Материал: Нанотехнологии для всех (Рыбалкина), 2005, c.444

ГЛАВА 3. Нанохимия и наноматериалы

условиях повышенных температур. Мы рассмотрим несколько наиболее популярных методов.

Электродуговое распыление графита

При токе дуги порядка 100 А, давлении газа в несколько раз меньше атмосферного и напряжении на электродах 25 35В тем пература образующейся между электродами плазмы достигает 4000К. При такой температуре поверхность графитового анода интенсивно испаряется. В результате резкого перепада темпе ратур атомы углерода уносятся из горячей в более холодную об ласть плазмы8 и конденсируются в осадок на стенках камеры и поверхности катода.

Рассматривая этот осадок в электронный микроскоп, мож но увидеть наряду с сажей и графитом новые структуры – фул лерены и нанотрубки. При этом часть осадка, содержащая гра фит, сажу, и фуллерены осаждается на холодные стенки каме ры, а часть, содержащая графит и нанотрубки на катод.

Лазерное испарение графита

В этом методе испаряемый лазером графит конденсируется на охлаждаемом коллекторе. Графитовая мишень расположена в длинной кварцевой трубке внутри цилиндрической печки с температурой 1000°С.

Вдоль трубки с невысокой скоростью прокачивается бу ферный газ (гелий или аргон). Мишень облучают лазером с энергией 140 мДж, длительностью импульса 8 нс и диаметром

8 Плазма ионизированный газ, в котором атомы теряют несколько внешних электронов и превращаются в положительно заряженные ионы.

ГЛАВА 3. Нанохимия и наноматериалы

ком. Разложение углеводорода, происходящее в результате хими ческой реакции атомов газа с атомами металла, приводит к обра зованию на поверхности катализатора фуллеренов и нанотрубок с внутренним диаметром до 10 нм и длиной до нескольких десят ков микрон. Геометрические параметры нанотрубок в сущест венной степени определяются условиями протекания процесса (времени, температуры, давления и сорта буферного газа и пр.), а также степенью дисперсности и сортом катализатора.

Рис 75. Так под микроскопом выглядият нанотрубки, полученные химическим осаждением из пара

Получение нанотрубок и фуллеренов методом химического парового осаждения особенно интенсивно развивается в пос леднее время, так как позволяет получать большое количество одинаковых нанотрубок на поверхности шаблона. Это откры вает путь крупномасштабному получению фуллеренов и нанот рубок и созданию на их основе промышленного производства разнообразной нанопродукции.

Как видно из описания, при всех методах получения фулле ренов и углеродных нанотрубок конечный материал содержит часть шлака – сажу, частицы аморфного графита, а в случае ис пользования катализаторов – частицы металлов. Для повыше ния чистоты полученного продукта используют различные ме тоды очистки – как механические (фильтрация, обработка ультразвуком, центрифугирование), так и химические (промы вание в химически активных веществах, нагревание и пр.). Се годня уже возможно получение макроскопических количеств

9 Тигель специальный сосуд для плавки, варки или нагрева различных материалов.

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

фуллеренов и нанотрубок (до нескольких литров) практически из любого углеродсодержащего газа (например, обычного при родного газа), а ученые пытаются найти наиболее выгодный экономически метод, который позволит получать их пусть не массово, но с минимумом примесей.

Надо сказать, что метод получения наноструктур играет очень важную роль. Он влияет не только на свойства наност руктуры, но и на время ее жизни – то есть период, в течение ко торого частица способна эти уникальные свойства проявлять. По истечении этого срока наночастицы либо окисляются, либо агрегируются в микрочастицы и приобретают свойства компа ктных веществ.

Так, например, в зависимости от метода получения время жизни наночастиц серебра может варьироваться в пределах от часов до нескольких месяцев. Ученые концерна “Наноиндуст рия” под руководством Е.М. Егоровой развивают уникальный биохимический метод получения наночастиц серебра, благода ря которому они проявляют свою активность в течение целого года. Наночастицы получают восстановлением ионов металлов до атомов в обратных мицеллах, представляющих собой мик роскопические камеры из молекул и ионов. Образовавшимся в такой камере атомам не остается ничего другого, как объеди няться в наночастицы, а оболочка мицеллы предохраняет полу ченные частицы от слипания и нежелательных реакций.

Рис 76 Фотоизображение наночастиц серебра, полученных биохимическим синтезом в обратных мицеллах

146

ГЛАВА 3. Нанохимия и наноматериалы

Примеры уникальных свойств некоторых наночастиц

Серебро

Как уже отмечалось, свойства у наночастицы серебра на са мом деле уникальные.

Во первых, это феноменальная бактерицидная и антиви русная активность. Об антимикробных свойствах, присущих ионам серебра, человечеству известно уже очень давно. Навер няка большинство читателей слышали о целительных способ ностях церковной “святой воды”, получаемой путем прогонки обычной воды сквозь серебряный фильтр. Такая вода не содер жит многих болезнетворных бактерий, которые могут присут ствовать в обычной воде. Поэтому она может храниться годами, не портясь и не “зацветая”.

Кроме того, такая вода содержит некоторую концентрацию ионов серебра, способных нейтрализовать вредные бактерии и микроорганизмы, чем и объясняется ее благотворное влияние на здоровье человека.

Установлено, что наночасти цы серебра в тысячи раз эффек тивнее борются с бактериями и вирусами, чем серебряные ионы. Как показал эксперимент, нич тожные концентрации наночас тиц уничтожали все известные микроорганизмы (в том числе и вирус СПИДа), не расходуясь при этом.

Кроме того, в отличие от антибиотиков, убивающих не только вредоносные вирусы, но и пораженные ими клетки, действие наночастиц очень избирательно: они действуют толь ко на вирусы, клетка при этом не повреждается! Дело в том, что оболочка микроорганизмов состоит из особых белков, которые при поражении наночастицами перестают снабжать бактерию кислородом. Несчастный микроорганизм больше не может окислять свое «топливо» глюкозу и гибнет, оставшись без ис точника энергии. Вирусы, вообще не имеющие никакой обо лочки, тоже получают свое при встрече с наночастицей. А вот