IJS - Odsek za sintezo materialov

Slovensko   English

Novice

Kontakt

 

Vodja odseka

prof. dr. Darko Makovec
darko.makovec@ijs.si 
Telefon: (01) 477 35 79 
 

 

Tajništvo 

Bernarda Anželak
bernarda.anzelak@ijs.si 
Telefon: (01) 477 33 23

Nanokompozitni delci

 

Posebno področje kompozitov so nanokompozitni delci, kompozitni materiali v obliki majhnih delcev, tipično v velikosti pod 100 nm. Nanokompozitni delci spajajo znotraj posameznega delca običajno magnetne nanodelce z delci ali plastmi drugih funkcionalnih materialov. Običajno spajamo materiale, ki izkazujejo različne uporabne lastnosti, zato jih uvrščamo med večnamenske materiale.

Nanokompozitne delce sintetiziramo na več načinov:

1.     Heteroaglomeracija (samourejanje) nanodelcev različnih materialov v suspenzijah, pri  čemer izkoriščamo privlačne elektrostatske sile med nanodelci z nasprotnim površinskim električnim nabojem ali kemijske reakcije med molekulami na površini nanodelcev.

2.     Nanodelce iz enega materiala prevlečemo s plastjo iz drugega materiala.

3.     S polimerizacijo suspenzije nanodelcev v monomeru MMA, ki poteka v miniemulziji lahko pripravimo nanokompozitne delce, ki vsebujejo nanodelce dispergirane v polimerni matrici.

 

V sofinanciranju Cinkarne Celje d.d. in sodelovanju  z raziskovalci Zavoda za zdravstveno varstvo Maribor smo razvili dva postopka za pripravo večnamenskih, superparamagnetnih, fotokatalitskih nanokompozitnih  delcev. Nanokompozitne delce sestavlja fotokatalitska plast anatasnega TiO2, ki je nanešena na aglomerate superparamagnetnih nanodelcev maghemita Fe2O3. Za fotokatalitsko čiščenje se nanokompozitne delce dispergira v onesnaženi vodi, površinski sloj nanodelcev zagotavlja visoko fotokatalitsko aktivnost, po čiščenju pa jih je mogoče magnetno izločiti iz suspenzije in ponovno uporabiti. Za pripravo takih nanokompozitnih delcev smo uporabili dva pristopa:

1.     Nanokompozitne delce smo sintetizirali s herteroaglomeracijo anatasnih in maghemitnih nanodelcev v vodni suspenziji, pri čemer izkoristimo privlačne elektrostatske sile med nanodelci z nasprotnim površinskim električnim nabojem.   

2.     Predhodno pripravljene aglomerate superparamagnetnih nanodelcev smo prekrili s plastjo nanokristaliničnega anatasa s postopkom, ki je temeljil na hidrolizi vodne raztopine TiOSO4.

 

Mešanje suspenzij anatasnih in maghemitnih nanodelcev, ki imajo nasproten površinski električni naboj privede do heteroaglomeracije in nastanka nanokompozitnih delcev. Nanokompozit služi kot fotokatalizator, ki ga lahko po uporabi magnetno izločimo iz suspenzije.

 

Nankompozitni delci sestavljeni iz plasti nanokristaliničnega anatasa na aglomeratih superparamgnetnih nanodelcev.

 

 

Za pripravo večnamenskih nanokompozitnih delcev je posebno zanimiv  postopek, ki temelji na nanosu magnetnih plasti na jedra iz izbranega funkcionalnega materiala. Magnetno plast železovega oksida maghemita nanesemo na jedrne (nano)delce z obarjanjem iz vodne raztopine železovih ionov. Da pride do heterogene nukleacije plasti na jedrnih delcih, je potrebno natančno kontrolirati prenasičenje produktov in s tem kinetiko kemijskih reakcij. Kontrola prenasičenja je mogoča ob zelo počasnem sproščanju reaktantov. Počasno sproščanje hidroksilnih ionov potrebnih za obarjanje lahko dosežemo s počasnim raztapljanjem Mg(OH)2, medtem ko se ioni Fe3+ počasi sproščajo ob razpadu kompleksa Fe-sečnina. Plast (oksi)hidroksida na površini jedrnih delcev se ob koncu postopka nanosa pretvori v magnetni maghemit.

 

Tako smo sintetizirali nanokompozitne delce sestavljene iz jedra, ki ga prestavlja trdo magnetni heksaferit in prevleke iz mehko magnetnega maghemita. Taki nanokompozitni delci naj bi izkazovali optimalno obliko histerezne zanke za uporabo v zdravljenju raka z magnetno hipertermijo. Ob primernih pogojih nanosa, je maghemit epitaksialno rastel na strukturno sorodnem heksaferitu, tako da so bile spinelne ravnine {111} vzporedne z bazalnimi ravninami heksaferita {0001}.

 

Nanokompozitni delec sestavljen iz heksaferitnega jedra (HF) in prevleke iz spinelnega maghemita (S).

IJS - Odsek za sintezo materialov