Наноструктуры широко используют в современной промышленности благодаря возможности создания материалов с заданными свойствам для решения различных технологических задач. Такие покрытия, например, применяют для увеличения износостойкости и коррозийной устойчивости сталей, создания эффективных катализаторов и в электронной промышленности. Разработка методов их синтеза и промышленного производства — актуальная научная задача. Серия экспериментов, проведенных учеными-электрохимиками из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева, показала преимущества электрохимических методов для синтеза функциональных покрытий и наноматериалов в расплавах солей для различных сфер применения.
Микрофотографии композита карбида молибдена с углеродным волокном в разном масштабе / ©Пресс-служба КНЦ РАН
Результаты опубликованы в журнале Сoatings. Исследователи выделили следующие преимущества предлагаемых методов синтеза. Так, электролиз солевых расплавов дает возможность сравнительно легко регулировать структуру, толщину, пористость, шероховатость, размер зерна и текстуру гальванических покрытий и материалов. А большое количество доступных сред для синтеза расширяет применимость методов. В зависимости от целей электрохимический синтез покрытий может осуществляться как в водных, так и в безводных средах.
Параметры электроосаждения, определенные на лабораторном оборудовании, достаточно легко переносятся на промышленные масштабы. Требования к чистоте исходных реагентов при этом снижены, поскольку металлы очищаются в процессе электролиза. И синтезируемые в расплавах материалы будут иметь высокую чистоту. И, наконец, по сравнению с другими технологиями снижены эксплуатационные расходы, а стоимость электрохимического оборудования невелика.
В подтверждение ученые привели в пример свойства синтезированных карбидных покрытий и наноструктур, полученных в результате нескольких серий экспериментов. В частности, они получили каталитическое композицию «карбид молибдена на молибдене», которая способна эффективно осуществлять паровую конверсию CO и может найти применение в водородной энергетике. Другой пример применения таких покрытий – защита сталей от механического износа в агрессивной среде. Покрытия из карбидов хрома и тантала на промышленных ножах для измельчения резины увеличили их срок службы в два и 2,5 раза соответственно. А нанесение покрытий из карбида ниобия на детали нефтеперекачивающих насосов существенно увеличило их межремонтный интервал.
Другой пример применения электрохимических методов в расплавах солей — создание эффективных электрокатализаторов на основе композиций «карбид металла/углеродное волокно». Электрокатализаторы обладают рядом преимуществ перед «классическими» катализаторами. Так, например, варьируя величину электрического потенциала можно регулировать активность и селективность электрокатализатора. К тому же окислительно-восстановительные процессы идут на поверхности электрокатализатора. Это уменьшает количество реагентов или растворителей, что при промышленном применении поможет существенно снизить расходы. Ученые продемонстрировали, что синтезированные электрокатализаторы на основе карбидов тугоплавких металлов, нанесенных на углеродные волокна, обладают высокой активностью при разложении пероксида водорода.
Развитие электронной промышленности невозможно представить без современных наноразмерных материалов определенной структуры. Исследователи показали — с помощью предлагаемых методов можно синтезировать нанотрубки гексаборида гадолиния и наноиглы монооксида тантала, необходимые в современных электронных устройствах.
