ВЛИЯНИЕ  ТЕМПЕРАТУРЫ  НА  ФОРМИРОВАНИЕ  НАНОЧАСТИЦ  СЕРЕБРА

Пугачёв  Артем  Дмитриевич

студент  4  курса,  кафедра  химии  ДГТУ,  РФ,  г.  Ростов-на-Дону

E -mail:  artem_d_pugachev@mail.ru

Размерные  характеристики  частиц  [6]  важны  для  различных  приложений.  Поэтому  при  синтезе  таких  частиц  необходимо  иметь  возможность  управлять  соответствующими  параметрами  продукта  (средний  размер  частиц,  индекс  полидисперсности  и  др.).  На  вид  функции  распределения  частиц  по  размерам,  главным  образом,  влияют  концентрации  исходных  растворов  реагентов,  их  соотношение  и  температура  синтеза.  Перечисленные  факторы  можно  использовать  как  управляющие,  поэтому  их  лабораторное  изучение  является  актуальным,  поэтому  целью  данной  работы  является  изучение  одного  из  них.

Методика  эксперимента.

Оборудование  и  реактивы:

·     нитрат  серебра,  ч.д.а.,  ГОСТ  1277-75

·     боргидрид  натрия,  марка  А,  ТУ  1-92-162-90

·     желатин  пищевой,  П-11,  ГОСТ  11293-89

·     ультрацентрифуга  CPS  марки  DC24000

·     электроплитка

·     химическая  посуда

Синтез  наночастиц  (НЧ)  серебра  проводился  путем  восстановления  соли  боргидридом  натрия  [1,  2,  4,  5].  В  качестве  стабилизатора  использовался  желатин  пищевой. 

Растворы  боргидрида  натрия  и  нитрата  серебра  концентрацией  10^-3  моль/л  параллельно  нагревались  (если  требуется)  на  электроплитке  до  необходимой  температуры.  Затем  их  смешивали,  соблюдая  соотношение  концентраций  [AgNO₃]/[NaBH₄]  =  1/4.  Массовая  доля  желатина  в  реакционной  смеси  0,01  %.

Функции  распределения  частиц  по  размеру,  синтезированных  по  такой  методике,  получали  в  результате  седиментационного  анализа  на  ультрацентрифуге  CPS  (НОЦ  «Материалы»  Донского  ГТУ)  по  методике  [3].

Обсуждение  результатов

Общий  вид  функции  распределения  для  образцов,  получаемых  по  такой  методике  имеет  вид:

P(d)  ~  αd^βe  ^–ϒd  ,  (1)

где:  P  —  плотность  вероятности, 

d  —  диаметр  эквивалентной  сферы, 

α,  β,  ϒ  —  константы,  которые  несложно  определить  экспериментально.  Набор  этих  констант  немного  отличается  для  каждого  образца.

Синтез  проводился  при  значениях  температуры  20,  40,  45,  50,  55,  70  ⁰С.

При  изучении  полученных  функций  распределения  (см.  рисунок  1)  было  выявлено,  что  индекс  полидисперсности  при  разных  температурах  синтеза  серьезных  изменений  не  претерпевал.  Он  менялся  лишь  в  пределах  погрешности  эксперимента  и  составил  1,75  ±  0,1.

(а)

(б)

(в)

(г)

(д)

(е)

Рисунок  1.  Функции  распределения  НЧ  по  размерам.  (а)  —  при  Т  =  20  ⁰С,  (б)  —  при  Т  =  40  ⁰С,  (в)  —  при  Т  =  45  ⁰С,  (г)  —  при  Т  =  50  ⁰С,  (д)  —  при  Т  =  55  ⁰С,  (е)  —  при  Т  =  70  ⁰С

Однако  же  средний  размер  НЧ  и  положение  максимума  функции  распределения  несколько  изменялись  с  повышением  температуры  (см.  рисунок  2.).  С  увеличением  температуры  средний  размер  частиц  увеличивался.

Рисунок  2.  Зависимость  среднего  размера  НЧ  от  температуры

Судя  по  характеру  зависимости,  это  связано  с  тем,  что  скорость  реакции  стабилизации  с  увеличением  температуры  растет  медленнее,  чем  реакция  восстановления  серебряных  частиц.

Заключение

В  результате  проделанных  экспериментов  было  установлено,  что  изменение  температуры  синтеза  не  влияет  на  характер  функции  распределения  НЧ.  Изменяется  лишь  средний  размер  частиц.

Следующим  этапом  исследования  такой  неравновесной  физико-химической  системы  является  изучение  влияния  величины  концентраций  реагирующих  веществ,  их  соотношение,  а  также  природы  среды  и  стабилизирующего  агента.

Список  литературы:

1.Вегера  А.В.,  Зимон  А.Д.  Синтез  и  физико-химические  свойства  наночастиц  серебра,  сатбилизированных  желатином  //  Известия  Томского  политехнического  университета.  —  Т.  309.  —  №  5.  —  С.  60—64.  —  2006.

2.Крутяков  Ю.А.,  Кудринский  А.А.,  Оленин  А.Ю.,  Лисичкин  Г.В.  Синтез  и  свойства  НЧ  серебра:  достижения  и  перспективы  /  Хим.  Фак-т  МГУ,  2008.

3.Кужаров  А.С.,  Кужаров  А.А.,  Рыжов  С.И.,  Державец  Ю.С.  Методика  седиментационнго  анализа  на  центрифуге  CPS  /  Материалы  IX  Международной  научно-практической  конференции  «Проблемы  синергетики  в  трибологии,  трибоэлектрохимии,  материаловедении  и  мехатронике».  Новочеркасск:  ЮРГТУ(НПИ),  2010.

4.Пугачев  А.Д.  Восстановление  ультрадисперсного  серебра  боргидридом  натрия  в  различных  средах  //  Инженер  —  №  14.  —  С.  113—118.  —  2013.

5.Шмаков  С.Н.  Синтез  и  свойства  наночастиц  металлов,  стабилизированных  водорастворимыми  полимерами  //  Автореф.  дис.  к.х.н.  Алматы.  2009. 

6.esai  R.,  V.  Mankad,  S.K.  Gupta,  and  P.K.  Jha.  Size  Distribution  of  Silver  Nanoparticles:  UV-Visible  Spectroscopic  Assessment  //  Nanoscience  and  Nanotechnology  Letters.  —  Vol.  4,  —  pp.  30—34,  —  2012.