Группа ученых из Москвы и Нижнего Новгорода разработала новый метод синтеза наночастиц с улучшенными характеристиками.
© Пресс-служба РХТУ
Исследование проводили химики из нескольких научных организаций: РХТУ имени Д. И. Менделеева, ННГУ имени Н.И. Лобачевского, НГТУ имени Р. Е. Алексеева. В ходе исследования ученые применили новый метод ― метод индукционной потоковой левитации ― для получения высокочистых наночастиц магния. Анализ показал, что применение нового метода позволяет получать наночастицы с улучшенными характеристиками по сравнению с традиционными методами синтеза (тигельным или электровзрывным, где наночастицы получаются с большим количеством примесей и сильно различаются в размерах).
В результате экспериментов ученые получили порошок, состоящий из наночастиц магния сферической формы. Их размер не превышал 41 нм, а средний размер составил 23 нм. Анализ также показал, что в конечном продукте нет дополнительных примесей: таким образом было доказано, что новый метод позволяет получить образцы с улучшенными характеристиками и регулировать их размер в широком диапазоне.
«Активное развитие химической и фармацевтической промышленности в России требует новых высокопроизводительных методов получения высокочистых наночастиц. Такой метод у нас есть, и более того ― для этой работы была специально сконструирована установка, на которой можно получать частицы магния стабильно высокого качества, что критически важно при производстве фармпрепаратов. Работа продолжается, в настоящий момент обсуждается задача по созданию целого кластера подобных установок для масштабирования и ускорения производства высокочистых наночастиц заданного размера», — отметил Илья Воротынцев, и.о. ректора РХТУ имени Д. И. Менделеева и один из авторов научной публикации, посвященной исследованию.
Несмотря на то, что сегодня существуют различные способы получения наночастиц, авторы работы хотели найти новый вариант синтеза, который позволил бы получить высокое качество образца на выходе и контролируемые размеры частиц при минимальном количестве примесей. В ходе эксперимента использовался метод индукционной потоковой левитации. Этот метод является газофазным, где в качестве испарителя используется индукционный, то есть бесконтактный, нагрев, а катушка индуктивности специальной формы удерживает объемный образец металла в состоянии левитации, позволяя не загрязнять расплав элементами тигля (емкости для нагрева).
Исходным веществом были выбраны гранулы магния: магний имеет идеальное соотношение прочности и плотности при очень хорошей биосовместимости, обладает хорошими демпфирующими характеристиками (что означает способность подавлять колебания в веществе и преобразовывать их в энергию), а также технологичностью. Наночастицы магния могут выступать в качестве материалов для хранения водорода, так как имеют самую большую емкость хранения среди остальных веществ, подходящих на эту роль. Их также легко вернуть в исходное состояние из гидрида (соединения с водородом), а вкупе с низкой стоимостью магний становится многообещающим кандидатом для новых технологий производства топливных элементов.
Перед началом эксперимента проводили подбор массы исходного вещества так, чтобы не нарушить стабильность левитации, добиться равномерного потока наночастиц на выходе и при этом не допустить повышения температуры. В качестве продувочного газа выбрали гелий вместо аргона, так как при использовании последнего температура повышалась.
Для подтверждения результатов исследования использовали растровую электронную микроскопию (РЭМ), энергодисперсионную спектроскопию (ЭДС), рентгенофазовый анализ (РФА), порометрию и масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
