УДК 539.2(06) Ультрадисперсные (нано-) материалы А.П. ИЛЬИН, В.В. АН, Г.В. ЯБЛУНОВСКИЙ Государственное научное учреждение «Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете» МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ В НАНОПОРОШКАХ В работе приведены результаты по определению избыточной энергии, запасенной в нанопорошках, полученных электрическим взрывом проводников, методами дифференциального термического анализа и растворной калориметрии. Наличие избыточной энергии и ее количественная оценка является одной из проблем в области наночастиц и нанопорошков [1, 2]. При этом необходимо различать размерный фактор – запасание энергии нанопорошками за счет энергии большой поверхности. Это вид запасенной энергии характерен для кластеров (диаметр сферических частиц 20 нм). Кластеры – это частицы, находящиеся в равновесии, при отсутствии контакта с др. частицами или реакционной среды. Именно самопроизвольный процесс уменьшения поверхности совокупности кластеров привод к выделению их энергии. Таблица 1 Результаты термического анализа Образец нанопорошка Al(Ni) Al(B) Al(M) Удельная площадь поверхности, м2/г 15,6 12,1 23,2 Масса образца, мг 59,9 54,4 45,5 Температура начала окисления, °С 500 540 440 Степень окисленности нанопорошка перед 950°С, % мас. 42,6 63,4 61,5 Максимальная скорость окисления, %/с 0,06 0,12 0,14 Избыток энергии, кДж/моль 5,1 5,6 7,2 В работе изучены нанопорошки, состоящие из частиц диаметром 50– 100 нм, для которых энергии поверхности не превышает несколько кДж/моль. В этом случае запасенная энергии связана с энергонасыщенной структурой отдельных частиц: они находятся в метастабильном состоянии [3]. Такое состояние может быть стабилизировано при быстром 220 ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 9 УДК 539.2(06) Ультрадисперсные (нано-) материалы охлаждении плазмой металлов, например, при электрическом взрыве проводников продукты взрыва от максимальной температуры 10 4 К до 60–25°С охлаждаются со скоростью более 107 К/сек. Энергонасыщенность электровзрывных нанопорошков связана с наличием двойного электрического слоя, обладающего большой псевдоемкостью. В работе представлены экспериментальные результаты изучения электровзрывных нанопорошков алюминия с помощью дифференциального термического анализа и растворной калориметрии. В табл. 1 и 2 приведены результаты эксперимента. Таблица 2 Результаты растворной калориметрии Образец (рабочий газ) Удельная площадь поверхности, м2/г Энтальпия Энтальпия образования растворения, Примечание A12O3, кДж/моль кДж/моль НП Al (водород) 7,4 1728,4±6,0 590,3±8.0 0,3H HC1 НП Al (аргон) 6,4 1729,7±2,1 578,4±7.4 0,3H HC1 АСД-4 0,8 1667,7±5,0 510,8±8,3 0,3H HC1 Список литературы 1. Tepper F., Ivanov G., Lerner M. and Davidovich V. Energetic formulations from nanosize metal powders," in: Proc. Int. Pyrotechn. Seminars. №24. Chicago (1998). Р.519-530. 2. Ильин А.П. Развитие электровзрывной технологии получения нанопорошков в НИИ высоких напряжений при Томском политехническом университете //Известия ТПУ. 2003. Т.306. №1. С.133-139. 3. Ilyin A.P. Features of an energetically saturated structure of small metallic particles formed in strong non-equilibrium conditions. “Fiz. khim. obrab. mater. №4. 93-97 (1997). ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 9 221