ახალი ნანომასალებისა და მათი მიღების ტექნოლოგიების შემუშავება ნანოხელსაწყოებში გამოყენების მიზნით

ტექნოლოგიების დახვეწა მოიცავდა სამუშაოებს, რომელთა საშუალებითაც შესაძლებელი იქნებოდა ნანომასალათა ფიზიკური, მორფოლოგიური, ოპტიკური და სხვა პარამეტრების გაუმჯობესება. ნანომასალებისთვის უმთავრესია მათი ზომების ზუსტი დაცვა, ნანოზომების მიღწევა, რადგან მხოლოდ ამ შემთხვევაში ხდება შესაძლებელი მათი ზომაზე დამოკიდებული თვისებების გამჟღავნება. თავის მხრივ მონოდისპერსულობის მიღწევა საშუალებას იძლევა მივიღოთ ერთნაირი თვისებების მქონე ნანომასალა. პიროლიზურ ტექნოლოგიაში, რომელიც ეფუძნება NH4Cl-ის გამოყენებას შევისწავლეთ ტექნოლოგიური პარამეტრების დამოკიდებულება მასალათა მორფოლოგიაზე. ტექნოლოგიურ პარამეტრებს შეადგენდა სინთეზის ტემპერატურა, სამუშაო წნევა, წყარო მასალის ტემპერატურა, მანძილი წყაროსა და ფუძეშრეს შორის, სინთეზის ხანგრძლივიბა და სხვ. განხილული მასალებისთვის ოპტიმალური ტექნოლოგიური პარამეტრები განსხვავებული იყო. მაგალითად. გერმანიუმის ნიტრიდის– Ge3N4 მიღება და მორფოლოგია მნიშვნელოვნად იყო დამოკიდებული სინთეზის ტემპერატურაზე. 510C–ზე მივიღეთ საკმაოდ დიდი, მიკრონების დიამეტრის მქონე მონოკრისტალური ძელები სიგრძით 50 მიკრომეტრამდე, მაშინ როცა 41C–ზე მიიღებოდა ნანომავთულები დიამეტრით 20±5 ნმ.

მნიშვნელოვანი ყურადღება დაეთმო სინთეზისას ამონიუმის ქლორიდის დაშლასა და ამ დაშლის პროდუქტების ქიმიურ აქტივობას. ეს ნაერთი იწყებს დისოციაციას უკვე 195C–ზე რის შედეგადაც მიიღება აირადი მარილმჟავა– HCl და ამიაკი–NH3. ასეთ არეში შეიძლება განხორციელდეს სხვადასხვა სახის რეაქციები, მაგალითად ზედაპირის ამოჭმა, ნიტრიდის სინთეზი, აქროლადი და სტაბილური ქლორიდების წარმოქმნა და სხვ. თუ იმასაც გავითვალისწინებთ, რომ რიგ ექსპერმენტში ჩვენ სპეციალურად ვხმარობდი ნესტიან ანამონიუმის ქლორიდს, მაშინ უნდა გავითვალისწინოთ დაჟანგვის რეაქციებიც. სინთეზის რეაქციების თერმოქიმიური წინასწარი ანალიზი საშუალებას გვაძლევდა, რომ წინასწარ განგვესაზღვრა სავარაუდო რეაქციათა ალბათობა, თუმცა რეალური მასალის სინთეზისთვის მეტად მნიშვნელოვან პარამეტრს წარმოადგენს რეაქციის კინეტიკა, რომლის სიდიდის შეფასება ხდებოდა მხოლოდ სინთეზის შედეგებიდან გამომდინარე.

ახალი ტექნოლოგიების შემუშავების მიმართულებით ჩვენ ჩავატარეთ ერთობლივი სამუშაოები ანდრონიკაშვილის სახელობის ფიზიკის ინსტიტუტის პლაზმის ფიზიკის განყოფილების მეცნიერებთან ერთად, რომლებმაც შექმნეს ე.წ. პლაზმური რკალის სანთუღა (plasma arc torch).მისი მეშვეობით ისინი ძირითადად ახორციელებდნენ ნახშირის მტვრის სრულ წვას, რაც მნიშვნელოვნად ზრდიდა ენერგეტიკულ გამოსავალს, კვლევები ზოგიერთი სხვა მიმართულებითაც მიმდინარეობდა. ჩვენს შემთხვევაში პლაზმური რკალი გამოყენებული იქნა ჟანგბადში ან ინერტულ აირებში ლითონთა ასაორთქლებლად, რის შემდეგაც ორთქლი კონდენსირდებოდა ფუძეშრეზე. Zn-ზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა, გვიჩვენა, რომ პლაზმის სიმძლავრის შესაბამისად ფუძეშრეზე მიიღებოდა ZnO-ს ნანომასალა. შედარებით დაბალ ენერგიებზე ე.წ. ტეტრაპოდები, ხოლო მაღალზე–ე.წ. იერარქიური, სფერული, ყვავილისმაგარი ნაწილაკები, რომლებიც თუთიის ოქსიდის ნანოსიბრტყეებისგან შედგებოდა.

გარდა ამისა, ცირკონიუმისა და ბორის ფხვნილებიდან პიროლიზური გზით მიღებული იქნა ZrB2–ის ნანომასალა. ცნობილია, რომ ეს მასალა გამოირჩევა ულტრამაღალი დნობის ტემპერატურით (3246C), სისალით, სიმტკიცით, მაღალი გამტარებლობით. აღნიშნული კვლევები ახლა დავიწყეტ და ჯერ შედეგებზე ძნელია ვიმსჯეპოტ, ნით უფრო, რომ მასალა შედგება მიკრო და ნანოზომის მარცვლებისაგან და მათი მიღება მოითხოვს ტექნოლოგიის ოპტიმიზაციას.

გარდა ტექნოლოგიური კვლევებისა მუდმივად მიმდინარეობდა ნანომასალების შედგენილობის, მორფოლოგიისა და სტრუქტურის კვლევა ისეთი მეთოდებით, როგორიცაა რენტგენული დიფრაქცია, ტრანსმისიული და მასკანირებელი ელექტრონული მიკროსკოპია, ინფრაწითელი სპექტროსკოპია და ფოტომეტრია ულტრაიისფერ და ხილულ უბანში, ვოლტ–ამპერმეტრია. ამ კვლევების შედეგები აისახა სათანადო პუბლიკაციებში.