Наноразмерные частицы оксида цинка, полученные в плазменном разряде под действием ультразвуковой кавитации в жидкой фазе и методом осаждения

Nanoparticles of zinc oxide obtained in the plasma discharge under ultrasonic cavitation in the liquid phase and deposition method

Шкинев В.М. Дженлода Р.Х. Булычев Н.А. Казарян М.А. Вошкин А.А. Заходяева Ю.А. Мирзоева Ф.Ю.

03.11.2015 2488

№ 11 (18)

01. Неорганическая химия

Цитировать:

Наноразмерные частицы оксида цинка, полученные в плазменном разряде под действием ультразвуковой кавитации в жидкой фазе и методом осаждения // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Шкинев В.М. [и др.]. 2015. № 11 (18). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/2700 (дата обращения: 24.04.2024).

Прочитать статью:

Keywords: nanoparticles, zinc oxide, sedimentation method, plasma, ultrasound cavitation

АННОТАЦИЯ

В настоящей работе рассмотрены свойства наночастиц оксида цинка, полученных в плазменном разряде под действием ультразвука и методом осаждения. Дана схема установки для плазменного разряда. Показано, что возникающая в жидкости в интенсивном ультразвуковом поле выше порога кавитации особая форма плазменного разряда может быть эффективно использована для получения оксида цинка с гексагональной формой наночастиц. Образцы оксида цинка исследовали на сканирующем электронном микроскопе JEOLJSM-6700F (Япония) с холодным катодом с полевой эмиссией, фазовый состав полученных порошков устанавливали по данным рентгенографического анализа: дифрактограммы снимали на дифрактометре D2 Phaser (Bruker) и обрабатывали с помощью универсальных программ TOPAS и DIFFRAC.EVA. Полученный образец состоит из отдельных частиц или их мелких ассоциатов размером от 20 до 60 нм и агрегатов данных частиц с широким диапазоном размеров. Дополнительное воздействие ультразвука (2 мин) дает возможность получить частицы со средним размером 20 нм. Методом осаждения получаются более крупные частицы гексагональной формы с размером 40 нм и длиной до 200 нм. Данное различие объясняется более коротким временем роста кристаллов в плазменном разряде.

ABSTRACT

In the present work the properties of zinc oxide nanoparticles obtained in plasma discharge under the action of ultrasound and deposition method was studied. Schematic image of tool for plasma discharge are given. It is shown that the resulting liquid in an intensive ultrasonic cavitation threshold above field specific form of plasma discharge can be effectively used to produce zinc oxide with hexagonal shape of nanoparticles. Samples of the zinc oxide was investigated by the scanning electron microscope JEOL JSM-6700F (Japan), the cold cathode field emission, the phase composition of the obtained powders was adjusted according to X-ray analysis: diffractograms were recorded on a diffractometer D2 Phaser (Bruker) and treated with a universal programs TOPAS and DIFFRAC.EVA. The resulting sample consists of individual particles or their smaller associates, ranging in size from 20 to 60 nm and aggregates of particles with a wide range of sizes. The particles with an average size of 20 nm are obtained by additional exposure to ultrasound (2 min). Deposition method produces larger particles with hexagonal shape size 40 nm and length up to 200 nm. This difference is due to the faster growth of crystals in the plasma discharge.

Список литературы:

1. Абрамов О.В., Андриянов Ю.В., Кистерев Э.В. и др. Плазменный разряд в кавитирующей жидкости // Инженерная физика. — 2009. — № 8. — С. 34—38.

2. Булычев Н.А., Казарян М.А., Гриднева Е.С. и др. Плазменный разряд c объемным свечением в жидкой фазе под действием ультразвука // Краткие сообщения по физике ФИАН. — 2012. — № 7. — С. 39—49.
3. Булычев Н.А., Казарян М.А., Чайков Л.Л. и др. Наноразмерные частицы оксидов металлов, полученные в плазменном разряде в жидкой фазе под действием ультразвуковой кавитации. 1. Метод получения частиц // Краткие сообщения по физике ФИАН. — 2014. — Т. 41. — № 9. —
С. 18—27.
4. Дженлода Р.Х., Волостых М.В., Гейдт П.В. и др. Получение наноструктурированных пленок оксида цинка // Успехи химии и химической технологии. — 2010. — Т. 24. — № 7 (112). — С. 84—86.
5. Дженлода Р.Х., Королева М.Ю. Влияние додецилсульфата натрия на морфологию наночастиц оксида цинка // Успехи химии и химической технологии. — 2010. — Т. 24. — № 7(112). — С. 81—84.
6. Дженлода Р.Х., Королева М.Ю., Юртов Е.В. Синтез разветвленных наноструктур оксида цинка в водных средах с поверхностно-активными веществами // Успехи химии и химической технологии. — 2009. — Т. 23. — № 9 (102). — С. 76—79.
7. Цзан С. Разработка методов получения наночастиц оксида цинка различных размеров и форм для эпоксидных композиционных материалов: дис. … канд. хим. наук. — М., 2014. — 154 с.
8. Цзан С., Авдеева А.В., Мурадова А.Г. и др. Получение наностержней оксида цинка химическими жидкофазными методами // Химическая технология. — 2014. — Т. 15. — Вып. 12. — С. 715—722.
9. Bulychev N., Confortini O., Kopold P. et al. Application of Thermo-Responsive Poly(methylvinylether) Containing Copolymers in Combination with Ultrasonic Treatment for Pigment Surface Modification in Pigment Dispersions // Polymer. — 2007. — V. 48 (9). — P. 2636—2643.
10. Bulychev N., Dervaux B., Dirnberger K. et al. Structure of Adsorption Layers of Amphiphilic Copolymers on Inorganic or Organic Particle Surfaces // Macromolecular Chemistry and Physics. — 2010. — V. 9 (211). — P. 971—977.
11. Bulychev N.A. Conformational changes in polymers adsorbed on titanium and iron oxides // Inorganic Materials. — 2010. — V. 46. — I. 4. — P. 393—398.
12. Bulychev N.A., Kisterev E.V., Arutunov I.A. et al. Ultrasonic Treatment Assisted Surface Modification of Inorganic and Organic Pigments in Aqueous Dispersions // Journal of the Balkan Tribological Association. — 2008. — V. 1 (14). — P. 30—39.
13. Ganiev R.F., Bulychev N.A., Fomin V.N. et al. Effect of mechanical activation on surface modification in aqueous pigment disperse systems // Doklady Chemistry. — 2006. — V. 407. — P. 54—56.
14. Guo L., Ji Y.L., Xu H.B. et al. Regularly Shaped, Single- Crystalline ZnO Nanorods with Wurtzite Structure // Journal of the American Chemical Society. — 2002. — V. 124. — P. 14864—14865.
15. Klassen N., Krivko O., Kedrov V. et al. Laser and Electric Arс Synthesis of Nanocrystalline Scintillators. IEEE Transactions on Nuclear Science. — 2010. — V. 57 (3). — P. 1377—1381.
16. Klingshirn C.F., Meyer В.К., Waag A. et al. Zinc Oxide From Fundamental Properties Towards Novel Applications. — Springer-Verlag Berlin Heidelberg. — 2010. — 359 p.
17. Liu B., Zeng H.C. Hydrothermal Synthesis of ZnO Nanorods in the Diameter Regime of 50 nm // Journal of the American Chemical Society. — 2003. — V. 125. — P. 4430—4431.
18. Shah M.A., Al-Marzouki F.M. Zinc Oxide Nanorods Prepared in Mixed Solvents // Materials Sciences and Applications. — 2010. — V. 1. — P. 77—80.
19. Xia Y.N., Yang P.D., Sun Y.G. et al. One-Dimensional Nanostructures: Synthesis, Characterization, and Applications // Advanced Materials. — 2003. — V. 15. — N. 5. — P. 353—389.

References:

1. Abramov O.V., Andriianov Iu.V., Kisterev E.V., Gradov O.M., Shekhtman A.V., Klassen N.V., Bulychev N.A. The plasma discharge in a cavitating liquid. Inzhenernaia fizika [Engineering Physics]. 2009, no. 8, pp. 34—38. (In Russian).

2. Bulychev N.A., Kazarjan M.A., Gridneva E.S., Murav'ev E.N., Solinov V.F., Koshelev K.K., Kosheleva O.K., Sachkov V.I., Chen S.G. The plasma discharge volume with glow in the liquid phase under the influence of ultrasound. Kratkie soobshhenija po fizike FIAN [Bulletin of the Lebedev Physics Institute], 2012, no. 7, pp. 39—49. (In Russian).
3. Bulychev N.A., Kazarjan M.A., Chajkov L.L., Burhanov I.S., Krasovskij V.I. Nanosized particles of metal oxides produced in a plasma discharge in the liquid phase under the action of ultrasonic cavitation. 1. A method for obtaining particles. Kratkie soobshhenija po fizike FIAN [Bulletin of the Lebedev Physics Institute], 2014, vol. 41, no. 9, pp. 18—27. (In Russian).
4. Dzhenloda R.Kh., Volostykh M.V., Geidt P.V., Sizova I.A., Koroleva M.Iu. Obtaining nanostructured ZnO films. Uspekhi khimii i khimicheskoi tekhnologii [Advances in Chemistry and Chemical Technology]. 2010, vol. 24, no. 7 (112), pp. 84—86. (In Russian).
5. Dzhenloda R.H., Koroleva M.Iu. Effect of sodium dodecyl sulfate on the morphology of the nanoparticles of zinc oxide. Uspekhi khimii I khimicheskoi tekhnologii [Advances in Chemistry and Chemical Technology]. 2010, vol. 24, no. 7(112), pp. 81—84. (In Russian).
6. Dzhenloda R.Kh., Koroleva M.Iu., Iurtov E.V. Synthesis of branched nanostructures of zinc oxide in aqueous medium with surfactants. Uspekhi khimii i khimicheskoi tekhnologii [Advances in Chemistry and Chemical Technology]. 2009, vol. 23, no. 9 (102), pp. 76—79. (In Russian).
7. Czan S. Development of methods for producing zinc oxide nanoparticles in various sizes and shapes for epoxy composites. Cand. chem. sci. diss. Moscow, 2014. 154 p. (In Russian).
8. Czan S., Avdeeva A.V., Muradova A.G., Iurtov E.V. Obtaining zinc oxide nanorods by chemical liquid phase methods. Khimicheskaia tekhnologiia [Chemical technology]. 2014, vol. 15, no. 12, pp. 715—722. (In Russian).
9. Bulychev N., Confortini O., Kopold P., Dirnberger K., Schauer T., Du Prez F.E., Zubov V., Eisenbach C.D. Application of Thermo-Responsive Poly(methylvinylether) Containing Copolymers in Combination with Ultrasonic Treatment for Pigment Surface Modification in Pigment Dispersions. Polymer, 2007, vol. 48 (9), pp. 2636—2643.
10. Bulychev N., Dervaux B., Dirnberger K., Zubov V., Du Prez F.E., Eisenbach C.D. Structure of Adsorption Layers of Amphiphilic Copolymers on Inorganic or Organic Particle Surfaces. Macromolecular Chemistry and Physics, 2010, vol. 9 (211), pp. 971—977.
11. Bulychev N.A. Conformational changes in polymers adsorbed on titanium and iron oxides. Inorganic Materials, 2010, vol. 46, I. 4, pp. 393—398.
12. Bulychev N.A., Kisterev E.V., Arutunov I.A., Zubov V.P. Ultrasonic Treatment Assisted Surface Modification of Inorganic and Organic Pigments in Aqueous Dispersions. Journal of the Balkan Tribological Association, 2008, vol. 1 (14), pp. 30—39.
13. Ganiev R.F., Bulychev N.A., Fomin V.N., Arutyunov I.A., Eisenbach C.D., Zubov V.P., Malyukova E.B. Effect of mechanical activation on surface modification in aqueous pigment disperse systems. Doklady Chemistry, 2006, vol. 407, pp. 54—56.
14. Guo L., Ji Y.L., Xu H.B., Simon P., Wu Z.Y. Regularly Shaped, Single-Crystalline ZnO Nanorods with Wurtzite Structure. Journal of the American Chemical Society, 2002, vol. 124, pp. 14864—14865.
15. Klassen N., Krivko O., Kedrov V., Shmurak S., Kiselev A., Shmyt’ko I., Kudrenko E., Shekhtman A., Bazhenov A., Fursova T., Abramov V., Bulychev N., Kisterev E. Laser and Electric Arс Synthesis of Nanocrystalline Scintillators. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2010, vol. 57 (3), pp. 1377—1381.
16. Klingshirn C.F., Meyer В.К., Waag A., Hoffmann A., Geurts J. Zinc Oxide From Fundamental Properties Towards Novel Applications. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010, 359 p.
17. Liu B., Zeng H.C. Hydrothermal Synthesis of ZnO Nanorods in the Diameter Regime of 50 nm. Journal of the American Chemical Society, 2003, vol. 125, pp. 4430—4431.
18. Shah M.A., Al-Marzouki F.M. Zinc Oxide Nanorods Prepared in Mixed Solvents. Materials Sciences and Applications, 2010, vol. 1, pp. 77—80.
19. Xia Y.N., Yang P.D., Sun Y.G., Wu Y.Y., Mayers B., Gates B., Yin Y.D., Kim F., Yan H.Q. One-Dimensional Nanostructures: Synthesis, Characterization, and Applications. Advanced Materials, 2003, vol. 15, no. 5, pp. 353—389.

Информация об авторах

Шкинев Валерий Михайлович

д-р хим. наук, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, 119991, РФ, г. Москва, ул. Косыгина, 19

Shkinev Valery

Doctor of Chemical Sciences, Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences, 119991, Russian Federation, Moscow, Kosygin Street, 19

Дженлода Рустам Харсанович

научн. сотр., Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, 119991, РФ, г. Москва, ул. Косыгина, 19

Dzhenloda Rustam

Research scientist, Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences, 119991, Russian Federation, Moscow, Kosygin Street, 19

Булычев Николай Алексеевич

д-р хим. наук, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, 119991, РФ, г. Москва, Ленинский пр-т, 53

Bulychev Nikolay

Doctor of Chemical Sciences, Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences, 119991, Russian Federation, Moscow, Leninsky Prospect, 53

Казарян Мишик Айразатович

д-р физ.-мат. наук, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, 119991, РФ, г. Москва, Ленинский пр-т, 53

Kazarian Mishik

Doctor of Physico-mathematical Sciences, Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences, 119991, Russian Federation, Moscow, Leninsky Prospect, 53

Вошкин Андрей Алексеевич

д-р техн. наук, Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, 119991, РФ, г. Москва, Ленинский пр-т, 31

Voshkin Andrey

Doctor of Engineering Sciences, Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of Russian Academy of Sciences, 119991, Russian Federation, Moscow, Leninsky Prospect, 31

Заходяева Юлия Алексеевна

канд. хим. наук, Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, 119991, РФ, г. Москва, Ленинский пр-т, 31

Zakhodyaeva Yulia

Candidate of Chemical Sciences, Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of Russian Academy of Sciences, 119991, Russian Federation, Moscow, Leninsky Prospect, 31

Мирзоева Фатима Юсуповна

инженер, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, 360004, РФ, г. Нальчик, ул. Чернышевского, д. 173

Mirzoyeva Fatima

Engineer, Barbekov Kabardino-Balkarian State University, 360004, Russian Federation, Nalchik, Chernishevskogo str., 173