Нижегородские учёные создали установку для автоматического синтеза наночастиц металлов. В ходе проекта были получены наночастицы алюминия, магния, никеля и титана размером менее 50 нм. Работа выполнена исследователями из лаборатории инженерной химии НИИ химии ННГУ им. Н.И. Лобачевского в сотрудничестве с коллегами из РХТУ им. Д.И. Менделеева и других российских вузов.
Учёные получили уникальные по чистоте наночастицы металлов и нашли способы управлять их размером, изменяя параметры синтеза. А это значит — влиять и на другие характеристики наночастиц.
Подобные наночастицы металлов широко применяют в композиционных материалах, сплавах и катализаторах. Так, наночастицы, полученные при участии лаборатории ННГУ, используются для создания антибактериальных и высокопрочных проводящих композиционных покрытий. Их разработка ведётся в совместном проекте НОЦ «Тула-ТЕХ», РХТУ им. Д.И. Менделеева и исследователей из Университета Лобачевского. Полученные нанопорошки можно применять как исходное сырьё для 3D-печати из металла.
Для получения наночастиц учёные из ННГУ используют метод индукционной-потоковой левитации. Металл нагревается и плавится с помощью высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого противоточным индуктором. Индукционные токи, проходя через металл, переводят его в состояние левитации и не допускают контакта с аппаратурой. Капля расплавленного металла продувается потоками инертного газа, например, гелия, или аргона. Металл испаряется, а атомарный пар конденсируется на молекулах газа с образованием наночастиц. Чем выше скорость потока газа, тем меньше и однороднее их размер. Исследователям удалось добиться стабильной левитации и высокой производительности синтеза.
Заведующий Лабораторией инженерной химии НИИ Химии ННГУ к.х.н. Андрей Воротынцев, один из авторов проекта, рассказывает:
«Мы с нуля разработали полностью автоматизированную установку прямого высокопроизводительного синтеза наночастиц. Метод инструментально достаточно сложный, однако автоматизация позволила запускать синтез одним нажатием кнопки. В установке используются высокоточные датчики давления и расхода газа, «in-situ»-газоанализаторы, которые имеют обратную связь с различными системами установки (очистка фильтра, подпитка левитирующей капли металла, регулировка давления и потока и др.). Исследуя температурно-левитационные свойства, мы испытали различные типы противоточных индукторов и нашли оптимальный. В целом разработку можно масштабировать, увеличивая таким образом объём производимой продукции».
Исследование состоялось в рамках гранта РНФ «Физико-химические основы управляемого синтеза наночастиц, нанокластеров и летучих гидридов методом левитации в индукционном потоке» и при финансовой поддержке программы «Приоритет 2030» ННГУ Лобачевского. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS SustainableChemistry& Engineering.
«Статья вышла в американском журнале, её ещё и выбрали на обложку. В условиях, с которыми сталкиваются сегодня наши соотечественники при публикации научных результатов, — это международный успех, наша первая обложка. Сейчас мы нацелены на проведение прямых синтезов высокочистых веществ для нано- и микроэлектронной промышленности с помощью разработанной технологии. Это важно для импортозамещения и развития микроэлектроники в целом», — сообщил Андрей Воротынцев.
