powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2018-1-4-10powder-341Research ArticleПроцессы получения и свойства порошковProduction Processes and Properties of PowdersИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА НИТРИДА АЛЮМИНИЯ ДО И ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ВОДОЙSTUDYING ADSORPTION PECULIARITIES OF ULTRADISPERSED ALUMINUM NITRIDE POWDER BEFORE AND AFTER WATER TREATMENTРябинаА. В.RyabinaA. V.

канд. хим. наук, науч. сотр. ИХТТ УрО РАН

620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91

Cand. Sci. (Chem.), researcher of the Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (ISSC UB RAS)

620990, Russia, Ekaterinburg, Pervomaiskaya str., 91

anna-ryabina@yandex.ruШевченкоВ. Г.ShevchenkoV. G.

докт. хим. наук, гл. науч. сотр., зав. лабораторией ИХТТ УрО РАН

Dr. Sci. (Chem.), chief research scientist, head of the laboratory, ISSC UB RAS

shevchenko@ihim.uran.ruИнститут химии твердого тела (ИХТТ) УрО РАНРоссияInstitute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (ISSC UB RAS)Russian Federation20181603201801410Copyright © НИТУ "МИСИС", 20182018НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/341

Представлены результаты исследования адсорбционно-структурных особенностей взаимодействия нанодисперсного порошка нитрида алюминия с водой, в частности  морфология и фазовый состав продуктов окисления. Рассчитаны удельная поверхность и  пористость порошков. Анализируются особенности изотерм адсорбции исследуемых  образцов до и после взаимодействия с водой с точки зрения соответствия их конкретному  типу согласно рекомендациям Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC), а также определенному виду пористости, что необходимо для понимания  области их дальнейшего применения. Обсуждается механизм взаимодействия порошка  нитрида алюминия с водой. Показано, что имеет место ионно-адсорбционный механизм с  формированием пористых агломератов, состоящих из нанопластин оксигидроксида  алюминия игольчато-пластинчатой формы, соединенных контактами, с диаметром пор 55 Å.  Удельная поверхность при этом возрастает с 48 до 115 м2/г. Установлено, что в результате  взаимодействия нанопорошка AlN с водной средой происходит изменение фазового состава  – продукты взаимодействия представлены фазами AlO(OH), Al(OH)3.

The paper presents the results obtained when studying the adsorption and structural peculiarities of aluminum nitride nanopowder interaction with water, particularly the morphology and  phase composition of oxidation products. Powder surface areas and porosities are calculated. The peculiarities of the adsorption  isotherms of the investigated samples are analyzed before and after interaction with water in terms of their correspondence to a  certain type according to the recommendation of the International  Union for Pure and Applied Chemistry (IUPAC), as well as to a  certain porosity type, which is necessary for the understanding of  their further application. The mechanism of aluminum nitride powder and water interaction is discussed. It is shown that aluminum nitride interacts with water by the ion-adsorption mechanism that  leads to the formation of porous agglomerates consisting of needle and platelet shaped aluminum oxyhydroxide nanoplates  connected by contacts with pores 55 Å in diameter. Specific surface  area increases from 48 to 115 m2/g. It is also found that phase  composition changes as a result of AlN nanopowder interaction with aqueous environment, and interaction products are represented by AlO(OH) and Al(OH)3 phases.

адсорбцияультрадисперсные порошкипорыудельная поверхностьионность связиионно-адсорбционный механизмнитрид алюминияadsorptionultradispersed powdersporesspecific surfacebond ionicityion-adsorption mechanismaluminum nitrideReferencesСамсонов Г.В. Нитриды. Киев: Наук. думка, 1969.Samsonov G.V. Nitridy [Nitrides]. Kiev: Nauk. dumka, 1969.Гаршин А.П., Швайко-Швайковский В.Е. Особенности кинетики и механизма процесса взаимодействия нитрида алюминия с газовыми средами // Огнеупоры и техн. керамика. 1999. No. 11. С. 31—35.Garshin A.P., Shvaiko-Shvaikovskii V.E. Osobennosti kinetiki i mekhanizma protsessa vzaimodeistviya nitrida alyuminiya s gazovymi sredami [Peculiarities of kinetics and mechanism of interaction process of aluminum nitride with gaseous media]. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. 1999. No. 11. P. 31—35.Ramisetty Mohan, Sastri Suri, Kashalikar Uday. Manufacturing of aluminium nitride powder for advanced applications // Am. Ceram. Soc. Bull. 2014. Vol. 93. No. 6. Р. 28—32.Ramisetty Mohan, Sastri Suri, Kashalikar Uday. Manufacturing of aluminium nitride powder for advanced applications. Am. Ceram. Soc. Bull. 2014. Vol. 93. No. 6. Р. 28— 32.Seong Min Jeonga, Kang Hyuk Leea, Myung Hyun Leea, Won Seon Seoa, Jonghee Hwanga, Seung Min Kangb, Younghee Kima. Efficient particle size control and purification of AlN powder using thermocyclic process, for use in crystal growth // J. Ceram. Process. Res. 2014. Vol. 15. No. 6. Р. 497—502.Seong Min Jeonga, Kang Hyuk Leea, Myung Hyun Leea, Won Seon Seoa, Jonghee Hwanga, Seung Min Kangb, Younghee Kima. Efficient particle size control and purification of AlN powder using thermocyclic process, for use in crystal growth. J. Ceram. Process. Res. 2014. Vol. 15. No. 6. Р. 497—502.Weimer Alan W., Cochran Gene A., Eisman Glenn A., Henley John P., Hook Bruce D., Mills Lynne K., Guiton Theresa A., Knudsen Arne K., Nicholas Nicholas R., Volmering James E., Moore William G. Rapid process for ma-nufacturing aluminum nitride powder // Am. Ceram. Soc. 1994. Vol. 77. Iss. 1. P. 3—18.Weimer Alan W., Cochran Gene A., Eisman Glenn A., Henley John P., Hook Bruce D., Mills Lynne K., Guiton Theresa A., Knudsen Arne K., Nicholas Nicholas R., Volmering James E., Moore William G. Rapid process for manufacturing aluminum nitride powder. Am. Ceram. Soc. 1994. Vol. 77. Iss. 1. P. 3—18.Collange A., Grosseau P., Guilhot B., Disson J.P., Joubert P. Thermal conductivity of compacted AlN samples // J. Europ. Ceram. Soc. 1997. No. 17. Р. 1897—1900.Collange A., Grosseau P., Guilhot B., Disson J.P., Joubert P. Thermal conductivity of compacted AlN samples. J. Europ. Ceram. Soc. 1997. No. 17. Р. 1897—1900.Greil P., Kulig M., Hotza D. Aluminium nitride ceramics with high thermal conductivity from gas-phase synthesized powders // J. Europ. Ceram. Soc. 1994. No. 3. P. 229—237.Greil P., Kulig M., Hotza D. Aluminium nitride ceramics with high thermal conductivity from gas-phase synthesized powders. J. Europ. Ceram. Soc. 1994. No. 3. P. 229— 237.Шевченко В., Рябина А., Торокин В., Алехина В. Смазочная композиция с антиприжоговой добавкой для улучшения абразивной обработки материалов // Наноиндустрия. 2015. No. 4. С. 72—78.Shevchenko V., Ryabina A., Torokin V., Alekhina V. Smazochnaya kompozitsiya s antiprizhogovoi dobavkoi dlya uluchsheniya abrazivnoi obrabotki materialov [Lubricant composition to improve abrasive materials processing]. Nanoindustriya. 2015. No. 4. P. 72—78.Васильев В.В., Лучанинов А.А., Стрельницкий В.Е., Толстолуцкая Г.Д., Копанец И.Е., Севидова Е.К., Кононенко В.И. Свойства нитрида алюминия как защитного покрытия на биоинженерных материалах // Вопр. атом. науки и техники. Сер. Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2005. Т. 86. No. 3. С. 167—170.Vasil’ev V.V., Luchaninov A.A., Strel’nitskii V.E., Tolstolutskaya G.D., Kopanets I.E., Sevidova E.K., Kononenko V.I. Svoistva nitrida alyuminiya kak zashchitnogo pokrytiya na bioinzhenernykh materialakh [The properties of aluminum nitride as a protective coating on bioengineering materials]. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Seriya: Fizika radiatsionnykh povrezhdenii i radiatsionnoe materialovedenie. 2005. Vol. 86. No. 3. P. 167—170.Рябина А.В., Кононенко В.И. Удельная поверхность дисперсных материалов на основе алюминия // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2014. No. 2. С. 3—7.Ryabina A.V., Kononenko V.I. Udel’naya poverkhnost’ dispersnykh materialov na osnove alyuminia [Surface area of dispersion materials on the basis of aluminium]. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2014. No. 2. P. 3—7.Рябина А.В., Кононенко В.И., Торокин В.В. Свойства сплавов системы Al—La в жидком, твердом и дисперсном состоянии // Металлы. 2013. No. 5. С. 9—12.Ryabina A.V., Kononenko V.I., Torokin V.V. Svoistva splavov sistemy Al—La v zhidkom, tverdom i dispersnom sostoyanii [The properties of alloys of Al—La system in liquid, solid and dispersed states]. Metally. 2013. No. 5. P. 9—12.Шевченко В.Г., Малашин С.И., Латош И.Н., Чупова И.А., Григоров И.Г., Кочедыков В.А. Свойства высокодисперсных сплавов Al—РЗМ, полученных методом плазменной переконденсации // Персп. материалы. 2010. No. 1. C. 68—75.Shevchenko V.G., Malashin S.I., Latosh I.N., Chupova I.A., Grigorov I.G., Kochedykov V.A. Svoistva vysokodispersnykh splavov Al—RZM, poluchennykh metodom plazmennoi perekondensatsii [The properties of finely dispersed Al— REM alloys produced by plasma recondesation method]. Perspektivnye materialy. 2010. No. 1. P. 68—75.Mroz Thomas Jr. Aluminium nitride // Am. Ceram. Soc. Bull. 1992. Vol. 71. No. 5. P. 782—784.Mroz Thomas Jr. Aluminium nitride. Am. Ceram. Soc. Bull. 1992. Vol. 71. No. 5. P. 782—784.Белащенко Д.К. Явления переноса в жидких металлах и полупроводниках. М.: Атомиздат, 1970.Belashchenko D.K. Yavleniya perenosa v zhidkikh metallakh i poluprovodnikakh [Transport phenomena in liquid metals and semiconductors]. Moscow: Atomizdat, 1970.Корнилов И.И., Матвеева Н.М., Пряхина Л.И., Полякова Р.С. Металлохимические свойства элементов Периодической системы: Справочник. М.: Наука, 1966.Kornilov I.I., Matveeva N.М., Pryakhina L.I., Polyakova R.S. Metallokhimicheskie svoistva elementov Periodicheskoi sistemy [Metal-chemical properties of elements of the Periodic system]. Moscow: Nauka, 1966.Allred A.L., Rochow E.G. A scale of electronegativity based on electrostatic force // J. Inorg. Nucl. Chem. 1958. Vol. 5. Iss. 4. P. 264—268.Allred A.L., Rochow E.G. A scale of electronegativity based on electrostatic force. J. Inorg. Nucl. Chem. 1958. Vol. 5. Iss. 4. P. 264—268.Рauling L. The nature of the chemical bond. 3-rd. ed. N.Y.: Cornell Ithaca, I960.Рauling L. The nature of the chemical bond. 3-rd. ed. N.Y.: Cornell Ithaca, I960.Day M. Clyde, Selbin Joe. Theoretical inorganic chemistry. 2-nd ed. N.Y., Amsterdam, London: Reinhold Book Corp., 1969.Day M. Clyde, Selbin Joe. Theoretical inorganic chemistry. 2-nd ed. N.Y., Amsterdam, London: Reinhold Book Corp., 1969.Бошицкая Н.В. Сравнительная устойчивость порошков нитридов кремния и алюминия в биологических и неорганических средах // Нанострукт. материаловедение. 2009. No. 2. С. 111—120.Boshitskaya N.V. Sravnitel’naya ustoichivost’ poroshkov nitridov kremniya i alyuminiya v biologicheskikh i neorganicheskikh sredakh [Comparative stability of silicon and aluminum nitride powders in biological and inorganic media]. Nanostrukturnoe materialovedenie. 2009. No. 2. P. 111—120.Жолнин А.В. Общая химия: Учебник / Под. ред. В.А. Попкова, А.В. Жолнина. М: ГЭОТАР-Медиа, 2012.Zholnin А.V. Obshchaya khimiya [General chemistry]. Eds. V.A. Popkov, A.V. Zholnin. Moscow: GEOTARMedia, 2012.Gregg S.J., Sing K.S.W. Adsorption, surface area and porosity. London: Acad. Press, 1982.Gregg S.J., Sing K.S.W. Adsorption, surface area and porosity. London: Acad. Press, 1982.Строение и свойства адсорбентов и катализаторов / Под ред. Б.Г. Линсена. М.: Мир, 1973.Stroenie i svoistva adsorbentov i katalizatorov [Structure and properties of adsorbents and catalysts]. Ed. B.G. Linsen. Moscow: Mir, 1973.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.