Параметры активности нанопорошков меди при длительном хранении в условно-герметичной таре

Abstract

Актуальность исследования связана с определением параметров активности серии нанопорошков меди после хранения в течение 16 лет в условно-герметичной таре и на их основе получением данных о деградации меди в нанодисперсном состоянии. Цель: экспериментально определить четыре параметра химической активности серии нанопорошков меди и установить закономерности изменения этих параметров после длительного хранения этих нанопорошков в условно-герметичной таре. Объект: нанопорошки меди, синтезированные в условиях электрического взрыва проводника в среде аргона. Методы. Фазовый состав серии нанопорошков меди определяли с использованием дифрактометрa «Shimadzu» XRD/700. Размеры и форму частиц анализировали с помощью растрового электронного микроскопа JSM-7500FA «Jeol». Площадь удельной поверхности нанопорошков меди измеряли с помощью метода низкотемпературной адсорбции азота (метод БЭТ). Содержание металлической меди определяли с использованием термогравиметрии при нагревании до 1020 °С со скоростью 10 °/мин. Реакционную способность нанопорошков меди определяли по четырем параметрам активности: температура начала окисления (tso, °С), максимальная скорость окисления (Vmax, мг/мин), степень окисленности (?, %) и энтальпия окисления ?H, кДж/моль. Для расчета этих параметров использовали дериватограф Q-1000 (фирма MOM) и термоанализатор Q600 STD (фирма TA-Instrument). Результаты. После хранения (16 лет) нанопорошков меди в условно-герметичной таре часть образцов стали пирофорными: их температура окисления понизилась до 19 и 16 °С. В то же время имеются образцы с температурой начала окисления 188 и 190 °С. Максимальная скорость окисления нанопорошков меди составляла 32,3?10–4 мг/с, а минимальная только 5,2?10–4 мг/с. При нагревании до 650 °С энтальпия окисления нанопорошков меди для подавляющей части образцов составляла ?1500 Дж/г. Содержание металлической меди в нанопорошках образцов составляло от 46,7 до 73,5 мас. %. Отсутствие корреляционных зависимостей между условиями электрического взрыва и параметрами активности связано, по-видимому, с многопараметрической зависимостью формирования оксидной оболочки на частицах меди: значимыми являются условия пассивирования. Особенностью нанопорошков меди является невозможность формирования защитной плёнки на поверхности частиц: продуктами окисления является кристаллическая фаза CuO и рентгеноаморфноый оксид Cu2O в виде кластеров с характерными размерами 4-6 нм.

Relevance of the research is related to determination of parameters of copper nanopowders series activity after 16 years storage in an airtight container. The main aim of the research is to determine by the experiment four parameters of chemical activity of copper nanopowders series and to establish the laws of change in these parameters after long storage of these nanopowders in the air-tight container. Object: copper nanopowders, produced by wire explosion technique in argon atmosphere. Methods. Phase content of copper nanopowders series was determined «Shimadzu» XRD-700 difractometer. Sizes and shapes of nanoparticles were investigated by reflection electron microscopy JSM-750FA Jeol. Specific surface areas of nanopowders were determined by means of low temperature nitrogen adsorption (BET). Metal copper content was determined by thermogravimetry after heating up to 1250 °C with heating speed 10°-min. Activity of copper nanopowders was characterized by four parameters of activity Results. After storage (16 years) of copper nanopowders in the air-tight container, some samples became pyrophoric: their oxidation temperature dropped to 19 and 16 °C. At the same time, there are samples with oxidation start temperature of 188 and 190 °C. Maximum oxidation rate of copper nanopowders was 32,3*10-4mg-s, and the minimum only 5,2*10-4mg-s. When copper nanopowders are heated to 650 °C, the enthalpy of their oxidation for the most part of the samples is »~1500 kJ-mol. The content of metallic copper in nanopowders of the samples ranged from 46,7 to 73,5 wt. %. The absence of correlation dependencies between the conditions of electric explosion and the parameters of activity is apparently related to the multiparameter dependence of an oxide shell formation on copper particles: the conditions of passivation are significant. A feature of copper nanopowders is the impossibility of forming a protective film on the particle surface: oxidation product is crystalline CuO phase and roentgenomorphic Cu2O phase in the form of 4-6 nm clusters.