Способ получения ламеллярных наноструктурных материалов путем контролируемой вакуумной лиофильной сушки жидкой дисперсии наночастиц или субмикронных частиц

Авторы патента:


Способ получения ламеллярных наноструктурных материалов путем контролируемой вакуумной лиофильной сушки жидкой дисперсии наночастиц или субмикронных частиц
Способ получения ламеллярных наноструктурных материалов путем контролируемой вакуумной лиофильной сушки жидкой дисперсии наночастиц или субмикронных частиц
Способ получения ламеллярных наноструктурных материалов путем контролируемой вакуумной лиофильной сушки жидкой дисперсии наночастиц или субмикронных частиц

 


Владельцы патента RU 2599282:

ВЫСОКА ШКОЛА БАНСКА-ТЕКНИКАЛ ЮНИВЕРСИТИ ОФ ОСТРАВА, СЕНТРУМ НАНОТЕХНОЛОГИИ (CZ)

Использование: для получения ламеллярных наноструктур. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения ламеллярных наноструктурных материалов путем контролируемой лиофильной сушки жидкой дисперсии наночастиц или субмикронных частиц характеризуется тем, что жидкую дисперсию наночастиц или субмикронных частиц очень быстро замораживают в закрытом пространстве до твердого состояния и в таком виде подвергают лиофилизации, при этом молекулы дисперсионной среды удаляют при скорости сублимации, определяемой по скорости уменьшения границы сублимации замороженной дисперсии в диапазоне от 10-2 до 102 мкм/с, при значении пониженного давления в диапазоне от 10 кПа до 1 Па и температуре от -130 до 0°C до полного их выведения путем сублимации, причем ориентацию вектора нормали преобладающей поверхности границы сублимации регулируют следующим образом: a) для получения прочно связанных ламеллярных агрегатов ориентацию вектора выбирают из диапазона 0-45° относительно направления вертикально вверх или b) для получения значительно более простых ламеллярных агрегатов ориентацию вектора выбирают из диапазона 135-180° относительно направления вертикально вверх. Технический результат: обеспечение возможности получения ламеллярных наноструктур с высокой удельной поверхностью. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области нанотехнологии, каталитической химии, экологической инженерии и техники безопасности и технологии ламеллярных неорганических материалов.

Уровень техники

В настоящее время для экономически целесообразного крупномасштабного получения нановолокон применяют способ электропрядения, заключающийся в том, что в качестве очень тонкой струи жидкости, образующейся из капли в сильном электрическом поле, в основном используют органические предшественники.

Способы, основанные на вышеуказанных принципах, описаны в следующих работах:

Ramakrishna, S., Fujihara, K., Тео, W.E., Lim, T.Ch., Ma, Z.: An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, World Scientific Publishing Co, Pte. Ltd., 2005;

Международная заявка на патент WO 2005024101 - Способ получения нановолокон из раствора полимера с использованием электростатического прядения и устройство для осуществления способа (A Method of Nanofibers Production from a Polymer Solution Using Electrostatic Spinning and a Device for Carrying out the Method);

Международная заявка на патент WO 2009135446 - Способ получения неорганических нановолокон и/или нановолокнистых структур, содержащих нитрид титана, неорганические нановолокна и/или нановолокнистые структуры (Method for Production of Inorganic Nanofibers and/or Nanofibrous Structures Comprising Titanium Nitride, Inorganic Nanofibers and/or Nanofibrous Structures);

Международная заявка на патент WO 2009135448 - Способ получения неорганических нановолокон путем электростатического прядения (A Method for Production of Inorganic Nanofibers through Electrostatic Spinning).

В основе указанных способов прядения лежат принципы, отличные от непосредственной контролируемой агломерации неорганических наночастиц с образованием фибриллярных агрегатов, и указанные способы не обеспечивают получение ламеллярных микроструктур с высокой удельной поверхностью.

Описание изобретения

Способ получения наноструктурных материалов путем контролируемой вакуумной лиофильной сушки жидкой дисперсии наночастиц основан на последовательном проведении следующих операций:

1. Выбирают исходный материал в форме нанопорошка или субмикронного порошка, в котором фактический размер частиц составляет менее 1000 нм, и жидкость для дисперсионной среды, которая не растворяет соответствующий материал и является инертной по отношению к нему.

2. Получают жидкую дисперсию частиц исходного материала в указанной жидкости. В соответствии с требуемой структурой конечного материала также выбирают концентрацию частиц дисперсной фракции.

3. Жидкую дисперсию очень быстро замораживают до твердого состояния в закрытом пространстве.

4. Твердый блок замороженной дисперсии помещают в вакуумную камеру лиофилизатора.

5. С учетом требуемой структуры конечного продукта выбирают один из следующих режимов лиофильной сушки:

для получения ламеллярных микроструктур и наноструктур (см. пункт 2) угол между вектором нормали преобладающей поверхности границы сублимации и вертикалью выбирают в соответствии с требуемыми структурными свойствами конечного продукта следующим образом:

i) если требуется получение очень простых ламеллярных агрегатов, угол выбирают из диапазона 135-180° относительно восходящей вертикали,

ii) если требуется получение прочно связанных ламеллярных агрегатов, угол выбирают из диапазона 0-45° относительно восходящей вертикали.

В случае ориентации i), где поверхность границы сублимации, главным образом, направлена вниз, контактное взаимодействие Ван-дер-Ваальса между поверхностями частиц происходит реже.

В случае ориентации ii), где поверхность границы сублимации направлена, главным образом, вверх, частота контактного взаимодействия Ван-дер-Ваальса между поверхностями частиц при испарении жидкости увеличивается в значительной степени.

Термин «граница сублимации» согласно настоящему изобретению означает свободную поверхность (площадь) замороженной дисперсии, на которой происходит сублимация молекул дисперсионной среды.

6. Скорость уменьшения границы сублимации замороженной дисперсии можно регулировать за счет температуры поверхности и глубины вакуума в диапазоне от 10-2 до 102 мкм/с.

Более высокие скорости соответствуют более быстрой сублимации, при которой наблюдается более интенсивный молекулярный поток паров в направлении от поверхности.

Такой «сублимационный ветер» разрушительно влияет на зарождающиеся упорядоченные структуры и снижает степень когезии.

С другой стороны, медленная сублимация обеспечивает время для более высокой самоорганизации преимущественно ламеллярных наноструктур.

Глубину вакуума выбирают в диапазоне от 10 кПа до 1 Па.

Выбор параметров зависит от конкретной жидкости, применяемой в качестве дисперсионной среды. Например, для воды при пониженном давлении 12 Па и температуре на границе сублимации -40°C указанная скорость составляет 0,61 мкм/с.

Большинство подходящих жидкостей, применяемых в качестве дисперсионной среды, замерзают в диапазоне температур от -130 до 0°C.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Увеличенное изображение ламеллярных микроструктур агрегата фуллерена nC60 в металлическом тигле.

Фиг. 2. Изображение ламеллярных микроструктур агрегата фуллерена nC60, полученное с помощью электронного сканирующего микроскопа.

Фиг. 3. Изображение элементарной ламеллярной структуры агрегата фуллерена nC60 со средним размером частиц 26 нм, полученное с помощью трансмиссионного электронного микроскопа.

Следующие примеры предложены в качестве дополнительной иллюстрации и для облегчения понимания сущности настоящего изобретения и не ограничивают изобретение каким-либо образом.

Способы реализации изобретения

Пример

В качестве исходного материала выбирали агрегаты фуллерена nC60 со средним размером частиц 26 нм. В качестве жидкости для дисперсионной среды выбирали очищенную воду. Полученную дисперсию быстро охлаждали до твердого состояния. Твердый блок замороженной дисперсии помещали в вакуумную камеру лиофилизатора. Выбирали вертикальную угловую ориентацию вектора нормали преобладающей границы сублимации относительно вектора вертикали. Твердый блок замороженной дисперсии затем подвергали лиофилизации при 24 Па и температуре поверхности -24°C, в результате чего происходила сублимация всей очищенной воды в зону замораживания лиофилизатора. Таким образом, в том месте, куда помещали твердый блок замороженной дисперсии, наночастицы nC60 стремились к самоорганизации с образованием преимущественно ламеллярных микроструктур (см. Фиг. 1, 2 и 3).

Промышленная применимость

Возможности промышленного применения предложенного способа являются широкими - от применений исключительно в нанотехнологии, каталитической химии вплоть до применений в области охраны и безопасности окружающей среды и технологии ламеллярных неорганических материалов.

1. Способ получения ламеллярных наноструктурных материалов путем контролируемой лиофильной сушки жидкой дисперсии наночастиц или субмикронных частиц, характеризующийся тем, что жидкую дисперсию наночастиц или субмикронных частиц очень быстро замораживают в закрытом пространстве до твердого состояния и в таком виде подвергают лиофилизации, при этом молекулы дисперсионной среды удаляют при скорости сублимации, определяемой по скорости уменьшения границы сублимации замороженной дисперсии в диапазоне от 10-2 до 102 мкм/с, при значении пониженного давления в диапазоне от 10 кПа до 1 Па и температуре от -130 до 0°C до полного их выведения путем сублимации, причем ориентацию вектора нормали преобладающей поверхности границы сублимации регулируют следующим образом:
a) для получения прочно связанных ламеллярных агрегатов ориентацию вектора выбирают из диапазона 0-45° относительно направления вертикально вверх или
b) для получения значительно более простых ламеллярных агрегатов ориентацию вектора выбирают из диапазона 135-180° относительно направления вертикально вверх.

2. Способ получения ламеллярных наноструктурных материалов путем контролируемой лиофильной сушки жидкой дисперсии наночастиц или субмикронных частиц по п. 1, отличающийся тем, что жидкую дисперсию получают из агрегатов фуллерена nC60 и деминерализованной или дистиллированной воды, при этом пониженное давление составляет примерно 24 Па, температура поверхности составляет примерно -24°C и при этом вектор нормали преобладающей поверхности границы сублимации направлен вертикально вверх, в результате чего происходит сублимация всей воды в зону замораживания лиофилизатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к наноструктурированным материалам с выраженной сегнетоэлектрической активностью и может быть применено в устройствах микро- и наноэлектроники.

Изобретение относится к области медицины, в частности к медицинской технике, предназначено для использования, при введении и удалении, углеродных наноструктурных композиционных имплантатов.

Изобретение относится к получению наноструктурного порошка вольфрамата циркония ZrW2O8. Ведут синтез прекурсора ZrW2O7(OH,Cl)2·2H2O из смеси растворов оксихлорида циркония, натрия вольфрамовокислого и соляной кислоты в дистиллированной воде, взятых при стехиометрическом соотношении элементов Zr : W=1:2, затем проводят термическое разложение полученного прекурсора в воздушной атмосфере при температуре 700-900 К в течение 0,75-1,5 часа при скорости нагрева до указанной температуры не выше 100 К/час.

Изобретение может быть использовано при изготовлении катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов, красок, грунтовок, клеев, бетонов, целлюлозных материалов.

Группа изобретений относится к области фармацевтической промышленности, а именно к гипотонической композиции для быстрого и равномерного распределения терапевтического, профилактического, диагностического или нутрицевтического агента по мукозальной поверхности, содержащей частицы, проникающие через слизь, которые содержат терапевтический, профилактический, диагностический или нутрицевтический агент и полиалкиленоксидное покрытие, улучшающее проникновение через слизь, которое улучшает диффузию частиц через слизь, где покрытие имеет коэффициент плотности [Г]/[Г*]>3, где Г - это плотность полиэтиленгликоля, характеризующая число молекул полиэтиленгликоля на 100 нм2 поверхности частицы, а Г* - это полное покрытие поверхности частицы, характеризующее теоретическое число свободных молекул полиэтиленгликоля, требуемое для полного покрытия 100 нм2 поверхности частицы, а также к способу введения одного или более терапевтических, профилактических и/или диагностических агентов человеку или животному с помощью указанных композиций.

Изобретение относится к керамическим материалам, в частности к получению полых керамических волокон, используемых для изготовления капилляров, мембран, фильтров, разделителей в отсеках батарей и композиционных материалов.

Настоящее изобретение относится к новым соединениям общей формулы (1), которые используются в качестве основы тонкой полупроводниковой пленки в структуре солнечной батареи, к композиции, содержащей соединения формулы (1), и к применению новых соединений.

Изобретение относится к композициям для покрытия, прозрачного или глянцевого и непрозрачного, содержащих водную дисперсию наночастиц частиц природного молотого карбоната кальция, находящихся в жидком связующем, к способам получения их, применению композиций для нанесения покрытий на субстрат и к субстратам с покрытием.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения нанопорошка меди из отходов электротехнической медной проволоки, содержащих не менее 99,5% меди, включает их электроэрозионное диспергирование в дистиллированной воде при частоте следования импульсов 100-120 Гц, напряжении на электродах 200-220 В и емкости разрядных конденсаторов 25,5-35,5 мкФ, с последующим центрифугированием раствора для отделения наноразмерных частиц от крупноразмерных.
Изобретение относится к производству стеклянных изделий. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности стеклоизделий.

Группа изобретений относится к изготовлению поликристаллического материала и изделий, содержащих этот материал для защиты от повреждений. Способ изготовления поликристаллического материала включает получение гранулированной структуры-предшественника, включающей железо, кремний и источник углерода или азота, нагрев структуры-предшественника, нанесение на основу слоя нагретой структуры-предшественника и охлажение слоя структуры-предшественника. Нагрев структуры-предшественника ведут до температуры по меньшей мере 1350°С. Охлаждение слоя структуры-предшественника ведут до менее 1000°С с получением слоя из поликристаллического материала, состоящего из нанозерен кристаллической фазы железа и кремния со средним размером менее 10 нм и зерен кристаллического материала, включающего углерод или азот. Инструмент включает основу, содержащую металл группы железа, и сплавленный с ней поликристаллический материал, полученный упомянутым способом. Обеспечивается получение поликристаллического материала с высокой износостойкостью и высокой вязкостью разрушения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

Использование: для определения прочности покрытия из керамических наночастиц. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения прочности покрытия из керамических наночастиц заключается в том, что подложку с нанесенным на ее поверхность покрытием из керамических наночастиц размещают в растровом электронном микроскопе, вакуумируют микроскоп до состояния глубокого вакуума, задают увеличение сканирования, достаточное для визуализации наночастиц, осуществляют сканирование покрытия по касательной к подложке электронным пучком максимально допустимой энергии при постепенном увеличении силы тока до отрыва наночастицы от покрытия, а о прочности покрытия судят по величине силы тока, при которой происходит отрыв наночастицы от покрытия. Технический результат: обеспечение возможности определения прочности покрытия из керамических наночастиц. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано в стационарных газотурбинных установках в камере сгорания топлива. Способ работы газотурбинной установки непрерывного действия заключается в сжатии поступающего воздуха в компрессоре, подаче сжатого воздуха и топлива в первую камеру сгорания, сжигании в первой камере сгорания топлива, расширении образовавшихся продуктов сгорания в первой турбине, использовании, по меньшей мере, части механической энергии, вырабатываемой первой турбиной для привода компрессора, последующей подаче расширившихся продуктов сгорания и топлива во вторую камеру сгорания и расширении образовавшихся продуктов сгорания во второй турбине для производства механической энергии. В качестве топлива, подаваемого во вторую камеру сгорания, используют неоксидированные наночастицы алюминия, радиус которых составляет не более 25 нанометров. На выходе второй турбины обеспечивают образование коронного разряда для обработки продуктов сгорания. Обработанные продукты сгорания направляют в электростатический фильтр для отделения частиц образовавшегося корунда, который является дополнительным продуктом, производимым газотурбинной установкой, и направляют, по меньшей мере, часть продуктов сгорания, прошедших через электростатический фильтр, в первую камеру сгорания, где их используют в качестве дополнительного топлива. Для защиты от оксидирования подачу наночастиц алюминия во вторую камеру сгорания осуществляют в среде азота. Технический результат заключается в повышении КПД установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для использования в качестве многовариантного переключателя электрических цепей. Сущность изобретения заключается в том, что нанопереключатель содержит деформируемую жестко закрепленную на одном конце нанотрубку и два основных электрода для образования двух электропроводящих цепей с помощью электрического поля этих электродов, два электрода, выполняющих функцию управления с помощью своего электрического поля деформацией нанотрубки для создания четырех дополнительных электрических цепей, а также наличием четырех дополнительных основных электродов, деформирующих посредством своего электрического поля нанотрубку и в результате этого вступающих в контакт с ней для образования поочередно четырех дополнительных электропроводящих цепей. Технический результат: обеспечение возможности включения и разрыва любой из шести электропроводящих цепей. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области органических высокомолекулярных соединений, а именно к новым биосовместимым амфифильным статистическим сополимерам, пригодным для создания форм лекарственных препаратов, биологически активных веществ и солюбилизации плохорастворимых веществ, а также к одностадийному способу получения таких сополимеров. Амфифильный статистический сополимер содержит, по меньшей мере, два различных мономера, выбранных из группы, включающей N-винилпирролидон, N-изопропилакриламид, N-(2-гидроксипропил)метакриламид, этиленамин, 2-аллилоксибензальдегид, акриламид, акриловую кислоту и ее эфиры, метакриловую кислоту и ее эфиры, N-диалкилакриламид, и включает группу общего строения где z представляет собой целое число от 8 до 19; Х представляет собой NH2, NH3Cl. Среднечисленная молекулярная масса сополимера варьируется в пределах от 1 до 30 kDa. Способ получения указанного сополимера заключается в том, что проводят радикальную сополимеризацию мономеров в органическом растворителе в присутствии инициатора радикальной сополимеризации. В процессе сополимеризации применяют регулятор роста длины цепи в виде длинноцепочечного алифатического меркаптоамина или солянокислого меркаптоамина. Изобретение позволяет разработать одностадийный способ получения амфифильных статистических сополимеров, повысить выход целевого продукта, и сократить время его получения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 табл., 5 пр.

Изобретение относится к материалу для изготовления светокорректирующей полимерной пленки, которая может найти широкое применение в качестве светопреобразующего материала. Материал содержит термопластичный полимер на основе полиолефинов, углеводороды парафинового ряда в количестве не более 4,5 мас.%, светостабилизирующую добавку не более 5,0 мас.% и 0,01-1,0 мас.% флуоресцирующей добавки - квантовых точек с заданной эффективной шириной запрещенной зоны, распределенных в объеме полимера. Материал может дополнительно содержать не более 5,0 мас.% пластификатора, не более 0,1 мас.% поверхностно-активного вещества, не более 1,0 мас.% антиоксиданта, не более 3,5 мас.% светорассеивающей добавки. Изобретение обеспечивает повышение фотостабильности светокорректирующей пленки и эффективности преобразования естественного света при снижении токсичности материала. 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 8 пр.

Изобретение относится к физико-технологическим процессам обработки алмазосодержащих суспензий. Твердую углеродную массу, выделенную после завершения детонационного синтеза, обрабатывают в автоклаве водным раствором нитрата аммония с добавками азотной кислоты при температуре 200-260°С до прекращения газовыделения, при этом концентрация твердой фазы в суспензии составляет 5%, на 1 вес.ч. углеродной компоненты берется 5-15 вес.ч. нитрата аммония, а азотную кислоту вводят в количестве, обеспечивающем концентрацию ее в водном растворе 5-10%, после термоокислительной обработки в автоклаве реакционную массу отмывают деионизованной водой от водорастворимых примесей до получения суспензии очищенных наноалмазов в воде. Технический результат изобретения состоит в проведении обработки углеродного материала без выделения токсичных окислов азота, требующих утилизации и регенерации; снижении температуры окисления углеродного материала при использовании в качестве окислителя нитратов солей; применении кислотной обработки для растворения металлов с использованием только разбавленных кислот, что позволяет полностью исключить кислотооборот из схем очистки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится в области нанотехнологии, в частности фармацевтике и пищевой промышленности. Технической задачей изобретения является упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул и увеличение выхода по массе. Отличительной особенностью предлагаемого способа является использование иодида калия и оболочки нанокапсул натрий карбоксиметилцеллюлозы, а также использование осадителя - ацетона при получении нанокапсул физико-химическим методом осаждения нерастворителем. 4 пр., 1 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к способу получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки. Описан способ получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки, включающий приготовление раствора квантовых точек в органическом растворителе, содержащем катионактивное ПАВ, представляющее собой алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорид в количестве 1-2 мас.%, с концентрацией квантовых точек в растворе 0,1-1,0 г/л, с последующим добавлением к раствору квантовых точек полимерных микросфер полистирола или полиметилметакрилата, при соотношении полимер:раствор квантовых точек, равном 1:1, полученную смесь подвергают ультразвуковой обработке, затем выдерживают в течение 2-6 часов при комнатной температуре и диспергируют в С2-С4-алифатическом спирте с катионактивным ПАВ, представляющим собой алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорид, взятый в количестве 1-2 мас.%, выдерживают в течение 5-15 минут, затем центрифугируют для выделения образовавшегося осадка, состоящего из полимерных микросфер, содержащих квантовые точки. Технический результат - повышение агрегативной устойчивости полимерных микросфер и квантовых точек на всех стадиях, предшествующих иммобилизации их в полимерные микросферы, и увеличение процента квантовых точек, иммобилизованных в полимерные микросферы. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.,1 ил.

Изобретение относится к способам получения наноразмерного порошкообразного стабилизированного диоксида циркония и может быть использовано для изготовления вакуумноплотной наноструктурированной керамики: твердых электролитов, сенсоров полноты сгорания топлива, мембран для твердооксидных топливных элементов; наномодифицированных органических и неорганических материалов; порошковых покрытий на металлах. Разработан способ получения наноразмерного стабилизированного диоксида циркония, включающий совместное осаждение исходных реагентов в виде раствора оксинитрата циркония и нитрата металла-стабилизатора с раствором аммиака, фильтрование аморфного осадка геля гидроксидов, быструю заморозку этих гидроксидов и дегидратацию замороженного геля с помощью лиофильной сушки с образованием наноразмерного ксерогеля. Этот ксерогель прокаливают при температуре от 500 до 1000°C и подвергают помолу в планетарной мельнице. Способ обеспечивает получение наноразмерных порошков диоксида циркония со структурой флюорита, при этом порошок отличается низкой степенью агломерации. 1 з.п. ф-лы, 5 пр., 3 ил.
Наверх