Формирование аморфных и кристаллических наночастиц тетрагонального диоксида циркония

Abstract

С использованием методов термогравиметрии (ТГ), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и рентгеноструктурного анализа (РСА) изучена кинетика отдельных стадий формирования наночастиц, полученных многостадийным методом химического осаждения. Описан механизм и определены кинетические параметры (эффективные константы скорости и энергии активации) процессов формирования ксерогеля, его последующей дегидратации и кристаллизации, а также роста оксидных наночастиц в температурном диапазоне 500–1000°C. Показано, что механизм роста наночастиц не одинаковый для всего температурного диапазона и согласно оцененным кинетическим параметрам можно выделить 2 диапазона (500–700 и 700–1000°C) с разной зависимостью константы скорости роста частиц от температуры. Обнаружено, что характерное для первого диапазона аномальное поведение константы скорости обусловлено процессами распада матрицы диоксида циркония при потере остаточной химически связанной воды.

З використанням методів термогравіметрії (ТГ), диференціальної скануючої калориметрії (ДСК) та рентгеноструктурного аналізу (РСА) досліджено кінетику окремих стадій формування наночастинок, що отримані багатостадійним методом хімічного осадження. Описано механізм і визначено кінетичні параметри (ефективні константи швидкості та енергії активації) процесів формування наночастинок ксерогелю, їхньої подальшої дегідратації та кристалізації, а також росту оксидних наночастинок у температурному діапазоні 500–1000°C. Показано, що механізм росту оксидних наночастинок не є однаковим для всього температурного діапазону та згідно з оціненними кінетичними параметрами можна виділити 2 діапазони (500–700 та 700–1000°С) з різною залежністю константи швидкості зростання частинок від температури. Виявлено, що характерна для першого діапазону аномальна залежність константи швидкості обумовлена процесами розпаду матриці двооксиду цирконію при втраті залишкової хімічно зв’язаної води.

With the use of the methods of thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray structure analysis (XSA), the kinetics of separate stages of the formation of nanoparticles produced by a multistage method of the chemical coprecipitation. The mechanism has been described and the kinetic parameters have been evaluated (the effective constants of the rate and the activation energy), when analyzing the processes of xero-gel formation, the succeeding dehydration and crystallization, the growth of oxide nano-particles within the temperature range of 500–1000°C. It has been shown that the mechanism of the nanoparticle growth is varied within the whole temperature range. According to the estimated kinetic parameters, two ranges can be singled out (500–700 and 700–1000°C) that are characterized by the different temperature dependence of the constant of the rate of the particle growth. It has been found that an anomalous behavior of the constant of the rate characteristic of the first range is determined by the decay of the zirconia matrix due to the loss of the residual chemically bound water.