Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) разработали установку, которая измеряет степень слипания и размеры нанообъектов в коллоидных растворах посредством ультразвука.
©Wikipedia
Углеродные нанотрубки — свернутые в цилиндр графеновые плоскости длиной до нескольких сантиметров и диаметром от одного до нескольких десятков нанометров. Такие структуры обладают рядом уникальных физических свойств, например высокими теплопроводностью, электропроводностью и прочностью, и в некоторых отраслях используются в виде коллоидных растворов — как промежуточный элемент технического процесса, в частности осаждения на подложку, или в целях повышения электроемкости аккумуляторов. При этом конечные характеристики и качество раствора непосредственно связаны с размером нанотрубок и тем, насколько равномерно они распределены. В рамках контроля этих параметров обычно используются методы микроскопии, однако для этого раствор требуется подготовить: высушить или разбавить, что не подходит для экспресс-диагностики.
В новой работе российские ученые описали технологию, которая предусматривает измерение нанотрубок путем ультразвуковой спектрометрии. Авторы пропускали через раствор ультразвуковые волны различной частоты, которые при этом рассеивались на взвешенных частицах. В результате группа получала спектр затухания — связь между коэффициентом затухания и частотой. Ранее этот метод использовался для измерения частиц сферической формы, однако в данном эксперименте исследователи работали с объектами, соотношения длин к диаметру которых составляли несколько сотен. Для того, чтобы определить длину и диаметр нанотрубок отдельно, спектры затухания фиксировали в разных состояниях: упорядоченном и хаотичном (обычном).
Описанный подход авторы воплотили в установке, которая представляет собой резиновый контур с циркулирующим изучаемым раствором. В месте расположения акустического датчика диаметр трубы контура сужается, что позволяет достичь ускорения нанотрубок в растворе и их ориентирования в направлении сужения. Благодаря эластичности материала, из которого была изготовлена труба, исследователи смогли подобрать оптимальную ширину сужения, обеспечивающую максимально параллельную ориентацию структур, путем изменения ее диаметра. Помимо датчика в месте сужения ученые также установили на обратной стороне трубы ультразвуковой излучатель.
При параллельной ориентации нанотрубок спектр затухания зависел только от диаметра частиц. Оценив величину диаметра и сопоставив спектры затухания ориентированных и хаотичных частиц, физики определили длину нанотрубок. Затем полученные данные сравнили с показателями атомно-силового и просвечивающего электронного микроскопов. Согласно результатам, в двух растворах из трех измерения установки отличались от оценок микроскопии незначительно. По словам руководителя исследовательской группы Виктора Иванова, предложенный метод может использоваться и для других наночастиц с крупным соотношением диаметра и длины, например графеновых нанодисков.
Подробности работы опубликованы в журнале Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.
Ранее специалисты МФТИ представили способ, который позволяет предотвратить перегрев активных плазменных компонентов в перспективных оптоэлектронных микропроцессорах.
