Международный коллектив ученых создал гибридные наноструктуры из магнитных наночастиц и серебра. Меняя концентрацию благородного металла, можно получать конструкции различных форм: от эллипсов до четырех-, шести- и восьмиугольников с закругленными краями и тонкой углеродной оболочкой. Такая модификация частиц позволит расширить их прикладное применение. Исследование опубликовано в журнале Nanotechnology 2020.
Наночастицы используют в различных областях промышленности. Из них изготавливают аноды для магнитно-ионных аккумуляторов, легкие микроволновые материалы или элементы суперконденсаторов. Перспективное применение связано с адресной доставкой лекарств или лечением различных заболеваний методом магнитной гипотермии. Однако потенциал наночастиц еще не до конца раскрыт и требует дополнительного изучения.
Темные частицы серебра на поверхности частицы оксида железа
Коллектив ученых Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирского федерального университета, Института кристаллографии им. А. В. Шубникова РАН (Москва) и Национального Университета г. Пинтунг (Тайвань) создал гибридные кристаллические наноструктуры из магнитных наночастиц и серебра. В зависимости от изменения концентрации серебра, меняется форма наночастиц и увеличивается их намагниченность.
Гибридные структуры были получены с помощью пиролиза смеси кристаллогидрата железа с некоторыми органическими соединениями с добавлением на последнем этапе соли серебра. В результате химических реакций формировались наночастицы оксида железа в углеродной оболочке размерами от 20 до 50 нанометров различной формы: эллипсы, четырех- и шестиугольники с закругленными углами, часть крупных частиц размером от 80 до 150 нанометров была восьмиугольной и других неправильных форм. Сферические наночастицы серебра меньшего диаметра были локализованы непосредственно на границах оксидных наночастиц. Углеродные оболочки образовывали слой толщиной 1—3 нанометра. Форма наночастиц и их фазовый состав также определялись температурой синтеза, которая изменялась от 360 до 400 градусов Цельсия.
Ученые обнаружили, что введение в состав наноструктуры серебра изменяло намагниченность наночастиц и особенно заметно влияло на структуру возбужденных энергетических состояний атомов, пропорционально количеству введенного в структуру серебра. Возможно, это связано с близким пространственным расположением оксида железа и серебра, что увеличивает поглощение проходящей энергии серебром. Также такой эффект может быть вызван коллективными колебаниями электронов в наночастицах серебра, так называемым поверхностным плазмонным резонансом. Для объяснения наблюдаемого феномена требуется проведение дополнительных экспериментов.
«Мы показали, что в результате использованной технологии формируются гибридные структуры: крупные наночастицы оксида железа в оболочке углерода с прилегающими к ним мелкими наночастицами серебра. При этом предположили, что границы крупных частиц являются центрами кристаллизации серебра. Результаты важны для разработки основ синтеза новых нано-структурированных функциональных материалов. Присоединение серебра к наночастицам позволит расширить область их применения. За счет благородного металла наноструктуры могут иметь антибактериальные свойства, высокую каталитическую активность, которая позволяет создавать на их основе сенсоры и датчики для обнаружения органических загрязнений», — рассказала один из соавторов работы главный научный сотрудник Института физики им. Л. В.Киренского СО РАН доктор технических наук Ирина Самсоновна Эдельман.
Исследование поддержано Российским фондом фундаментальных исследований, Министерством науки и технологии Тайвань, а также Министерством науки и высшего образования Российской федерации.
Текст, фото: группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН
