Синтез наночастиц

Ч. Пул, Ф. Оуэнс

Существует несколько способов создания наночастиц.

Создание наночастиц с помощью лазерного испарения.
Лазерный луч высокой интенсивности падает на металлический стержень, вызывая испарение атомов с поверхности металла, которые затем уносятся потоком гелия через сопло. Расширение этого потока в вакуум приводит к его охлаждению и образованию кластеров атомов металла.

Высокочастотный индукционный нагрев.
Изначально металл находится в виде прутка в откачанной камере. В процессе синтеза этот металл разогревается выше точки испарения высоковольтными радиочастотными катушками, обмотки которых находятся снаружи вакуумированной камеры. Затем в систему впускается гелий, что приводит к образованию в области катушек высокотемпературной плазмы. Атомы гелия выступают в качестве зародышей конденсации для атомов металла и эти комплексы диффундируют к холодному коллектору, где и образуются наночастицы. Частицы обычно пассивируют введением какого-либо газа, например, кислорода.

Химические методы.
Химические методы являются самыми полезными методами синтеза наночастиц, в смысле потенциала крупномасштабного применения. Для получения наночастиц могут применяться несколько типов восстановителей, например NaBEt3H, LiBEt3H и NaBH4, где Et – этиловый радикал (-C2H5). Например, наночастицы молибдена можно получить восстановлением с помощью NaBEt3H растворенной в толуоле соли молибдена. Эта реакция дает хороший выход наночастиц молибдена с размерами 1-5 нм. Наночастицы аллюминия можно получать разложением Me2EtNAlH3 в толуоле с последующим нагревом до 105оC в течении двух часов (Me означает метил, -CH3). В качестве катализатора этой реакции используется изопропоксид титана. Выбор катализатора определяет размер образующихся наночастиц. Например, 80-нанометровые частицы можно получить при использовании титана. Для предотвращения слипания наночастиц в раствор также могут быть добавлены поверхностно активные вещества, например олеиновая кислота.

Термолиз.
Наночастицы могут образовываться в результате разложения при высокой температуре твердых веществ, содержащих катионы металлов, молекулярные анионы или металлорганические соединения. Такой процесс называется термолизом. Например наночастицы лития можно получить разложением азида лития LiN3. Вещество помещается в откачанную кварцевую трубку и нагревается до 400оC. При температуре около 370оC азид разлагается с выделением газообразного азота. Азот удаляется, а оставшиеся атомы лития объединятся в маленькие коллоидные частицы. Такуим методом можно получить наночастицы с размером менее 5 нм. Частицы можно пассивировать, вводя в камеру соответствующий газ.

Создание наночастиц с помощью импульсного лазера.
Для получения наночастиц серебра может использоваться импульсный лазер, если пропускать лазерный луч через раствор нитрата серебра и восстановителя, который протекает через смеситель, представляющий собой диск, вращающийся в растворе. Нитрат серебра реагирует с восстановителем в горячих областях лазерного луча с образованием наночастиц серебра, выделяемых впоследствии на центрифуге. На размер частиц можно влиять энергией лазерного луча и скоростью вращения диска. Этот метод обладает высокой производительностью, составляющей 2-3 г/мин.