- специфічні, переважно щодо НЧ.
Перерахування основних способів отримання НС дано рис. 4
Примітка: *) способи, характерні для отримання НЧ
**) способи, що застосовуються вибірково для отримання не нанорозмірних частинок дисперсної фази.
Мал. 4. Основні способи отримання НС
Диспергирование і конденсацію застосовують для отримання всіх дисперсних систем - об'єктів колоїдної хімії. У тому числі і НЧ. Механічне диспергування не дозволяє отримувати частинки розміром менше 100 нм. Способи, що інтенсифікують процес диспергування і перераховані в рис. 4, дають можливість генерувати нанорозмірні частинки.
НЧ у вигляді золю (рис. 5, в) утворюються з ліофільних систем внаслідок самовільного диспергування. Після заморожування золю і видалення води (сублімації) отримують аерозолі. Золь-гель перехід сприяє утворенню структури. Мимовільному диспергуванню сприяє адсорбційна зниження міцності, викликане ефектом Ребендера.
В результаті диспергування утворюються НЧ (рис. 5, а), які при подальшому пресуванні або спіканні формує структуру (рис. 5, б), що володіє певною міцністю.
Для отримання частинок дисперсної фази, в тому числі і НЧ, широко застосовують конденсаційні способи. Розрізняють фізичну і хімічну конденсацію.
Фізична конденсація здійснюється випаровуванням з подальшим контактом пара з холодною поверхнею: в атмосфері інертного газу; під дією вакууму і іншими способами.
Наприклад, полімерні структури з НЧ металів Ag, Pb, Mg, Na отримують методом низькотемпературної конденсації пари металу. У загальному вигляді, варіанти цього способу можна представити таким чином: пар речовини А в газовому середовищі потрапляє на поверхню, де відбувається його конденсація і утворюються НЧ, а в подальшому шари НЧ (рис. 5).
Мал. 5. Схема, що ілюструє стану НЧ:
а, б - у вигляді порошку до і після пресування (спікання); в - в підвішеному стані, частіше в рідкій (золи), рідше в газовому середовищі (аерозолі); г - в процесі молекулярного нарощування; д - утворені в результаті механічної дії; е - у вигляді мікрокрапель; ж - всередині твердого пористого тіла.
Якщо речовина А випаровується в газовому середовищі В відбувається реакція. а утворює пар пересищён по АВ, в ньому зароджуються, ростуть і агрегує наночастинки і виникають аерозолі (рис. 5, в).
На рис. 4 перераховані конденсаційні способи отримання НЧ. Після зіткнення потоку нагрітих в вакуумі атомів або кластерів (молекулярні пучки) з поверхні утворюються НЧ. При катодному розпиленні в газовому розряді відбувається руйнування поверхні катода, освіту ядер (зародження НЧ), а потім і самих НЧ. НЧ можуть формуватися при великому перенасичення пара в високотемпературному розпаді металовмісних сполук в трубі, що генерує ударні хвилі. У низькотемпературній плазмі так само відбувається перенасичення пара і його подальша конденсація.
До числа конденсаційних способів освіти НЧ відноситься кристалізація. В результаті виникають наноструктури з особливими поверхневими властивостями. Можливий процес епітаксії, тобто зростання одного кристала на поверхні іншого і формування шару наночастинок.
Процес хімічної конденсації пов'язаний з фазовим переходом і з утворенням нової фази в вигляді НС. Він може відбуватися за рахунок відновлення іонів металів (в розчинах і мікроемульсіях) і в результаті піролізу (розкладання речовин при високій температурі).
Найчастіше одночасно з фізичної відбувається хімічна конденсація, яка закінчується синтезом НЧ.
Після утворення шару НЧ (рис. 5, а), отриманого різними конденсаційними способами, з наступним пресуванням або спіканням (подібні способи можуть застосовуватися постадійно), він може перетворюватися в моноліт (рис. 5, б) у вигляді нанорозмірною суцільний плівки.
Використовують комбінування способи отримання НЧ.
Наведемо деякі приклади. Лазерний синтез призводить до утворення НЧ. Реакція відбувається в такий спосіб:
Термічний розклад поліборазола відбувається наступним чином:
При температурі плазми (плазмохімічний спосіб) отримують НЧ. і ін. Можливий синтез НЧ шляхом змішування розчином. Таким чином отримують, наприклад, CdS.
Звернемося до способів, характерним переважно для отримання НЧ (рис. 5, г-е).
Метод молекулярного нарощування (рис. 5, г) полягає в абсорбції молекул з подальшим утворенням з них шару або поліслоев НЧ. Причому остаточне формування може відбуватися за рахунок зовнішнього впливу, в тому числі і рентгенівського випромінювання.
В результаті механічної дії (підвищений тиск, тертя) і МЕХАНОХІМІЧНО процесів можуть утворюватися НЧ на поверхні твердого тіла. Звернемо увагу на особливості формування частинок на твердій поверхні. У першому випадку (рис. 5, г) склад НЧ і твердої поверхні не ідентичний, у другому (рис. 5, д) НЧ виникають всередині поверхні, тобто відбувається високотемпературний синтез НЧ. Склад НЧ і поверхні один і той же. Надалі пресуванням, спіканням і іншими методами НЧ можуть утворити суцільні шари (рис. 5, б).
Освіта НЧ можливо в обсязі твердого тіла (рис. 5, ж), зокрема в полімерній матриці. Синтез НЧ оксиду заліза (діаметром близько 100 нм) відбувається в полімерній матриці на основі полівінілового спирту. НС в полімерних композиціях надають їм необхідні для практичного використання властивості. Так при виготовленні провідників у полімерні композиції на основі бутадієн-нитрильного каучуку в якості функціональних наповнювачів використовують сажу і графіт. НЧ можуть утворюватися не тільки в полімерних порах. Освіта НЧ срібла відбуваються в порах скла. Процес відбувається шляхом просочення скла водним розчином нітриту срібла з наступним відновленням його воднем до металу.
Мікроемульсії типу В / М є ідеальним середовищем для отримання кластерів і НЧ металів. Шляхом відновлення розчинів (Co, Ni, Cu, Hg, Au) отримують мікроемульсії з розміром крапель менше 10 нм.
Одні і ті ж НЧ можна отримувати різними способами. Так, НЧ міді і сплавів на її основі можна синтезувати шляхом конденсації в вакуумі або в атмосфері інертного газу, відновленням твердих солей воднем, осадженням в процесі хімічного відновлення іонів металу і іншими способами.
Вибір способів отримання НЧ диктується особливостями їх застосування, а також метою наукових досліджень. Бажано отримувати НЧ різних розмірів. Для конкретних цілей розподіл часток за розмірами має бути досить вузьким. У процесі отримання, в разі необхідності, слід захистити поверхню НЧ покриттями (оболонками, що запобігають їх мимовільне агрегування).
Немає можливості більш детально зупинитися на описі численних способів отримання НЧ і перерахувати їх особливості.
Зупинимося коротко на так званих мимовільно утворюються НС (рис. 4). До них відносяться: прямі і зворотні міцели, адсорбційні шари ПАР, періодичні та острівкові колоїдні структури.
Виникнення подібних систем в рамках колоїдної науки вивчали значно раніше введення понять про НС. Особливості міцелообразованія і властивості міцел викладені в підручниках з колоїдної хімії. Крім прямих мицелл, існують зворотні міцели, у яких гідрофобна частина молекул колоїдних ПАР звернена в рідку середу. Підкреслимо деякі специфічні властивості розчинів колоїдних ПАР при досягненні ККМ (критична концентрація міцелоутворення). Міцели виникають стрибкоподібно, а не ростуть поступово; мають одночасно властивостями рідких (рухливість молекул в мицеллах) і твердих тіл (поліморфізм за рахунок різноманіття рідкокристалічних структур).
Адсорбційні моношарів ПАР на поверхні розділу фаз утворюють одномірні нанорозмірні структури, що володіють подібно Міцели властивостями жідкообразних і твердих тіл. На поверхні частинок адсорбційні шари ПАР можуть утворювати структурно-механічний бар'єр, який перешкоджає коагуляції НЧ.
Самоорганізація молекул ПАР можлива шляхом локальної концентрації і освіти островковой нанорозмірною структури. Часто подібні структури виникають в меніску поблизу лінії трёхфазового контакту. Суть острівцевих структур полягає в нерівномірному розподілі ПАР в адсорбционном шарі, їх підвищеної концентрації в цьому шарі, що і викликає утворення своєрідних поверхневих міцел.
До числа періодичних колоїдних структур відносяться кільця Лізеганга, які утворюються в результаті випадання твердих опадів в середовищі агарного, желатинового, поліакріламідного гелю при взаємній дифузії двох реагентів з утворенням галогенідів або НЧ металів.