В статье авторисследует методы синтеза ультрадисперсных частиц и их структурные особенности.

Ключевые слова: ультрадисперсные частицы, наноматериалы, нанотехнологии, дисперсные системы.

В последние десятилетия резко возрос интерес к наноматериалам, а особенно к ультрадисперсным частицам, в первую очередь из-за их новых или улучшенных физических и химических свойств по сравнению с обычными материалами. Повышенный интерес ученых к ультрадисперсным материалам объясняется тем, что уменьшение дисперсности частиц какого-либо вещества может приводить к заметным изменениям их свойств. Так, еще в XIX веке Майкл Фарадей, впервые создав коллоидную суспензию золота, состоящую из крошечных частиц этого металла, обнаружил, что ее цвет менялся на фиолетовый, что свидетельствует об изменении отражающих свойств суспензии при уменьшении размеров частиц.

Широкий интерес, который проявляется к ним в последнее время, обусловлен, по крайней мере, тремя обстоятельствами [1].

1. Методы нанотехнологии позволяют получить принципиально новые устройства и материалы с характеристиками, значительно превосходящими их современный уровень, что весьма важно для интенсивного развития многих областей техники, биотехнологии, медицины, охраны окружающей среды, обороны.
2. Нанотехнология оказалась весьма широким междисциплинарным направлением, объединяющим специалистов в области физики, химии, материаловедения, биологии, медицины, технологии, наук о Земле, компьютерной техники, экономики, социологии.
3. Решение проблем нанотехнологии выявило много пробелов как в фундаментальных, так и в технологических знаниях, что способствовало концентрации внимания научно-инженерного сообщества в этом направлении.

Ультрадисперсные частицы (УДЧ) относятся к дисперсным системам. Дисперсная система − это гетерогенная система, одна из фаз которой находится в раздробленном состоянии и распределена в другой фазе, называемой дисперсионной средой. Фаза, находящаяся в раздробленном состоянии − дисперсная фаза. Она состоит из частиц вещества, отделенных поверхностями раздела от дисперсионной среды.

К ультрадисперсным материалам, согласно распространенным определениям, относят материалы или системы с размером морфологических элементов менее 100 нм (нанометров). Выделение таких материалов в отдельный класс первоначально было обусловлено обилием экспериментальных фактов, подтверждающих изменение характеристик материала с уменьшением размера частиц порошка, толщины пленки, диаметра кристалла до нескольких десятков нанометров [2].

Высокий прикладной интерес к ультрадисперсным материалам определяется эффективностью их применения в различных технологических областях — от создания конструкционных материалов до фармакологии. Согласно принятому определению, ультрадисперсные среды, или ультрадисперсные системы, как и ультрадисперсные материалы, характеризуются настолько малым размером морфологических элементов − частиц кристаллитов, зерен, пор и др., что он соизмерим с одной или несколькими фундаментальными физическими величинами этого вещества. Причем соизмеримость может быть в одном, двух или трех измерениях.

Химические, физические и механические методы получения ультрадисперсных частиц представлены на рисунках 1, 2, 3.

Рис. 1. Химические методы получения ультрадисперсных частиц

Рис. 2. Физические методы получения ультрадисперсных частиц

Рис. 3. Механические методы получения ультрадисперсных частиц

Ультрадисперсные частицы (УДЧ) могут иметь как природное, так и искусственное происхождение. Среди естественных источников выделяют горячую вулканическую лаву, морские аэрозоли и дым. В то же время УДЧ целенаправленно синтезируют для применения в медицине и промышленных технологиях. Однако значительная их доля образуется в результате антропогенной деятельности — при сгорании топлива, работе двигателей, использовании тонера в принтерах и других промышленных процессах. Внутри помещений источниками УДЧ служат оргтехника (принтеры, копиры), приготовление пищи, табачный дым, бытовая пыль и даже кожура цитрусовых [3].

Благодаря уникальным свойствам ультрадисперсные частицы находят широкое применение в медицине, например, в диагностике и адресной доставке лекарств, а также в различных высокотехнологичных отраслях.

Несмотря на перспективность применения, важной задачей остается контроль за антропогенным образованием УДЧ, поскольку их накопление в окружающей среде и организме человека может нести потенциальные риски. Дальнейшие исследования должны быть направлены на разработку безопасных и эффективных методов синтеза, а также изучение долгосрочного воздействия ультрадисперсных частиц на экосистемы и здоровье.

Литература:

1. Ультрадисперсные и наноразмерные порошки: создание, строение, производство и применение / под ред. акад. В. М. Бузника. — Томск: Изд-во HTJ1,2009.
2. Рыжонков Д. И.: Ультрадисперсные системы: физические, химические и механические свойства. — М.: МИСиС, 2007.
3. Машков, Ю. К. Материалы и методы нанотехнологии: конспект лекций / Ю. К. Машков, О. В. Малий; Минобрнауки России, ОмГТУ. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014.