КІНЕТИЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ БІМЕТАЛЕВИХ НАНОЧАСТИНОК Ni-Fe

L. Bazylyak, Ya. Pilyuk, I. Halatyn, A. Fedorchuk, A. Kytsya


DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vch.6701.228

Анотація


Перспективним напрямом застосування біметалевих наночастинок на основі феромагнітних металів є створення композиційних матеріалів для захисту радіо­електронних засобів від електромагнітних випромінювань високих і надвисоких частот. Зокрема, біметалеві наносистеми на основі нікелю та заліза поєднують ви­соку магнітну проникність заліза з добрими електропровідними та корозійностій­кими властивостями нікелю, що зумовлює їх перспективність як наповнювачів полімерних матеріалів захисного призначення. У зв’язку з цим актуальним є роз­роблення економічно доцільних методів синтезу біметалевих наночастинок Ni–Fe прогнозованого складу.

Важливим етапом створення та оптимізації методів одержання поліметалевих наночастинок є дослідження кінетичних закономірностей процесів зародження та росту нової фази. Досліджено вплив вихідних концентрацій прекурсорів і тем­ператури на кінетику формування біметалевих наночастинок Ni–Fe (NixFe100-x–NPs). Показано, що кінетичні криві їх формування мають S-подібний характер, що свідчить про автокаталітичну природу процесу. З’ясовано, що:
1)  швидкості за­родження та росту NixFe100-x–NPs дещо зростають зі зменшенням вмісту нікелю в реакційній суміші від 100 до 80 % та знижуються після досягнення вмісту заліза в системі 25 %;
2)  енергія активації зародження біметалевих наночастинок не за­лежить від частки іонів заліза в реакційній суміші та є майже вдвічі вищою, по­рівняно з енергією активації росту
NixFe100-x–NPs.

Досліджено елементний і фазовий склад NixFe100-x–NPs. Показано, що співвідношення  Ni : Fe в одержаних нанопорошках задовільно узгоджується зі складом вихідної реакційної суміші. Водночас зі збільшенням частки заліза простежується зростання вмісту кисню, а сформовані NixFe100-x–NPs містять оксидну фазу Fe3O4 та металеву фазу на основі нікелю та заліза. Запропоновано схему формування NixFe100-x–NPs, яка містить утворення зародків внаслідок часткового розчинення гідроксиду нікелю за наявності гідразину з подальшим утворенням комплексу [Ni(N2H4)x]2+, його розкладом і формуванням нуль-валентного нікелю; каталітичний розклад гідразину з утворенням високореакційних проміжних продуктів; ріст наночастинок унаслідок розкладу комплексу “нікель–гідразин” і взаємодії ін­термедіатів розкладу гідразину з нерозчинним Fe(OH)2.

 

Ключові слова: кінетика, наночастинки, нікель, залізо.


Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Kyzymchuk O. P., Arabuli S. I., Vlasenko V. I. Textile materials for protection against electromagnetic radiation // Visnyk KNUTD. 2019. Vol. 3, No. 134. P. 48–61 (in Ukrainian). DOI: https://doi.org/10.30857/1813-6796.2019.3.5

Kovalenko V. V., Tykhenko O. M., Levchenko L. O. Priority directions of work on protection of workers from the influence of electromagnetic radiation of ultra-high and extremely high frequencies // Visnyk KrNU. 2016. Vol. 5, No. 100. P. 82–86 (in Ukrainian).

Chung D. D. Materials for electromagnetic interference shielding // J. Mater. Eng. Perform. 2000. Vol. 9, No. 3. P. 350–354. DOI: https://doi.org/10.1361/105994900770346042

Huang C. Y., Wu C. C. The EMI shielding effectiveness of PC/ABS/nickel-coated carbon fibre composites // Eur. Polym. J. 2000. Vol. 36, No. 12. P. 2729–2737. DOI: https://doi.org/10.1016/S0014-3057(00)00039-2

Yang Y., Gupta M. C., Dudley K. L. Studies on electromagnetic interference shielding characteristics of metal nanoparticle- and carbon nanostructure-filled polymer composites in the Ku-band frequency // Micro Nano Lett. 2007. Vol. 2, No. 4. P. 85–89. DOI: https://doi.org/10.1049/mnl:20070042

Aswathi M. K., Rane A. V., Ajitha A. R., Thomas S., Jaroszewski M. EMI shielding fundamentals // Advanced Materials for Electromagnetic Shielding: Fundamentals, Properties, and Applications. 2018. P. 1–9. DOI: https://doi.org/10.1002/9781119128625.ch1

Das S., Sharma S., Yokozeki T., Dhakate S. Conductive layer-based multifun­ctional structural composites for electromagnetic interference shielding // Composite Structures. 2021. Vol. 261. Art. ID 113293. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113293

Sankaran S., Deshmukh K., Ahamed M. B., Pasha S. K. Recent advances in electromagnetic interference shielding properties of metal and carbon filler reinforced flexible polymer composites: a review // Compos. Part A: Appl. Sci. Manuf. 2018. Vol. 114. P. 49–71. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2018.08.006

Joseph N., Sebastian M. T. Electromagnetic interference shielding nature of PVDF–carbonyl iron composites // Mater. Lett. 2013. Vol. 90. P. 64–67. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2012.09.014

Gargama H., Thakur A. K., Chaturvedi S. K. Polyvinylidene fluoride / nano­crystalline iron composite materials for EMI shielding and absorption applications // J. Alloys Compd. 2016. Vol. 654. P. 209–215. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.09.059

Kumar R., Choudhary H. K., Anupama A. V., Menon A. V., Pawar S. P., Bose S., Sahoo B. Nitrogen doping as a fundamental way to enhance the EMI shielding behavior of cobalt particle-embedded carbonaceous nanostructures // New J. Chem. 2019. Vol. 43, No. 14. P. 5568–5580. DOI: https://doi.org/10.1039/C9NJ00639G

Zhao H., Hou L., Bi S., Lu Y. Enhanced X-band electromagnetic-interference shielding performance of layer-structured fabric-supported polyaniline/cobalt–nickel coatings // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. Vol. 9, No. 38. P. 33059–33070. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.7b07941

Shukla V. Review of electromagnetic interference shielding materials fabricated by iron ingredients // Nanoscale Adv. 2019. Vol. 1, No. 5. P. 1640–1671. DOI: https://doi.org/10.1039/C9NA00108E

Gao H., Wang C., Yang Z., Zhang Y. 3D porous nickel metal foam/polyaniline heterostructure with excellent electromagnetic interference shielding capability and superior absorption based on pre-constructed macroscopic conductive framework // Compos. Sci. Technol. 2021. Vol. 213. Art. ID 108896. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.108896

Saal J. E., Kirklin S., Aykol M., Meredig B., Wolverton C. Materials design and discovery with high-throughput density functional theory: the Open Quantum Materials Database (OQMD) // JOM. 2013. Vol. 65. P. 1501–1509. DOI: https://doi.org/10.1007/s11837-013-0755-4

Kirklin S., Saal J. E., Meredig B., Thompson A., Doak J. W., Aykol M., Wolverton C. The Open Quantum Materials Database (OQMD): assessing the accuracy of DFT formation energies // npj Comput. Mater. 2015. Vol. 1. Art. 15010. DOI: https://doi.org/10.1038/npjcompumats.2015.10

Audrieth L. F., Ogg B. A. The Chemistry of Hydrazine. John Wiley & Sons. New York, 1951.

Grinberg D. A., Moore K. B., Jasper A. W., Green W. H. Jr. Large intermediates in hydrazine decomposition: a theoretical study of the N3H5 and N4H6 potential energy surfaces // J. Phys. Chem. A. 2019. Vol. 123, No. 22. P. 4679–4692. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpca.9b02217

Kytsya A. R., Bazylyak L. I., Zavaliy I. Y., Verbovytskyy Y. V., Zavalij P. Synthesis, structure and hydrogenation properties of Ni–Cu bimetallic nanoparticles // Appl. Nanosci. 2021. DOI: https://doi.org/10.1007/s13204-021-01742-6


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.