Исследования и разработки

Разработан новый метод синтеза, позволяющий получать наночастицы из металлов, резко отличающихся по своим теплофизическим свойствам, в том числе из металлов в обычных условиях не образующих сплавов.

В методе реализован процесс самоорганизации, как при химическом синтезе, но при этом значительно расширен диапазон получаемых наночастиц (снимаются ограничения по физико-химическим свойствам металлических компонентов образующих частицу) вследствие быстрых изменений термодинамических параметров процесса.

Пример по свойствам наночастиц состава Al-Zn приведен ниже. Изображения нанопорошков получены с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100. Анализ фазового состава наночастиц проводился детектором рентгеновского излучения X-Max, установленном на микроскопе.

              a                                     b                                      c

На рисунке а – фотография исходных наночастиц, b – распределение алюминия в наночастицах, с - распределение цинка в наночастицах

Гистограмма распределения наночастиц состава Al-Zn по размерам

Разработанный метод позволяет получать наночастицы из металлов, существующих в виде тонких металлических проволок в самых различных сочетаниях: Cu-Ag, Fe-Ni, Zn-Ni, Ni-Al, Cu-Al, Fe-Al и т.д. 

Наноразмерные частицы можно разделить на несколько групп, которые объединяют один или несколько из указанных параметров: химический состав, размер, форма, особенности структуры наночастицы и т.д. По химическому составу наночастицы можно разделить на однокомпонентные и многокомпонентные – состоящие из двух и более металлических фаз. Группа однокомпонентных наночастиц относительно велика, а способы получения таких частиц хорошо известны. Особые свойства однокомпонентных наночастиц, по отношению к массивному материалу, как правило, определяются размерным фактором. Многокомпонентные металлические наночастицы (ММН) это следующий шаг (от простого к сложному) в развитии методов синтеза наноструктур с новыми свойствами. ММН являются иерархически организованными наноматериалами содержащими субструктуры с разными масштабами и химическим составом, которые, наряду с размерным фактором, также будут определять их характеристики.

Свойства многокомпонентных наночастиц представляют огромный интерес для науки и технологий. Это связано с тем, что получение новых эффектов в целом ряде технологических направлений связывается с появлением нового поколения более сложных наночастиц. Многокомпонентные наноструктуры дают новые возможности в различных междисциплинарных областях, включая высокоэнергетические материалы, медицинскую диагностику, технологию зеленой энергетики, современное материаловедение, химию, медицину, биологию, защиту окружающей среды и т.д. Например, магнитные многокомпонентные наночастицы на основе железа позволят создать устройства хранения информации, намного превосходящие по емкости и быстродействию винчестеры современных компьютеров. Ожидается, что ММН окажутся более эффективными магнетиками, чем наночастицы чистых металлов за счет более высокого удельного поглощения для проведения гипертермии и визуализации с помощью магнитного резонанса. С их помощью удастся реализовать целенаправленный транспорт лекарственного вещества в орган-мишень или ткань-мишень, что является одним из базовых элементов технологии контролируемого высвобождения в медицине. Для задач создания новых конструкционных и функциональных материалов представляют интерес многокомпонентные наночастицы, например, никель - титана, никель – алюминия.

Возможность синтеза многокомпонентных наночастиц в значительной степени будет определяться методом получения нанопорошков. В связи с чем, обращают на себя внимание импульсные физические методы синтеза наночастиц металлов, основанные на распылении (испарении) и последующем быстром охлаждении металлической фазы. Достоинством таких методов являются высокие скорости изменения термодинамических параметров системы. При определенных условиях формирование наноструктуры в этих методах может происходить за счет объединения кластеров, образующихся на ранних стадиях процесса с образованием ММН с равномерным распределением металлических фаз.