CC BY
39
Успехи в хцмии и химической технологии. ТОМ XXXIII. 2019. № 1
УДК 544.77.023.523
Мурадова А.Г., Шарапаев А.И., Зайцева М.П., Кузнецова С.А., Юртов Е.В. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ОКСИДЫ ЖЕЛЕЗА
Мурадова Айтан Галандар кызы, к.х.н., доцент, кафедра наноматериалов и нанотехнологии e-mail: aytanmuradova@gmail.com;
Шарапаев Александр Игоревич, ассистент, кафедра наноматериалов и нанотехнологии e-mail: a.sharapaev@gmail.com;
Зайцева Мария Павловна, ведущий инженер, кафедра наноматериалов и нанотехнологии e-mail: londongirl65@mail.ru;
Кузнецова Светлана Александровна, магистрант, кафедра наноматериалов и нанотехнологии e-mail: fleur96@list.ru;
Юртов Евгений Васильевич, чл.-корр. РАН, д.х.н., профессор, зав. кафедрой наноматериалов и нанотехнологии e-mail: nanomaterial@mail.ru;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9
Представлены результаты работ в области разработки и применения наноструктурированных оксидов железа. Приведены сведения о способах получения наночастиц заданного размера и результатах их использования в составе магнитных жидкостей и лакокрасочных покрытий.
Ключевые слова: оксиды железа, наночастицы, магнитные жидкости.
NANOSTRUCTURED IRON OXIDES
Muradova A.G., Sharapaev A.I., Zaytseva M.P., Kuznetsova S.A., Yurtov E.V. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The subject of this work is the development and application of nanostructured iron oxides. The methods of obtaining nanoparticles of a given size and the results of their use in the composition of magnetic fluids and paint coatings are shown.
Key words: iron oxides, nanoparticles, ferrofluids.
На протяжении последних лет научным коллективом проводятся исследования свойств и реализуется возможность применения полученных наночастиц оксидов железа. Научной группой были освоены и отработаны большинство известных на настоящий момент жидкофазных химических методов получения наночастиц оксидов железа со средним размером в диапазоне от единиц до ста нанометров [1,2]. Для большинства средних размеров из указанного диапазона определены
условия, обеспечивающие узкое распределение по размерам. Основными используемыми методами являются метод соосаждения Fe2+ и Fe3+ - для получения наночастиц размером до 20 нм, и метод окислительной рекристаллизации гидроксида железа (II) с использованием ультразвука - для получения наночастиц со средним размером 20 - 40 нм и мягких окислителей (нитраты щелочных металлов) -для получения наночастиц размером более 40 нм (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость ширины распределения от среднего размера наночастиц оксидов железа и характерное
ПЭМ-изображение наночастиц Реэ04
Успехи в хцмии и химической технологии. ТОМ XXXIII. 2019. № 1
Для полученных наночастиц оксидов железа были разработаны способы модифицирования поверхности наночастиц. Так были разработаны способы контролируемого создания оболочки диоксида кремния на наночастицах оксидов железа различного размера. Модифицирование магнитных наночастиц оксидов железа люминесцентными веществами позволило приблизиться к созданию средств для люминесцентной магнитной дефектоскопии, обладающих повышенной способностью к обнаружению малоразмерных дефектов в материалах.
Активно проводятся работы в области создания устойчивых дисперсий наночастиц оксидов железа. Так, были получены устойчивые к агрегации и седиментации дисперсии наночастиц оксидов железа (магнитные жидкости) с различными дисперсионными средами (минеральное масло, вакуумное масло, предельные углеводороды в цепочке от С6-С10 и прочее). Впервые были получены устойчивые дисперсии наночастиц оксидов железа в ракетном горючем, которые могут быть использованы для улучшения режимов работы ракетных двигателей (рис. 2).
Рис. 2. Гистограммы распределения наночастиц у-РегОз по размерам в ракетном горючем РГ-1 от времени выдержки
В рамках Федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогичные кадры инновационной России" был выполнен грант, в рамках которого была разработана устойчивая магнитная жидкость.
Образцы магнитных жидкостей с различными дисперсионными средами были экспонированы на многочисленных Всероссийских и Международных выставках (Испания, Франция Сербия, Словакия).
С 2010 года ведутся работы по получению нанокомпозитных покрытий, содержащих наночастицы оксида железа, для ракетно-космической техники.
В рамках работы были разработаны новые типы покрытий, модифицированных наночастицами оксидов металлов заданного размера. Проведены исследования влияния морфологии наночастиц
оксидов металлов на адгезионные, оптические и электрофизические свойства покрытий.
Установлено, что лакокрасочное покрытие, модифицированное наночастицами оксидов металлов, не уступает по оптическим и электрофизическим характеристикам зарубежным лакокрасочным ТРП [3,4]. Разработанные терморегулирующие покрытия прошли испытания в реальных космических условиях. Испытания проводились в рамках Соглашения о предоставлении субсидии № 14.577.21.0206 от 27 октября 2015 г. (Головной заказчик: Министерство образования и науки Российской Федерации). Тема проекта "Разработка терморегулирующих покрытий, содержащих неорганические наночастицы, с улучшенными эксплуатационными и адгезионными свойствами для космических аппаратов».
Перспективным направлением исследований в области наноструктурированных систем на основе оксидов железа является установление размерных и иных областей существования полиморфных модификаций оксида железа (III) и разработка методов, обеспечивающих получение заданных модификаций в чистом виде. Особый интерес представляет e-Fe2O3, модификация, существующая только в наноразмерном состоянии и обладающая огромной коэрцитивной силой (более 20 кЭ). Основываясь на большом опыте получения наночастиц Fe3O4 и y-Fe2O3 с контролируемым размером начаты работы по получению e-Fe2O3 путём термической обработки наночастиц магнетита заданного размера, заключенных в оболочке диоксида кремния.
Список литературы
1. Muradova A.G. et al. Influence of temperature and synthesis time on shape and size distribution of Fe3O4 nanoparticles obtained by ageing method // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. Elsevier B.V., 2016. Vol. 509. P. 229-234.
2. Lukashova N.V. et al. Investigation of structure and magnetic properties of nanocrystalline iron oxide powders for use in magnetic fluids // J. Alloys Compd. Elsevier, 2014. Vol. 586. P. S298-S300.
3. Strapolova V.N. et al. Effect of magnetite nanoparticles' modification on optical properties of solar absorber coatings // J. Spacecr. Rockets. 2018. Vol. 55, № 1.
4. Strapolova V.N. et al. A study of the effect of iron oxide nanoparticles on the optical and adhesive properties of thermal control coatings of the "solar reflector" and "true absorber" class // Theor. Found. Chem. Eng. 2016. Vol. 50, № 5. P. 812-815.
