Вступ

Продукція порошкової металургії, струмопровідні композиції, каталізатори з великою площею поверхні, поруваті матеріали – це далеко не повний перелік усталених напрямків використання дисперсних металів. Завдяки інтенсивному розвитку нанонауки та нанотехнологій виявлено нові прояви ефектів низькорозмірних частинок – унікальні каталітичні, оптичні, напівпровідникові, магнітні, біологічні тощо. Це дало поштовх дослідженням для створення нового покоління функціональних матеріалів у хімічному та електрохімічному синтезах, сонячній енергетиці, паливних елементах, сенсорах, електроніці, медицині.
Методи одержання дисперсних металів, що містять одно- та багатокомпонентні системи, умовно поділяють на такі чотири головні типи: 1) механічні; 2) хімічні; 3) розпилення металу; 4) електрохімічні. Кожен з них має певні особливості, переваги і недоліки. Водночас вони доповнюють один одного, оскільки їхнє одержання, дослідження властивостей та практичне застосування – сфера і
результат діяльності багатьох галузей науки і техніки.
До електрохімічних методів належать катодне осадження та електрохімічна цементація. Електролізом вперше було одержано срібний порошок у 1803 р., мідний – у 1886 р. На початку ХХ ст. перелік
дисперсних металів доповнився залізом, цинком, свинцем, платиною. Почалось промислове виробництво електролітичних порошків заліза та міді. Однак до інтенсивних досліджень з одержання дисперсних металів, зокрема й електролізом, спонукав швидкий розвиток порошкової металургії 1930-х рр. ХХ століття. Після ІІ Світової війни темпи її розвитку зросли. Збільшилась кількість наукових праць з електрохімії дисперсних металів і в 1950-х роках з’явилися роботи з теоретичних засад цього напрямку. Зазначимо, що перша монографія з електрохімічного одержання металевих порошків, яка видана у 1952 р., належить українським ученим [1]. Англомовні фундаментальні праці з цього напрямку опубліковані у 1962 [2] та 1979 [3] роках. У монографії [4] на прикладі порошків міді та її сплавів описано механізм формування дисперсного осаду електролізом та цементацією, наведено технологічні аспекти їхнього одержання. Паралельно розвивався один із напрямків гідрометалургії – електрохімічна цементація [4–6], що сприяло розробленню технології виділення металевих порошків.
Розвиток електрохімії у середовищі органічних розчинників [7–12] та іонних розплавів відкрив нові можливості одержання дисперсних металів, що відображено у найновішій монографії з
фундаментальних питань електрометалургії [13].
На сучасному етапі розвитку електрохімії металів одержання дисперсних систем з нанорозмірними частинками електролізом та цементацією у водних розчинах і середовищі органічних розчинників – один із напрямків нанотехнології [14, 15].
Збільшення попиту на металеві порошки [16, 17], підвищення вимог до їхньої якості, асортименту й технічних характеристик спонукають до пошуків нових підходів до осадження дисперсних
металів. Нестандартні умови електролізу необхідні також для одержання субмікронних і нанорозмірних дисперсних систем. Серед них найефективнішими є імпульсний електроліз [15, 18, 19], циклічна вольтамперометрія [20], поверхнево-активні органічні речовини та нові конструкції електролізерів [14, 21].
Спостерігається інтенсивний розвиток електрохімії дисперсних металів, а також її міждисциплінарний характер, що охоплює порошкову технологію, матеріалознавство, фізичну хімію поверхні, моделювання тощо. Це вимагає періодичного аналізу масиву наукової літератури такої тематики та публікацій узагальнювального характеру.
Автор, ґрунтуючись на огляді наукової літератури та результатах досліджень кафедри хімії і технології неорганічних речовин Національного університету “Львівська політехніка”, висвітлює сучасні можливості електрохімічних процесів одержання дисперсних металів. Описано електроліз у водному середовищі та середовищі органічних розчинників й електрохімічну цементацію. Розглянуто механізм формування осаду з розмірами частинок від сотень і десятків мікрон до мікрон, сотень і
десятків нанометрів. Показано взаємозв’язок між головними чинниками процесу та морфологією й розмірами частинок.

Посилання на джерела

1. Кудра О., Гитман Е. Электролитическое получение металлических порошков. – К.: Изд. АН УССР, 1952. – 143 с.
2. Ibl N. The Formation of Powdered Metal Deposits // Advances in Electrochemistry and Electrochemical Engineering. – 1962. – Vol. 2. – Р. 50–142.
3. Calusaru A. Electrodeposition of Metal Powders. Materials Science Monographs. – New York, 1979. – Elsevier. – Vol. 3.
4. Ничипоренко О.С., Помосов А.В., Набойченко С.С. Порошки меди и ее сплавов. – М.: Металлургия, 1988. – 206 с.
5. Ротинян А.Л., Хейфец В.Л. Теоретические основы контактного вытеснения металлов. – Л.: Изд. ЛХТИ, 1979. – 48 с.
6. Алкацев М.И. Процессы цементации в цветной металлургии. – М.: Металлургия, 1981. – 116 с.
7. Плотніков В., Шека І., Янкелевич З. Електролітичне вилучення металів з неводних розчинів. – К.: Вид-во Української академії наук, 1936. – 144 с.
8. Манн Ч. Электрохимия металлов в неводных растворах. – М.: Мир, 1974. – 440 с.
9. Электрохимия металлов в неводных растворах (Обзоры) / Под ред. Я.М. Колотыркина. – М.: Мир, 1974. – 380 с.
10. Тихонов К.И., Агафонова Н.И. Электроосаждение металлов из органических растворителей. – Л.: Изд. ЛТИ, 1979. – 83 с.
11. Фиалков Ю.Я., Грищенко В.Ф. Электровыделение металлов из неводных растворов. – К.: Наукова думка, 1985. – 240 с.
12. Фиалков Ю.Я. Возникновение и развитие теории и практики электроосаждения металлов из неводных растворов в Киевском политехническом институте и ИОНХ НАН Украины // Украинский химический журнал. – 1997. – Т. 63, № 10. – С. 86–89.
13. Popov K.I., Djokic S.S., Grgur B.N. Fundamental aspects of electrometallurgy. – New York: Kluwer Academic Publisher, 2002. – 301 p.
14. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. – М.: Химия, 2000 – 672 с.
15. Андриевский Р.А. Направления современных исследований в области наночастиц // Порошковая металлургия. – 2003. – № 11/12. – С. 96–101.
16. Pavlovic M.G. and Popov K.I. Electrochemistry Encyclopedia. Metal powder production by electrolysis. – 2005. (http://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/).
17. Крячек В.М., Левина Д.А., Чернышев Л.И. Тенденция развития порошковой металлургии в Европе. – 2007. – №№ 11/12. – С. 112–119.
18. Костин Н.А., Кублановский В.С., Заблудовский В.А. Импульсный электролиз. – К.: Наукова думка. – 1989. – 168 с.
19. Костин Н.А., Кублановский В.С. Импульсный электролиз сплавов. – К.: Наукова думка. – 1996. – 206 с.
20. Gold nanoparticles dispersed into poly (aminothiophenol) as a novel Electrocatalyst – Fabrication of modified electrode and evaluation of electrocatalytic activities for dioxygen reduction / A.I. Gopalan, K.–P. Lee, K.M. Manesh etc // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. – 2006. – V. 256. – P. 335–345.
21. Toshima Naoki and Yonezawa Tetsu. Bimetallic nanoparticles – novel materials for chemical and physical applications // New J. Chem. – 1998. – P. 1179–1201.