Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАТИНЫ В МИРЕ-НАНО СТРУКТУРАХ

Ерофеева Г.В. 1 Сюй Ш.Ш. 1 Цзан Х.Х. 1 Го Ю.Ю. 1
1 Национальный Исследовательский Томский политехнический университет
В настоящее время, наноматериалы очень важны для науки и техники. Поэтому инженеру необходимо знать общие сведения о изменении свойств материалов в нано и микро-структурах. Приведены топологии поверхностей Ферми и зоны Бриллюэна для Pt и Cu. Топологии поверхностей Ферми существенно отличаются и отличаются свойства Pt и Cu, что доказывает зависимость свойств веществ от топологии поверхности Ферми(это следует из приведенной табл.1) Кроме того что, в статье приводятся сравнительные характеристике платины в микро и нано-структурах. Но изменения свойств Pt(для размеров 15-50 нм) в нано и микро-структуре не найдены. Приведены технологии получения нанопорошка. Разработан оригинальный способ электрохимического диспергирования металлов и сплавов Pt, указанно его применение в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Характеристика
платина
нано структура
1. C. Lehmann, Staatsexamensarbeit, TU Dresden (1997) (in German)
2. H. Eschrig, Optimized LCAO Method and the Electronic Structure of Extended Systems, Akademie-Verlag Berlin (1988)
3. http://rate-chemistry.narod.ru/pt_prim.html
4. http://www.ihte.uran.ru/?page_id=988
5. http://www.phys.ufl.edu/fermisurface/
6. http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/685453?lang=en®ion=RU
7. M. Richter and H. Eschrig, Solid State Communications 72, 263 (1989)
8. P. Zahn, Diplomarbeit, TU Dresden (1994) (in German)
9. Деньгуб В. М., Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М.: Издательство стандартов, 1990. — С. 93. — 240 с. — ISBN 5-7050-0118-5.
Платина –  химический элемент  10 группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы восьмой группы), 6 периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 78, блестящий  благородный  металл   серебристо-белого  цвета.     

Платина –  один из самых тяжелых (плотность 21,09-21,45 г/см3) не радиоактивных металлов, твёрдость по Бринеллю - 50 кгс/мм. Кристаллическая решётка платины кубическая гранецентрированная, как и у золота, а = 0,392 нм, z = 4.[1]

Рис.1. Платина – кристаллическая решетка 

На внешней орбите атома платины находится один электрон, что определяет высокую электропроводность этого элемента.

Для  гранецентрированной кубической решетки обратная решетка- объёмно-центрированный куб, и для этой структуры зона Бриллюэна представляет собой ячейку Вигнера - Зейтца. Поэтому вид обратной решетки для платины - объёмно-центрированный куб.

И  параметры  обратной  решётки  для  платины

Таблица 1

Свойство платины

Свойство  меди

Уд. теплота плавления  21,76 кДж/моль

Уд. теплота испарения  470 кДж/моль

Теплопроводность платина 70Вт/(м*К)

Уд. теплота плавления  13,01 кДж/моль

Уд. теплота испарения  304,6 кДж/моль

Теплопроводность меди 401 Вт/(м·К)

Из таблицы1 следует, что свойства Pt и Cu существенно отличаются:

Уд. теплота плавления отличается на почти 10 кДж/моль, Уд. теплота испарения отличается  на почти 170 кДж/моль, Теплопроводность платина отличается на 330 Вт/(м·К).

Это соответствуют представлению о том,что свойства элементов зависят от топологии поверхности Ферми.Топологии поверхности Ферми для Pt и Cu отличаются и показаны на рис. 2

http://www.phys.ufl.edu/fermisurface/jpg/Pt.jpg

Рис.2. Топологии поверхности Ферми для Pt и Cu .

Изменение свойств Pt в микро и наноструктуре проведены в табл. 2

Таблица 2

Свойство микроструктуры платины

Свойство наноструктуры платины[6];

размер частиц

 

<50 нм (TEM)

≤ 15 нм

Плотность (при н. у.)

21,09-21,45[2][3] г/см³

21.45 г/см³

 

Температура плавления

1768,3 °C

1772 °C

1772 °C

Температура кипения

3825 °C

3827 °C

3827 °C

Уде́льное электри́ческое сопротивле́ние для платины

10.7 μΩ см

10.6 μΩ см, 20 ° C

10.6 μΩ см, 20 ° C

форма

твердотельный

нанопорошка

нанопорошка

цвет

Серебристый белый

черный

черный

 

Плотность, температура плавления, температура кипения и уде́льное электри́ческое сопротивле́ние для платины в микро и наноструктуре значительно не изменяется.

Физические причины изменения свойств наноструктур:

-Ненасыщенность атомный связей у поверхности.

-Искажения решётки у поверхности

-Эффективный сток для кристаллических дефектов

Технология получения нанопорошка Pt[4]

Разработан оригинальный способ электрохимического диспергирования  металлов и сплавов (Nb, Ta, W, Mo, Re, Pt, Ni, Cu, Fe, сталь Х18Н10Т и др.).  Степень дисперсности варьируется от 10 до ~200 нанометров (по желанию) с наноразмерной составляющей от 5 до 40 %; удельная поверхность составляет от десятых долей м2/г до нескольких десятков и более.

Применение платины[5]:

Важнейшие области применения платины - химическая и нефтеперерабатывающая промышленность. В качестве катализаторов различных реакций используется около половины всей потребляемой платины. В химической промышленности платину используют в процессе производства азотной кислоты (по оценочным данным на эти цели ежегодно идет 10-20 % мирового потребления платины).

В нефтеперерабатывающей промышленности с помощью платиновых катализаторов на установках каталитического риформинга получают высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из бензиновых и лигроиновых фракций нефти.

В автомобильной промышленности платину также используют каталитические свойства этого металла - для дожигания и обезвреживания выхлопных газов, с целью оснащения автомобилей специальными устройствами по очистке выхлопных газов от вредных примесей.

Стабильность электрических, термоэлектрических и механических свойств плюс высочайшая коррозионная и термическая стойкость сделали этот металл незаменимым для современной электротехники, автоматики и телемеханики, радиотехники, точного приборостроения.

Незначительная часть платины идет в медицинскую промышленность. Из платины и ее сплавов изготовляют хирургические инструменты, которые, не окисляясь, стерилизуются в пламени спиртовой горелки. Некоторые соединения платины используют против различных опухолей. По структуре большинство из этих веществ - это неэлектролиты, цис-изомеры, производные двухвалентной платины. Самым эффективным соединением считается цис-дихлородиаминоплатина (II) [Pt(NH3)2Cl2]. Это активное в химическом соотношении вещество, в котором ионы Cl– частично замещаются молекулами воды с образованием иона [Pt(NH3)2(H2O)2]2+. Процесс ионизации дихлородиаминоплатины идет главным образом в клетках, где концентрация хлоридов ниже, чем в сыворотке крови. Продукт гидролиза [Pt(NH3)2Cl2] реагирует с азотистыми основаниями ДНК как бифункциональный агент, вызывая образование поперечных связей между нитями ДНК. Это служит основной причиной нарушения деления и гибели опухолевых клеток. Дополнительным механизмом противоопухолевого действия дихлородиаминоплатины является активация иммунитета организма.

платиновые слиткиРост спроса на платину в мире является залогом высоких цен. По оценочным данным крупнейшей в мире компании по маркетингу металлов платиновой группы Johnson Matthey (JM) спрос на платину вырос в 1994 году на 7% и достиг уровня в 4.32 млн тройских унций. При этом с 1993 года сокращается потребление платины в промышленности. Однако рост заказов ювелиров и автомобилестроителей перекрывает это сокращение. Потребление платины в ювелирном производстве оценивается в 50 т. Второй фактор повышения спроса на этот металл - рост использования его в автокатализаторах. За это рынок платины должен быть благодарен партии зеленых, поскольку именно введение более строгих мер по ограничению вредных выбросов в атмосферу привело к тому, что почти все новые автомобили оснащаются автокатализаторами.


 


Библиографическая ссылка

Ерофеева Г.В., Сюй Ш.Ш., Цзан Х.Х., Го Ю.Ю. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАТИНЫ В МИРЕ-НАНО СТРУКТУРАХ // Международный студенческий научный вестник. – 2014. – № 4. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=11948 (дата обращения: 22.07.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674