CC BY
162
Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
УДК 544.77
К. С. Мурашева, К. Ю. Кочмарев, С. А. Воробьев, С. В. Сайкова Научный руководитель - С. В. Сайкова Сибирский федеральный университет, Красноярск
«ЗЕЛЕНЫЙ МЕТОД» СИНТЕЗА КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ДИСПЕРСИЙ НАНОЧАСТИЦ МЕДИ
Предлагается простой и экологически безопасный метод получения концентрированных (порядка 0,01 моль/л) гидрозолей, содержащих наночастицы меди размером 30-40 нм. Метод основан на восстановлении ионов Си2+ в водных растворах аскорбиновой кислотой в присутствии высокомолекулярного стабилизатора - желатозы.
Наночастицы (НЧ) меди зарекомендовали себя как отличные катализаторы промышленных процессов, могут применяться в производстве материалов для электроники, широко известны антибактериальные свойства меди. Среди методов получения НЧ химическая реакция восстановления, осуществляемая в водных растворах, является наиболее перспективным методом получения, так как не требует сложного технического оформления и экономических затрат, а также позволяет контролировать размер, состав и морфологию получаемых частиц. Однако, для того, чтобы предотвратить окисление и растворение получаемых частиц, их агрегирование и выпадение в осадок возникает необходимость использования стабилизатора.
Нами разработан метод получения стабильных гидрозолей НЧ меди восстановлением аскорбиновой кислотой в присутствии стабилизатора желатозы, который соответствует концепции «зеленой химии» [1]. Аскорбиновая кислота является не только безопасной для человека, но и жизненно необходимой, чего нельзя сказать о наиболее часто используемых восстановителей - гидразина и борогидрида натрия, желатоза -продукт гидролиза желатина - является материалом биологического происхождения. Таким образом, предлагаемый процесс снижает нагрузку на экосистему, при этом не ухудшая характеристик получаемых НЧ.
Целью работы являлось получение устойчивых гидрозолей НЧ меди и определение оптимальных условий протекания данного процесса. Было установлено, что на синтез НЧ оказывают влияние такие факторы, как природа стабилизатора, его концентрация, рН среды, концентрации восстановителя и исходной соли меди [2].
Изучение влияния рН среды показало, что количество образующихся НЧ растет с увеличением рН до 10,3, что согласуется со снижением величины электродного потенциала аскорбиновой кислоты в щелочной среде. Однако, при дальнейшем увеличении щелочности среды происходит некоторое снижение степени восстановления меди, что может быть связано со снижением активности ионов меди (П) вследствие образования гидроксида.
Количество образующихся НЧ закономерно растет с увеличением концентраци стабилизатора до 30 г/л, а затем выходит «на плато». Исследование окислительной и седиментационной устойчивости дисперсий НЧ показало снижение интенсивности максимума ППР, что, связано с уменьшением количества НЧ вследст-
вие растворения более мелких при их окислении. То есть, желатоза не может полностью предотвратить процесс окисления НЧ.
Рентгенофазовый анализ осадка, полученного путем центрифугирования исходного золя, показал, что он представляет собой металлическую медь с размерами кристаллитов около 30 нм. По данным просвечивающей электронной микроскопии (см. рисунок), при восстановлении аскорбиновой кислотой формируются сферические НЧ размером 57,8 ± 21,8 нм, покрытые тонкой (2-3 нм) плёнкой желатина, которая и предотвращает их окисление и агрегацию. Такой же размер (30 нм) частиц по данным исследования гидрозоля наночастиц меди методом атомно-силовой микроскопии при высушивании образца на пластинке пирографита.
Изображение ПЭМ и гистограммы распределения наночастиц меди, полученных действием аскорбиновой кислоты
Полученные золи были исследованы на антибактериальную активность к штамму кишечной палочки (gram-negative bacteria E.coli АТСС 25922). Образцы показали высокую эффективность, благодаря чему данный метод может быть рекомендован для получения антибактериальных сред.
Библиографические ссылки
1. Синтез высококонцентрированных гидрозолей наночастиц меди восстановлением аскорбиновой кислотой в присутствии желатозы / С. В. Сайкова,
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
К. С. Мурашева, С. А. Воробьев и др. // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. 21. С. 425-931.
2. Воробьев С. А Образование наночастиц меди в водных растворах при восстановлении меди (II) гидразином, борогидридом натрия и аскорбиновой ки-
слотой / Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Красноярск, 2013. С. 127.
© Мурашева К. С., Кочмарев К. Ю., Воробьев С. А., Сайкова С. В., 2014
УДК 669.713.7
А. Н. Рыбакова Научный руководитель - В. С. Жигалов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СВОЙСТВА СИНТЕЗИРОВАННЫХ ПЛЕНОК СоРг, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ ТВЕРДОФАЗНЫХ РЕАКЦИЙ
Проанализировано использование твердотельных реакций для синтеза плёночных структур. Рассмотрены типы твердотельных реакций.
В настоящее время в микро- и наноэлектронике используют структуры, состоящие из многих слоев, между которыми возможны протекания химических реакций при определённых условиях. Поэтому возникает необходимость их изучения с целью устранения в устройствах. В таких структурах при нагреве возникает последовательность фазовых превращений, поэтому многие исследователи предлагают использовать твердофазные реакции (ТФР) для синтеза материалов с новыми свойствами [1-2].
Целью данной работы является изучение процесса химических взаимодействий в двухслойных структурах Co/Pt, фазообразования в данной системе и свойств образованных фаз в зависимости от состава, температуры обработки и типа подложек. Пленки системы Co-Pt, имеющие высокоанизотропную кубическую структуру с тетрагональным искажением (L10) широко исследуются в связи с возможным использованием их в качестве сред для высокоплотной магнитооптической записи [3], а также для изготовления пленочных постоянных магнитов в системах MEMS. Для получения пленок с фазой L10 в системах Fe-Pd, Fe-Pt и Co-Pt используются много способов и технологий, однако мало публикаций, связанных с получением таких пленок с помощью твёрдофазных реакций
[4].
В работе были проведены рентгеноструктурные и магнитные исследования в пленочных двухслойных системах Co/Pt с концентрационным соотношением элементов 1/1 и 1/3 на монокристаллических подложках MgO в зависимости от температуры термообработки в пределах 400-850 °С. Исходные образцы получались методом вакуумного испарения, в которых в
качестве первых слоев наносились слои кобальта с разной кристаллографической ориентацией. В системах с кубическим кобальтом ф-Со) и атомным соотношением 1/3 при температурах отжига (Тотж) 550 0С и выше формировалась фаза СоР13 (Ь12) с величиной коэрцитивной силы (~10 Э), которая сохранялась при увеличении Тотж вплоть до 850 °С. Рентгеноструктур-ные исследования пленок с монокристаллическим кобальтом с гексагональной структурой и атомным соотношением Со/Р! 1/1 показали, что при Тотж 550° сформируется монокристаллическая фаза Ь10 с рефлексами (200) и (002), имеющей величину первой константы анизотропии -5-106 эрг/см3 и коэрцитивную силу ~8 кЭ. Увеличение температуры отжига этой структуры выше 700 0С способствовало образованию кубической фазы СоР!3 (Ь12) с коэрцитивной силой 10-30 Э.
В работе также изучен процесс ТФР в системах Со/Р! и измерены температурные параметры образования всей последовательности фаз.
Библиографические ссылки
1. Третьяков Ю. Д. // Соросовский образовательный журнал. М., 1999. Т. 4. С. 35-39.
2. Мержанов А. Г. // Успехи химии. М., 2001. № 12. С. 59-98.
3. Жигалов В. С. и др. // ЖЭТФ. 2009. Т. 88. № 6. С. 445-449.
4. Мягков В. Г. // Физика твердого тела. 2000. Т. 42. № 5. С. 937.
© Рыбакова А. Н., 2014
