Спасибо, что вы с нами!

Лазерный обстрел в воздухе оказался перспективным способом изготовления наночастиц

Они могут пригодиться и в медицине, и в переработке нефти.
Комментарии
...

Ученые из Томского государственного университета и Института физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН получили методом лазерной абляции в воздухе наночастицы железа, а также изучили их свойства с помощью рентгеновской дифракции. Как им удалось показать, данный способ получения наночастиц прост и эффективен, а итоговый продукт пригоден для использования в биомедицине и промышленном катализе. Соответствующая статья опубликована в Applied Surface Science.

В настоящее время получение наночастиц методом импульсной лазерной абляции (обстрелом «сырья» лазерными импульсами, создающими наночастицы нужных размеров) является одним из ведущих способов их получения, так как это довольно простой одностадийный метод, что выгодно отличает его от более сложных многостадийных. Однако пока импульсная лазерная абляция в основном применяется к «полуфабрикатам» будущих наночастиц, находящихся в жидкой среде. Очень часто это создает сложности: наночастицы приходится «вынимать» из жидкости, например с помощью ее выпаривания. Такие дополнительные процедуры изъятия наночастиц нередко приводят к изменению их параметров, что усложняет весь производственный процесс. Поэтому авторы новой работы решили получить наночастицы железа в воздушной среде, чтобы потом их было проще собрать и использовать в составе нужного нанокомпозита или коллоида.

Для формирования наночастиц использовался так называемый Nd: YAG лазер (белорусского производства) — твердотельный лазер с активной средой из алюмо-иттриевого граната (то, что в англоязычной литературе называют YAG, а в русской — Y3Al5O12), легированный ионами неодима. Длина волны, на которой работает такой лазер, — 1064 нанометра. Рабочая плотность обстрела мишени была выбрана в 400 мегаватт на квадратный сантиметр.

Мишень из железа размерами 40 на 40 на 5 миллиметров была размещена в цилиндрическом реакторе из кварцевого стекла с внутренним объемом в 565 кубических сантиметров, наполненном воздухом при обычном давлении. После обстрела материала мишени лазерными импульсами длительностью в 7 наносекунд и частотой 20 импульсов в секунду исследователи получили множество испарившихся в воздух камеры железных наночастиц. Большинство из них имело околосферическую форму и диаметр в 12−15 нанометров. Состав частиц варьировался: кроме магнетита среди них были и частицы из нитрида железа (за счет реакции части азота воздуха с чистым железом мишени). Все образовавшиеся наночастицы подвергли четырем последовательным обжигам — нагреву и последующему охлаждению. В ходе обжигов состав и кристаллическая структура наночастиц заметно изменились: из магнетита они превратились в гематит.

Исследователи отмечают, что магнетитные наночастицы, полученные сразу после лазерной абляции, пригодны для использования в водных растворах. Они сохраняют ферромагнитные свойства при комнатной температуре и довольно высокую остаточную намагниченность, что позволяет использовать коллоиды из них в биомедицине, например в составе активных магнитных жидкостей.

Магнитные жидкости применяются для целенаправленного разогрева области, куда была осуществлена их инъекция. Под действием индукции жидкость с ферромагнитными частицами быстро нагревается, что приводит к гибели ряда патогенов или мутировавших клеток (от возбудителей инфекции до раковых клеток). За счет магнитных свойств жидкости ее можно удерживать в заданном районе человеческого тела с помощью внешних магнитов. Интересно, что магнетиты вырабатываются и в человеческих тканях (например, в мозге, хотя их функции там до сих пор неизвестны), отсюда следует, что их токсичность для организма сама по себе не может быть большой.

Образующиеся же после отжига гематитовые наночастицы также могут представлять заметный практический интерес — известно, что они эффективны в качестве катализатора при крекинге нефти. Особо отмечается, что новый метод получения таких наночастиц (лазерной абляцией в воздухе) довольно прост и в теории легко подвергается масштабированию в плане объема производства.

Комментарии
...