механическими, электрофизическими, магнитными, физико-химическими характеристиками.
Одним из методов получения металлических нанопорошков является электрический взрыв проводников (ЭВП). Возможность регулирование параметров ЭВП позволяет получать нанопорошки в заданном интервале распределения частиц по размерам, что способствует контролю над характеристиками конечного продукта. Метода электрического взрыва проводников характерен низкой энергозатратностью, связанной с импульсным подводом энергии к проводнику, большой производительностью простотой технологии, доступностью исходного сырья.
Нанопорошки тантала и платины находят широкое применение в электронике, косметологии, при создании восстанавливающих смазочных материалов, в качестве катализаторов, фильтрующих материалов и др.
Так как наблюдается большая востребованность в танталовых и платиновых нанопорошках, а метод электрического взрыва проводников является производительным и мало энергозатратным, исследование получения нанопорошков методом ЭВП является актуальной задачей.
Цель работы - изучить возможность получения нанопорошков тантала и платино-родиевого сплава методом электрического взрыва проводника (ЭВП) и их физико-химические свойства.
Согласно поставленной цели были решены следующие задачи:
1) Найти оптимальные режимы электрического взрыва для танталовых и платино-родиевых проводников.
2) Исследование фазового состава, дисперсности и морфологии полученных танталовых и платиновых нанопорошков.
3) Исследование физико-химических свойства танталовых и платиновых нанопорошков.
Объект исследования - нанопорошки тантала и платино-родиевого сплава полученные методом электрического взрыва проводника.
Предмет исследования - процесс электрического взрыва танталовых и платино-родиевых проводников.
Новизна работы заключается в следующем
1) Исследована возможность получения танталовых и платинородиевых нанопорошков методом электрического взрыва проводников.
2) Экспериментально установлено, что увеличение вводимой энергии в проводник приводит к уменьшения среднего размера частиц танталового нанопорошка.
3) Установлено что порошок тантала состоит из двух фракций: микронной и нано фракции.
Практическая ценность работы:
1) На основании работы рассчитаны начальные параметры процесса электрического взрыва (ёмкость конденсаторных батарей, начальное напряжение, индуктивность контура, длина и диаметр проводника) получения нанопорошков из платинородиевого сплава в инертной атмосфере аргона.
2) Рассчитаны параметры оптимального режима взрыва танталовых проводников с максимальной энергией, вводимой в проводник.
3) Изучены морфология, дисперсность, фазовый состав и физикохимические свойства танталовых и платино-родиевых нанопорошков полученных методом электрического взрыва проводника.
Апробация работы
Основные результаты по теме диссертационной работы представлены на следующих конференциях:
1) XII Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, Россия).
2) IV Международная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Высокие технологии в современной науке и технике» (г. Томск, Россия).
3) 3rd International School and Conference "Saint-Petersburg OPEN 2016" which is chaired by Nobel Prize Laureate in Physics (2000), academician Zhores I. Alferov. (г. Санкт-Петербург, Россия).
4) XIII Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, Россия).
5) Международной конференции и молодежной школе «Материалы и технологии новых поколений в современном материаловедении» (г. Томск, Россия)
Из анализа литературы хорошо видно, что метод электрического взрыва проводников в настоящее время является очень перспективным и востребованным методом для получения нанопорошков. Метод ЭВП является не энергозатратным, производительным и экологически чистым.
Исследован процесс электрического взрыва танталовых и платинородиевых проводников. Проведены различные анализы физико-химических свойств, дисперсности, морфологии, дифференциально термический анализ, измерена площадь удельной поверхности полученных нанопорошков тантала и платины.
Установлено, что полученный порошок тантала состоит из двух фракций - микронных частиц со средним диаметром 4 мкм и нанометровых частиц со средним диаметром 200 нм. Порошок платины имеет средний размер частиц около 150 нм.
Установлено что методом электрического взрыва проводника возможно получать нанопорошки тантала и платины, с определенными свойствами, которые можно менять варьируя параметры взрыва.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
