Екатеринбургские учёные из Института химии твёрдого тела УрО РАН впервые предложили модель, способную достоверно предсказать размеры получаемых наночастиц. Результаты численного эксперимента совпали с опытными данными по получению карбида вольфрама (WC). Удалось выяснить, что размер частиц уменьшается с увеличением времени размола и, напротив, возрастает при увеличении размера исходных частиц и массы навески. Результаты работы, проведённой при поддержке РФФИ Уральским и Сибирским отделениями РАН, опубликованы в «Журнале технической физики».

Огромная площадь свободной поверхности, уникальные магнитные и оптические свойства наночастиц открывают широкие возможности для применения. Один из самых простых и эффективных методов получения наночастиц – механическое измельчение порошков более крупных частиц. Для решения конкретных технологических задач зачастую требуются наночастицы фиксированного состава и размера, а уже существующие модели получения, скорее, являются объединением экспериментальных данных и вряд ли способны помочь в выборе условий обработки порошков для новых задач.

Екатеринбургские учёные из Института химии твёрдого тела УрО РАН впервые предложили модель, способную достоверно предсказать размеры получаемых наночастиц. Результаты численного эксперимента совпали с опытными данными по получению карбида вольфрама (WC). Удалось выяснить, что размер частиц уменьшается с увеличением времени размола и, напротив, возрастает при увеличении размера исходных частиц и массы навески. Результаты работы, проведённой при поддержке РФФИ Уральским и Сибирским отделениями РАН, опубликованы в «Журнале технической физики».

Механический размол порошков происходит в планетарной мельнице, заполненной вращающимися шарами. Анализ движения шаров, ранее выполненный исследователями, показал прямую зависимость между затраченной энергией и временем размола при фиксированной скорости вращения мельницы. Расходуется энергия на разрыв химических связей и значительное увеличение свободной поверхности частиц.

Формула, выведенная Александром Гусевым и Алексеем Курловым, описывает размеры получаемых частиц как функцию времени размола, массы навески и размеров исходных частиц. В качестве физических характеристик вещества используются модули сдвига и всестороннего сжатия, параметры решётки кристалла и некоторые другие. В соответствии с формулой увеличение массы навески, размеров исходных частиц или же уменьшение времени размола приводит к увеличению получаемых частиц.

Данные эксперимента по измельчению порошка крупнозернистого карбида вольфрама (10 мкм) до нанометровых частиц (10 нм) хорошо совпали с полученной формульной зависимостью. Именно поэтому предложенная модель, как отмечают учёные,

«позволит перейти от эмпирического подбора условий размола к теоретическому определению параметров размола исходя из физических характеристик исходного вещества».

Источник информации:

А. С. Курлов, А. И. Гусев «Модель размола порошков». Журнал технической физики, 2011, том 81, вып. 7.