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

Kontrolirana sinteza nanodelcev in stabilnih koloidnih suspenzij

      

Obvladovanje kontrolirane sinteze nanodelcev je osnova za sintezo vrste kompleksnih materialov.  Predvsem se ukvarjamo s sintezo nanodelcev magnetnih materialov, kot so spinelni feriti (železova oksida maghemit g-Fe2O3 in magnetiti Fe3O4, kobaltov ferit CoFe2O4 in drugi spinelni feriti: MnZnFe2O4, NiFe2O4, NiZnFe2O4), heksagonalni feriti (BaFe12O19, SrFe12O19) in magnetni perovskiti (La1-XSrXMnO3). Nanodelce sintetiziramo izključno z mokrimi kemijskimi metodami, kot je soobarjanje iz vodnih raztopin, soobarjanje v mikroemulzijah, hidrotermalna sinteza in termični razpad organokovinskih kompleksov.

 

Nanodelci spinelnega ferita CoFe2O4  sintetizirani z metodo so-obarjanja iz vodnih raztopin (a), so-obarjanja v mikroemulzijah (b) in s termičnim razpadom organokovinskih kompleksov (c).

 

Nanodelci železovega oksida maghemita sintetizirani s preprostim obarjanjem Fe iz vodne raztopine (levo)  in s termičnim razpadom Fe-oleata (desno).

 

Zelo majhni, superparamagnetni nanodelci BaFe12O19 (levo) in večji ploščati nanodelci BaFe12O19 (desno). Za sintezo smo uporabili hidrotermalno metodo.

 

Dendritne tvorbe v obliki heksagonalne ploščice (levo in sredina) in smrečice (desno) iz magnetnega perovskita LaSrMnO3. Za sintezo smo uporabili hidrotermalno metodo.

 

Zaradi izredno velike površine, se nanodelci po sintezi močno aglomerirajo, in kot taki niso uporabni. Za uporabo ali njihovo nadaljnjo obdelavo jih je potrebno dispergirati v tekočini in pripraviti stabilno koloidno suspenzijo. Da pripravimo stabilno suspenzijo, je potrebno preprečiti aglomeracijo nanodelcev, tako da s površinsko obdelavo nanodelcev dosežemo odbojne sile med njimi. Za dispergiranje v nepolarnih ali delno polarnih tekočinah, vežemo na površino nanodelcev oleinsko (nepolarne tekočine) ali ricinolejsko kislino (delno polarne). V obeh primerih so odbojne sile med delci posledica steričnih interakcij. Ali poenostavljeno, relativno dolge verige obeh kislin ovirajo kontakt med delci. V primeru ricinolejske kisline se dodatno pojavi še solvatacijski prispevek k steričnemu odboju. Ta nastopi kot posledica delne strukturiranosti tekočine okoli delca. Jakost solvatacijskega prispevka je močno odvisen od polarnosti medija. Zaradi njegove prisotnosti lahko pripravimo koloidno stabilne suspenzije tudi v delno polarnih organskih tekočinah in nekaterih monomerih (dikloro benzen, tetrahidrofuran, metil metakrilat, stiren,…) Odbojne sile med delci v vodi pa dosežemo tako, da na površino vežemo večfunkcionalne molekule, kot je na primer citronska kislina.  Zaradi ionizacija karboksilne skupine, ki je del molekule citronske kisline, nosijo takšni delci negativen naboj in se med seboj odbijajo. Odbojno silo, ki je rezultat nabitosti površine koloidnih delcev imenujemo elektrostatska interakcija.  Dodatno je prisotna še hidratacijska interakcija, ki je predvsem posledica tvorbe vodikove vezi med molekulami vode in citronsko kislino. Kombinacija obeh interakcij je razlog, da so suspenzije z visokim deležem nanodelcev prevlečenih s citronsko kislino stabilne v širokem pH območju.

 

Posnetek narejen na presevnem elektronskem mikroskopu prikazuje enake nanodelce železovega oksida v aglomeriranem (a) in dispergiranem stanju (b).
IJS - Odsek za sintezo materialov