РОЗДІЛ 2. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Вибір матеріалів досліджень
Для вивчення колоїдно-хімічних закономірностей процесу формування просторових
ПС при селективному розчиненні металевих сплавів було обрано систему, в якій
дисперсійним середовищем є розчини азотної кислоти в дистильованій воді, а
дисперсною фазою – сплави системи золото-срібло з вмістом золота від 1 до 40
%мас.
Вибір цієї системи компонентів вихідних сплавів обумовлений актуальністю
розробки колоїдно-хімічних основ оптимізації процесів розділення сплавів з
вмістом золота до 50 %, а також тим, що задача вивчення механізму процесу
формування часток просторових ПС висуває до вихідного сплаву дві суттєві
вимоги, а саме: сплав має являти собою систему, максимально наближену до стану
гомогенності; компоненти сплаву мають суттєво розрізнятись за електрохімічною
активністю в розчинах електролітів. Гомогенність вихідної системи компонентів
необхідна для усунення можливого впливу впорядкованості на процес формування та
морфологію отримуваних дисперсних пористих структур. Суттєва різниця в
стандартних електродних потенціалах іонізації компонентів є умовою протікання
процесу СР. Цим вимогам у різній мірі відповідають сплави з вмістом благородних
металів – золота, платини, родію, паладію. Однак більшість цих двохкомпонентних
сплавів мають складні діаграми стану з утворенням сполук різного складу. Тільки
системи золото-срібло та паладій-срібло мають діаграми без ознак утворення
сполук в усьому інтервалі концентрацій. За даними [53,54] в системі Ag–Au
утворюється безперервний ряд б-твердих розчинів у всьому інтервалі
концентрацій. Температури ліквідуса і солідуса сплавів цієї системи мало
відрізняються між собою й в області максимального відхилення при 50 ат. %
відповідно дорівнюють 1305,5 і 1303,5 К (різниця складає 2 К). Орбітальний
радіус Ag складає 0,128 нм, а Au – 0,118 нм, а атомно-іонні радіуси складають:
Ag 0,160 нм і Au 0,135 нм [55]. Наведені дані свідчать про високий ступінь
гомогенності цієї двохкомпонентної системи. При цьому золото ще й є абсолютно
термодинамічно стійким в водних розчинах у відсутності комплексоутворювачів. Це
й визначило систему золото-срібло як основну при вивченні процесу
самоорганізації просторових ПС під час селективного розчинення сплавів.
При виборі дисперсійного середовища ми мали врахувати такі вимоги: срібло має
іонізуватись в ньому з утворенням добре розчинних сполук; золото має бути
термодинамічно стійким. Сукупності цих вимог в повній мірі відповідають водні
розчини азотної кислоти та її солей – нітратів та водні розчини хлорної кислоти
та її солей. Однак, з огляду на можливе практичне застосування процесу
селективного розчинення сплавів для отримання структур з керованим розміром
часток та пор, найбільш перспективними з точки зору безпеки та зручності
застосування є саме нітратні розчини.
Вивчення процесу формування просторової ПС з кристалічного золота при
селективному розчиненні сплавів системи золото-срібло в нітратному
дисперсійному середовищі включало такі основні напрямки:
дослідження адсорбційно-структурних властивостей поверхні нанодисперсних
структур з золота;
дослідження гідрофільності поверхні нанодисперсних структур з золота;
дослідження фрактальних властивостей поверхні нанодисперсних структур з золота;
дослідження кінетичних та термодинамічних параметрів електрохімічного та
хімічного (корозійного) процесів формування ПС;
дослідження залежності характеристичного розміру часток структур з золота від
щільності поляризуючого струму;
дослідження залежності характеристичного розміру часток структур з золота від
вмісту золота в сплаві золото-срібло.
2.2. Методики проведення експериментів
Скануюча електронна мікроскопія. Визначення розміру часток досліджуваних
структур проводили методом скануючої електронної мікроскопії[56,57]. Зразки ПС
ретельно відмивали дистильованою водою, після цього висушували над пентаоксидом
фосфору. Підготовлені зразки структур наклеювали на підтримувачі об’єктів,
після випаровування розчинника з клею об’єкти вміщували в растровий електронний
мікроскоп TESLA BS-340 для вивчення. Результати електронно-мікроскопічних
досліджень регістрували за допомогою цифрової системи виводу та запису
зображення SEODISS. Мікроскопічні дослідження високої розподільчої здатності
(до 2 нм) проводились на електронному мікроскопі CARL ZEISS Ultra 55 з
використанням зовнішньолінзового та внутрішньолінзового детекторів вторинних
електронів. Підготовка зразків проводилася аналогічно.
Для визначення усередненого характеристичного розміру часток отримували по три
електроннно-мікроскопічні фотографії різних ділянок кожного зразка для
уникнення похибки, яка може бути наслідком локальної флуктуації складу сплавів.
На кожній фотографії проводили 30 вимірювань величини поперечного перерізу
часток, після чого проводили статистичну обробку, методику якої наведено в
розділі 2.3. Середня похибка визначення цієї величини вказана в тексті роботи
разом з відповідними величинами. Вона складає не більше 8 %.
Адсорбційні вимірювання проводились на приладі Sorptometer Kelvin 1042 фірми
COSTECH Instruments при температурі кипіння азоту (77 K) за ідентичних умов
дегазації зразків. Зразки отриманих ПС промивалися дистильованою водою та
висушувалися при температурі 363 К.
Отримання величин адсорбції та розрахунок питомої поверхні проводився в
автоматичному режимі за допомогою програмного комплексу Kelvin 1042 V 3.07,
середня похибка методу визначення питомої поверхні методом БЕТ складає не
більше 5 % величини питомої поверхні ПС.
Визначення гідрофільності
- Київ+380960830922