|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Поведение окисленной поверхности алюминия при нагреве в контролируемой газовой среде и вакууметезисы доклада
- Автор: Юракова О.Ю.
- Сборник: Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2023»
- Редакторы: Алешковский Иван Андреевич, Андриянов Андрей Владимирович, Антипов Евгений Александрович, Зимакова Екатерина Игоревна
- Серия: География
- Тезисы
- Год издания: 2023
- Издательство: ООО "МАКС Пресс"
- Местоположение издательства: Москва
- Первая страница: 940
- Аннотация: В естественном состоянии на поверхности алюминия при контакте с кислородом и парами воды образуется наноразмерная оксидная оболочка. Изучение её поведения при низкотемпературном нагреве актуально в силу востребованности Al благодаря его механическим свойствам как конструкционного материала и энергоносителя благодаря химической активности. Наши исследования сосредоточены на рассмотрении роста плёнки оксида при низкотемпературном окислении, а также свойств субоксидов Al, образующихся при окислении металла. Субоксиды алюминия – относительно летучие соединения типа AlO, Al2O, Al2O2, содержащие недоокисленные атомы алюминия. Наряду с субоксидами объектами исследования являются различные типы наноструктур на основе оксида алюминия, включая нанопровода и наноремни.Естественный аморфный оксид толщиной 2-4 нм, покрывающий металл, при повышенных температурах переходит в γ-Al2O3, далее – в ϴ- и α-Al2O3. Пленки оксида Al, образованные низкотемпературным окислением, описываются локально плотной упаковкой анионов кислорода с катионами Al, распределенными по октаэдрическим и тетраэдрическим промежуткам. Предлагаемые в литературе различные модели низкотемпературного окисления Al наночастиц не включают образование субоксидов, поскольку ранее в экспериментах по низкотемпературному окислению не удавалось наблюдать субоксиды, по-видимому, это связано с тем, что при охлаждении конденсата до температуры, близкой комнатной, в присутствии кислорода происходило доокисление до Al2O3. Низшие оксиды Al нестабильны при комнатной температуре. Оксид Al в газовой фазе в виде молекулы Al2O3 не наблюдается из-за термической диссоциации, хотя термодинамика не запрещает его существование, но концентрация его столь мала, что существующие используемые методы не позволяют его обнаруживать в газовой фазе. Спектроскопические и масс-спектрометрические методы исследования позволяют обнаружить в газовой фазе при 2500К наряду с Al(g), O(g) над поверхностью Al2O3 субоксиды AlO, Al2O. Однако в газовой фазе над нагретой поверхностью Al2O3 доли молекул субоксидов крайне малы даже при 1600°С (стремятся к 0) и достигают 10 об. % только при 2800°С. Парциальные давления над Al2O3(с) при ~1600°С для AlO, Al2O, Al2O2 составляют, соответственно, 750, 9.1, 0.57*10-12 Атм, при ~2300°С достигают, соответственно, 13, 4.4, 0.4*10-6 Атм.Среди механизмов образования субоксидов можно выделить: 1) взаимодействие между алюминием и оксидом алюминия, приводящее к образованию субоксидов;2) температурный нагрев (позволяет реализовать иную стехиометрию) оксида алюминия, испарение которого является инконгруэнтным;3) низкотемпературное окисление Al с образованием на короткое время точек локального разогрева, где возможен перегрев, сопровождающийся выбросом субоксидов за счет инконгруэнтности по второму механизму.Нас интересует третий механизм получения субоксидов. Возможность управления процессом образования субоксидов может обеспечить их дальнейшее применение для выращивания различных наноструктур. Так, в работе в результате реакции между окисью Al и Al порошком образуются летучие пары Al2O, приводящие в результате реакции с кислородом к образованию при 1350°C нанопроволок и наноремней Al2O3. Рост наноструктур идет при этом в соответствии с паротвердофазным (VS) механизмом или механизмом роста пар-жидкость-твердое тело (VLS). Иерархичный рост мы связываем с изменением активных центров, на которых и идет наращивание структур. В проведенных нами экспериментах по низкотемпературному окислению микрочастиц алюминия получилось создать такие условия, при которых уже до температуры плавления Al (ниже 660°C), когда концентрации субоксидов должны быть пренебрежимо малы, наблюдалось образование наноструктур, аналогичных описанным в литературе, что позволяет предположить возможность получения субоксидов Al для формирования наноструктур при низких температурах. Образованные в таких условиях в результате конденсации структуры представляют интерес для нано- и каталитических технологий.
- Добавил в систему: Юракова Ольга Юрьевна