Scientific.ru
Новости науки
21.01.09. Новый способ получения композиционных материалов наночастица - углеродное нановолокно

Новые наноматериалы, состоящие из углеродных нанотрубок или нановолокон, декорированных наночастицами металлов (например, платины или палладия), перспективны для применения в качестве химических сенсоров, сорбентов водорода, электрокатализаторов топливных элементов. Неудивительно, что исследователи постоянно ищут такие способы получения этих нанокомпозитов, которые позволили бы наиболее полно использовать их уникальные свойства. Но оказывается, весьма эффективным может оказаться умелое применение давно известного способа. Недавно японские и корейские ученые сообщили о получении углеродных нановолокон с наночастицами палладия на поверхности при помощи электроспиннинга (electrospinning) и последующей термообработки.

  electrosp1.jpg
Рис.1. Типичное устройство электроспиннинга.
 

Процесс электроспиннинга – вытягивание тончайшего волокна (на микро- или нано- уровне) из жидкости под действием электрического поля — известен более 100 лет. Он был запатентован еще в 1902 году! Важный шаг от теории к промышленному производству волокон и пряжи из полимерных прекурсоров был сделан в 1934 г. в Германии. Российские ученые также внесли большой вклад: технология производства нетканых волокнистых материалов, основанная на электростатическом вытягивании волокон из растворов полимеров, была разработана для нужд атомной промышленности в сороковых годах прошлого века в СССР в НИФХИ им. Л.Я. Карпова под руководством И.В. Петрянова- Соколова. Она применяется и при производстве фильтров Петрянова.

В последнее время электроспиннинг стал чрезвычайно популярным. Произошло это благодаря развитию нанотехнологий. Оказалось, что с его помощью можно получать нановолокна из самых разных материалов – полимеров, композитов, полупроводников, металлов, даже керамики. Более того, используя различные конструкции и модификации аппаратуры, можно in situ формировать ансамбли нановолокон, расширяющие возможности применения. Электроспиннинг заинтересовал и нанобиотехнологов, в частности, для производства волокон медицинского назначения. "Классический" вариант устройства показан на рис.1.

Для синтеза углеродных нановолокон с наночастицами Pd японские и корейские ученые модифицировали методику следующим образом. Они добавили в раствор полимерного прекурсора (полиакрилонитрила) хлорид палладия. Полученные нановолокна стабилизировали термообработкой на воздухе. Стабилизация на воздухе – важный шаг для превращения органических волокон в углеродные без нарушения морфологии волокна. Катионы палладия, захваченные волокном при его формировании в процессе электроспиннинга, при этом превращаются в наночастицы оксида палладия диаметром менее 10 нм. Затем проводитят термообработку в атмосфере аргона, которая приводит к появлению на внешней поверхности волокон равномерно распределенных круглых наночастиц металлического палладия (100- 200 нм). Данные сканирующей электронной микроскопии для нановолокон на разных стадиях синтеза приведены на рис.2.

  electrosp2.jpg
Рис.2. Микрофотографии полученных нановолокон (а,b); нановолокон после стабилизации на воздухе (c,d) и после термообработки в атмосфере аргона (e-h).
 

Такой способ получения нановолокон, декорированных наночастицами металла, имеет ряд преимуществ перед обычным синтезом нановолокон или нанотрубок на катализаторах: 1) не нужно удалять частицы катализатора, 2) нановолокна могут быть получены в виде тонкой ткани, 3) частицы Pd частично внедрены в волокно и поэтому прочно связаны с его внешней поверхностью.

Этим методом, по мнению ученых, могут быть получены материалы на основе углеродных волокон с наночастицами различных металлов (например, Au, Ag, Pt, Ru, Rh, Os, Ir), которые без дальнейшей обработки могут использоваться как эффективные электроды (нано-Pt), в био/газовых сенсорных (нано- Au) и противомикробных (нано-Ag) устройствах, в качестве фильтров и др. Таким образом, возможные области применения не ограничиваются физикой, химией, материаловедением и технологией, но также включают медицину и биологию.

Источник информации - заметка О.Алексеевой в бюллетене ПерсТ, выпуск 23 за 2008 г.

Обсудить на форуме


На главную страницу