Ученые ННГУ приняли участие в импортозамещающей разработке
21 мая 2022 года, 14:15
Химики получили уникальные по чистоте наночастицы.
Ученые НИИ химии ННГУ имени Н.И. Лобачевского совместно с Российским химико-технологическим университетом (РХТУ) имени Д.И. Менделеева создали установку для автоматического синтеза наночастиц металлов.
Исследование состоялось в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ) «Физико-химические основы управляемого синтеза наночастиц, нанокластеров и летучих гидридов методом левитации в индукционном потоке» при финансовой поддержке программы «Приоритет 2030», участником которой является ННГУ. Разработка ведется по совместному проекту Научно-образовательного центра (НОЦ) «Тула-ТЕХ», РХТУ имени Д.И. Менделеева и ученых ННГУ имени Н.И. Лобачевского.
«Результаты исследования не только опубликованы в американском журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering, но еще и попали на обложку издания. Считаем, что в условиях санкций и ограниченного доступа к наукометрическим системам это международный успех, это наша „первая обложка“», — рассказал один из авторов проекта, заведующий лабораторией инженерной химии НИИ химии ННГУ Андрей Воротынцев.
Химикам уже удалось получить уникальные по чистоте наночастицы алюминия, магния, никеля и титана размером менее 50 нанометров. Они используются для создания антибактериальных и высокопрочных проводящих композиционных покрытий. Полученные нанопорошки можно применять в качестве исходного сырья для технологии 3D-печати из металла.
Разработанная технология позволяет ученым проводить прямые синтезы высокочистых веществ для нужд импортозамещения и развития отечественной микроэлектроники.
Суть технологии — в использовании метода индукционной потоковой левитации. Металл плавится с помощью высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого противоточным индуктором.
Индукционные токи, проходя через металл, переводят его в состояние левитации и не допускают контакта с аппаратурой. Капля расплавленного металла продувается потоками инертного газа (гелия или аргона). Металл испаряется, а атомарный пар конденсируется на молекулах газа с образованием наночастиц. Чем выше скорость потока газа, тем меньше и однороднее их размер.
Ученым ННГУ удалось добиться стабильной левитации и высокой производительности синтеза. Меняя параметры синтеза, ученые научились управлять размером наночастиц, а значит, и их характеристиками.
«Мы с нуля разработали полностью автоматизированную установку прямого высокопроизводительного синтеза наночастиц. Метод инструментально достаточно сложный, однако автоматизация позволила запускать его одним нажатием кнопки. Мы используем высокоточные датчики давления и расхода газа, in-situ газоанализаторы, которые имеют „обратную связь“ с другими модулями установки. Исследуя температурно-левитационные свойства, мы апробировали различные типы противоточных индукторов и нашли оптимальный. Разработку можно масштабировать, увеличивая объем конечного продукта», — пояснил Андрей Воротынцев.
Справка
Метод индукционно-поточной левитации был разработан в 60-х годах XX века. Его авторы — ученые Института химической физики имени Н.Н. Семенова РАН М.Я. Ген и А.В. Миллер. Метод позволил провести многие пионерские работы по исследованию свойств субмикронных порошков металлов, сплавов, оксидов металлов и применить их в различных областях науки и техники. Сегодня он является одним из самых перспективных в получении наночастиц. Он выигрывает у других методов по экологичности, экономичности и скорости производства, а также дает возможность более тонко управлять характеристиками наночастиц. Благодаря разработке нижегородских ученых метод может быть шире представлен в российской промышленности.