Физики научились контролировать рост наночастиц
Ученые Южного федерального университета научились управлять ростом светящихся наночастиц так, чтобы заранее задавать их свойства. Такие материалы могут пригодиться в фотонике, биомедицине и других технологиях, где важно точно контролировать, как вещество ведет себя под воздействием света.
Представьте, что ученые собирают материал как конструктор, где свойства можно «заказать»: сделать частицы меньше или больше. Конечно, на наноуровне это работает не так просто: иногда разница всего в несколько нанометров полностью меняет поведение вещества. Ученые Южного федерального университета разработали метод контролируемого синтеза люминесцентных наночастиц фторида лантана, легированных редкоземельными элементами. Проще говоря, исследователи научились выращивать светящиеся наночастицы с заранее заданными характеристиками и управлять их свойствами прямо в процессе синтеза. В результате удалось получить однородные гексагональные нанопризмы размером от трех до 100 нанометров и научиться менять их параметры через условия получения материала. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today Nano.
По словам исследователей, такие материалы особенно перспективны для биомедицины, сенсоров, сцинтилляционных детекторов и фотонных устройств. Например, наночастицы размером 10–30 нанометров могут использоваться как люминесцентные маркеры или наносцинтилляторы для регистрации рентгеновского излучения.
Но получить наночастицы заданного размера –– сложная задача. Они крайне чувствительны даже к мельчайшим изменениям условий.
«Даже небольшие изменения температуры, концентрации реагентов или скорости их добавления существенно влияют на скорость роста и могут вызвать «взрывную» нуклеацию новых частиц вместо равномерного роста, существующих», –– рассказал Олег Положенцев.
Особенно трудно контролировать частицы размером 3–30 нанометров. Именно в этом диапазоне может меняться электронная структура материала, растет химическая активность, а свойства уже определяются не столько объемом вещества, сколько поверхностью частиц.
Ученые называют диапазон 3–100 нанометров «золотой зоной» наноматериалов. До 10 нанометров особенно сильно проявляются квантовые эффекты, а в диапазоне 10–100 нанометров возникает оптимальный баланс между люминесценцией, магнитными свойствами и стабильностью.
Чтобы научиться управлять ростом частиц, исследователи изменяли сразу несколько параметров синтеза: температуру реакции, pH раствора, тип растворителя, концентрацию реагентов и поверхностно-активных веществ.
«Температурный режим, время, концентрации реагентов и ПАВ, а также скорость подачи и смешения — это главные “ручки”, которыми можно точно подбирать размер наночастиц», — отмечает Олег Положенцев.
В ходе работы ученые выяснили, что повышение температуры действительно увеличивает размеры частиц, однако рост не продолжается бесконечно. Через некоторое время система стабилизируется, и для дальнейшего роста приходится снова менять условия синтеза — например, повышать температуру или корректировать кислотность среды.
Исследование показало, что размер частиц, а также тип и концентрация легирования напрямую влияют на свойства материала: при оптимальном легировании более крупные наночастицы демонстрируют более яркую люминесценцию, тогда как уменьшение размеров способствует повышению каталитической и биологической активности.
«Можно целенаправленно менять оптические, магнитные и каталитические свойства, просто подбирая нужный размер частиц», — подчеркивает исследователь.
Для усиления свечения ультрамалых частиц ученые предложили структуру типа «ядро–оболочка». Внутри такой наночастицы находится активное люминесцентное ядро, а сверху — защитная оболочка.
«Оболочка помогает подавлять безызлучательные каналы, уменьшает перенос энергии к поверхности и увеличивает квантовый выход люминесценции», — обратил внимание Олег Положенцев.
Кроме того, ученые исследовали влияние размеров на каталитические свойства частиц. Хотя работа напрямую не связана с водородной энергетикой, исследователи отмечают, что подход к управлению размером и структурой наночастиц может быть полезен при создании новых фото- и электрокаталитических систем.
Метод был разработан и протестирован на соединениях лантана — одном из наиболее перспективных материалов для фотоники благодаря его оптическим свойствам и способности эффективно взаимодействовать с редкоземельными ионами. При этом предложенный подход можно адаптировать и для других редкоземельных материалов — фторидов, оксидов и оксифторидов, используемых в современной фотонике и нанотехнологиях.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые РТУ МИРЭА и Сибирского федерального университета создали программный комплекс, который анализирует учебные планы вузов быстрее секунды и находит в них слабые места. Большинство учебных планов содержат скрытые противоречия, дублирования и неочевидные перекосы в подготовке специалистов. Это важно, потому что от качества учебного плана напрямую зависит, какие реальные навыки получат студенты и насколько они будут востребованы работодателями.
Значение вилочковой железы (тимуса) для здоровья и долголетия, возможно, сильно недооценивалось. Как показали результаты двух новых исследований, нормально функционирующий во взрослом возрасте тимус — залог здорового старения, долгой жизни и высокой выживаемости при раке.
В популярной литературе сверхмассивные черные дыры чаще всего представляют как разрушители звезд и планет. Авторы новой работы попробовали рассчитать, что на самом деле происходит в окрестностях таких объектов и пришли к противоположному выводу.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно