Статья опубликована в рамках: V Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 22 октября 2012 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Нанотехнологии

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Колесников В.А. СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА БОРГИДРИДНЫМ МЕТОДОМ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. V междунар. студ. науч.-практ. конф. № 5. URL: http://sibac.info/archive/technic/5.pdf (дата обращения: 17.10.2019)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
Диплом лауреата
отправлен участнику


СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА БОРГИДРИДНЫМ МЕТОДОМ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ


Пугачёв Артем Дмитриевич


студент 3 курса, кафедра химии ДГТУ, г. Ростов-на-Дону


E-mailartem_d_pugachev@mail.ru


Колесников Виктор Александрович


студент 3 курса, кафедра химии ДГТУ, г. Ростов-на-Дону


E-mail: viktor-kol0@rambler.ru


Кужаров Александр Сергеевич


научный руководитель, д-р. тех. наук, профессор ДГТУ, г. Ростов-на-Дону


 


В работе рассматривается и изучается на практике боргидридный метод получения наночастиц (НЧ) серебра. Методика синтеза заключается в восстановлении соли серебра тетрагидридоборатом натрия в водной или водно-органической среде.


Ранее такой способ рассматривался в статье [1] как наиболее распространенный в силу своего удобства и невысокой токсичности, а также высокой скорости восстановления (в отличие от цитратного метода). Авторы работы [5] были одними из первых, кому удалось синтезировать сферические НЧ серебра восстановлением с помощью боргидрида, причем диаметр большинства частиц составил 1—10 нм.


Целью настоящего исследования является создание калибровочного раствора. Для этого необходимо получить золи серебра с узким и воспроизводимым распределением по размерам частиц в нанодиапазоне, что подразумевает оптимизацию условий синтеза и концентраций реагентов.


Особое значение это имеет в метрологии наночастиц, поскольку производство таких стандартных образцов в России ограничено, а поставки импортных препаратов не покрывают потребности отечественных наноцентров и экономически не всегда обоснованы. Прежде всего, это актуально для стандартных препаратов наносеребра с размерами частиц менее 20 нм, номенклатура которых на мировом рынке очень ограничена, а стабильность и воспроизводимость размеров оставляет желать лучшего.


Также актуальность работы связана с разработкой новых химических носителей информации, где НЧ серебра могут служить подложкой для фотохромных молекул, например, спиропиранов — известных фотохромных переключателей [4].


Была проведена серия опытов, как в водной среде, так и в смеси растворителей этанол — вода.


Типовая методика синтеза в водной среде заключалась в следующем: раствор боргидрида натрия концентрацией [NaBH4] = 2·10-3 моль/л охлаждался до t = 0С, затем при интенсивном перемешивании по каплям добавлялся раствор нитрата серебра концентрацией [AgNO3]= 10-3 моль/л. Обобщенное уравнение реакции выглядит следующим образом:


 AgNO3 + NaBH4 + H2O = NaNO3 + B(OH)3 +H2 + Ag0


 Вариацией объемов растворов реагентов устанавливалось соотношение их концентраций. Далее полученные золи подвергались седиментационному анализу на дисковой ультрацентрифуге CPS DC 24000 (по методике [2]).


При соотношении концентраций [AgNO3]/[NaBH4]=1/10, седиментаци­онный анализ полученного образца показал (см. рис. 1), что 85 % частиц имеют диаметр 10—15 нм, но также присутствуют НЧ от 50 до 100 нм, что говорит о неудовлетворительном для калибровочного раствора индексе полидисперсности. Золь, полученный при соотношении [AgNO3]/[NaBH4]=1/6, имел несколько другие характеристики. График функции распределения от диаметра частиц по их количеству (рис. 2(б)) и массе (рис. 2(а)) указал на то, что большинство частиц имеют размер от 1 до 30 нм, и лишь небольшое количество от 30 до 70 нм, что говорит о более низком индексе полидисперсности по сравнению с предыдущим опытом. Но стабильностью эти образцы не отличались, о чем свидетельствуют результаты седиментационного анализа, сделанного через 15 суток после получения золя (см. рис. 3).


 

Описание: D:\Документы\нч серебра\Боргидридный метод\29.05.xps.1.png


Рисунок 1. Функция распределения от диаметра частиц по их массе ([AgNO3]/[NaBH4] = 1/10)


 


Описание: D:\Документы\нч серебра\Боргидридный метод\obr_1w_bt_от_30_05.xps.1.png


Рисунок 2(а). Функция распределения от диаметра частиц по их массе ([AgNO3]/ [NaBH4] = 1


 


 

Описание: D:\Документы\нч серебра\Боргидридный метод\obr_1w_bt_от_30_05_2.xps.1.png


Рисунок 2(б). Функция распределения диаметра частиц по их количеству ([AgNO3]/[NaBH4]=1/6)

 


 

Описание: D:\Документы\нч серебра\Боргидридный метод\obr_2w_bt_от_30_05_2.xps.1.png


Рисунок 3. Функция распределения диаметра частиц по их массе ([AgNO3]/[NaBH4]=1/6). Анализ проводился спустя две недели после синтеза исследуемого образца


 


Следующие опыты проводились в среде этанол — вода. Отличие типовой методики для этого эксперимента от предыдущего состоит лишь в том, что NaBH4 изначально растворяли в этаноле ([NaBH4] = 2·10-3), а не в воде. Преимущество этой методики состоит в том, что спиропираны хорошо растворяются в этаноле (чего нельзя сказать о его растворимости в воде): это позволит его молекулам легко адсорбироваться на поверхности НЧ серебра.


По такой методике было проделано несколько опытов, которые показали, что оптимально соотношение концентраций [AgNO3]/[NaBH4] = 1/10. После проведения седиментационного анализа образца, полученного по такой методике, график функции распределения от диаметра частиц по их количеству (рис. 4) указал на то, что большинство частиц имеют размер от 10 до 15 нм. Но несмотря на то, что присутствуют и частицы диаметром от 15 до 70 нм, индекс полидисперсности такого золя достаточно низок, что позволяет использовать его в качестве калибровочного раствора.


 


Описание: C:\Documents and Settings\Артем\Рабочий стол\Точечный рисунок.bmp


Рисунок 4. Функция распределения от диаметра частиц по их количеству для образца, синтезированного в среде вода-этанол при соотношении концентраций [AgNO3]/[NaBH4] = 1/10.


 


Однако, такие золи также оказались нестабильны. Причиной этого, по-видимому, является то, что в данном методе боргидрид выступает только как  восстановитель и не стабилизирует полученные частицы, в отличие от цитрат-аниона в методе Туркевича [3]. Тогда было решено добавлять в момент добавления раствора нитрата серебра к раствору боргидрида натрия несколько капель водного раствора эмульгатора 3646/51 (1 капля эмульгатора на 10 мл воды). В результате  полученные золи проявили высокую стабильность, что подтверждают графики функции распределения, построенные по данным седиментационного анализа, который провели сразу после получения золя, а затем еженедельно повторяли (рис. 5 (а) и 5 (б)).


 

Описание: D:\Документы\нч серебра\Боргидридный метод\БГ\Образец от 28.08_bg2_2.xps.1.png


Рисунок 5(а). Результат седиментационного анализа образца, стабилизированного эмульгатором, сразу же после его получения.


 

Описание: D:\Документы\нч серебра\Боргидридный метод\БГ\Образец от 28.08_bg3.xps.1.png


Рисунок 5(б). Результат седиментационного анализа образца, стабилизированного эмульгатором, спустя три месяца после его получения.


 


Результатом проделанной работы является получение стабильного золя с оптимальным для калибровочного раствора и воспроизводимым распределением НЧ по размерам. Следует отметить, что себестоимость подобного образца достаточно низка, чтобы конкурировать с иностранными производителями на рынке. Также стоит добавить, что такие НЧ серебра могут служить носителями фотохромных молекул спиропирана, которые легко сольватируются в этаноле.


 


Список литературы:


1.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.


2.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.


3.Кужаров А.С., Пугачев А.Д. Синтез наночастиц серебра цитратным методом / XIX Международная научно-техническая конференция «Машиностроение и техносфера XXI века». — Севастополь, 2012.


4.Сафоклов Б.Б., Лукьянов Б.С., Буланов А.О., Метелица А.В., Минкин В.И., Ткачев В.В., Алдошин С.М. Фото- и термохромные спираны. 21*. 3,6 — Диметил-4-оксо-8-формил-3,4-дигидроспиро(2Н-1,3-бензоказин-2,2-[2Н] хромен), обладающий фотохромными свойствами в твердой фазе // Известия Академии наук. Серия химическая 2002. №  3. С. 431—435.


5.Creighton J.A., Blatchford C.G., Albrecht M.G. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 75. 1979. P 790.

Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
Диплом лауреата
отправлен участнику

Комментарии (20)

# Дмитрий Анатольевич 27.10.2012 15:43
Довольно актуальная,на сегодняшний день, работа.Ну это конечно для тех,кто понимает все нюансы. Позволит наноцентрам деньги сэкономить.Например 300 мл импортного калибровочного раствора на основе ПВХ стоит около 40 т.р.,а тут,я думаю не более чем в 5 т.р. обойдется.
# олег 28.10.2012 09:34
Статья хорошая.Видно,что методика четко отработана.Но есть один вопрос: есть ли у вас идеи,а может быть уже готовая технология по автоматизации производства таких золей для использования их в качестве калибровочных растворов?
# Артем 28.10.2012 10:26
[quote name="олег"]Статья хорошая.Видно,что методика четко отработана.Но есть один вопрос: есть ли у вас идеи,а может быть уже готовая технология по автоматизации производства таких золей для использования их в качестве калибровочных растворов?[/quote]<br />Хороший вопрос,уважаемый.Автоматизацию производства пока не обдумывал,поскольку необходимо для начала получить сертификат из ЦСМ,а потом уже буду думать.Если у вас есть какие-нибудь идеи по этому поводу,пишите на электронный адрес artem_d_pugachev@mail.ru ,буду только рад
# Наталья Юрьевна 30.10.2012 11:07
Артем, я (преподаватель графики) долго наблюдала за Вашим "избиением" девушки. Прочла и Вашу статью. Хочу напомнить Вам и Вашему научному руководителю (доктору технических наук), что НАУКОЙ НАУК является ФИЛОСОФИЯ, начертательная геометрия -это язык техники,а ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА - это МАТЬ ВСЕХ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК. Химия занимает достойное место в науке, современные технические науки без нее не мыслимы, но как дисциплина, химия относится к НАУКАМ ЕСТЕСТВЕННЫМ! Что касется статьи Валерии, она на своем законном месте и очень актульна в период перехода образования на ФГОС ВПО, где компетентностный подход и междисциплинарные связи занимают ключевые позиции. Да мне очень приятно, что студенты Сибирского федерального поддерживают друг друга. А в Ваших комментариях только злоба и зависть,и полное отсутствие компетенции и научной аргументации. Сильный и умный человек - великодушен и корректен. Я еще раз выражаю свое возмущение Вашему научному руководителю, который не писек Ваши нападки на девушку, только по тому, что они дружно голосуют? И ответьте себе - откуда у Вас 225 голосов.
# Айнура 30.10.2012 22:57
Статья ни о чём,сейчас это не актуально.
# Александр 30.10.2012 23:09
Артем, а почему у вас все графики от 15 января 2002 года, по моему вы в это время ещё в школе учились... или вы их позаимствовали ?
# Наталья 31.10.2012 01:41
[quote name="Александр"]Артем, а почему у вас все графики от 15 января 2002 года, по моему вы в это время ещё в школе учились... или вы их позаимствовали ?[/quote] А здесь я с Вами полностью соглашусь, и вправду откуда взяты графики?
# Марина 01.11.2012 00:23
Не ахти,не ахти.
# Артем 01.11.2012 04:44
[quote name="Айнура"]Статья ни о чём,сейчас это не актуально.[/quote]<br />вы хоть понимаете о чем речь?
# Артем 01.11.2012 04:46
[quote name="Александр"]Артем, а почему у вас все графики от 15 января 2002 года, по моему вы в это время ещё в школе учились... или вы их позаимствовали ?[/quote]<br />потому что на ультрацентрифуге не выставлена дата.Когда вы начинаете говорить о неактуальности,нужно понимать,о чем идет речь,а не опираться лишь на дату на графике.
# Марина 01.11.2012 10:26
потому что на ультрацентрифуге не выставлена дата.Когда вы начинаете говорить о неактуальностинужно понимать,о чем идет речь,а не опираться лишь на дату на графике.<br /><br />Артём,у Вас проблемы с пунктуацией и орфографией???<br /><br />Что значит не выставлена дата,что за бред???<br />Графики были составлены в 2002г.,а следовательно они обновляются,или Вы хотите сказать,что до конца времен будут пользоваться графиками 2002г.?!
# Артем 01.11.2012 12:32
[quote name="Марина"]потому что на ультрацентрифуге не выставлена дата.Когда вы начинаете говорить о неактуальностинужно понимать,о чем идет речь,а не опираться лишь на дату на графике.<br /><br />Артём,у Вас проблемы с пунктуацией и орфографией???<br /><br />Что значит не выставлена дата,что за бред???<br />Графики были составлены в 2002г.,а следовательно они обновляются,или Вы хотите сказать,что до конца времен будут пользоваться графиками 2002г.?![/quote]<br />Вы когда нибудь сталкивались с такой проблемой,что после перезагрузки компьютера сбивается время?Еще раз попрошу,если не разбираетесь - не лезьте сюда)
# Артем 01.11.2012 12:34
[quote name="Марина"]потому что на ультрацентрифуге не выставлена дата.Когда вы начинаете говорить о неактуальностинужно понимать,о чем идет речь,а не опираться лишь на дату на графике.<br /><br />Артём,у Вас проблемы с пунктуацией и орфографией???<br /><br />Что значит не выставлена дата,что за бред???<br />Графики были составлены в 2002г.,а следовательно они обновляются,или Вы хотите сказать,что до конца времен будут пользоваться графиками 2002г.?![/quote]<br />где же у меня проблемы с правописанием,укажите пожалуйста, умница-разумница?
# Артем 02.11.2012 00:08
[quote name="Александр"]Артем, а почему у вас все графики от 15 января 2002 года, по моему вы в это время ещё в школе учились... или вы их позаимствовали ?[/quote]<br />я их не заимствовал.В 2002 даже ультрацентрифуги у нас не было.Да и вообще о нанотехнологии в России слышали единицы.Анализ проводился сразу после получения коллоидов(или спустя некоторое время для того, чтобы убедиться в стабильности золя) в этом году.
# Ольга 02.11.2012 06:08
[quote name="Наталья Юрьевна"]Артем, я (преподаватель графики) долго наблюдала за Вашим "избиением" девушки. Прочла и Вашу статью. Хочу напомнить Вам и Вашему научному руководителю (доктору технических наук), что НАУКОЙ НАУК является ФИЛОСОФИЯ, начертательная геометрия -это язык техники,а ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА - это МАТЬ ВСЕХ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК. Химия занимает достойное место в науке, современные технические науки без нее не мыслимы, но как дисциплина, химия относится к НАУКАМ ЕСТЕСТВЕННЫМ! Что касется статьи Валерии, она на своем законном месте и очень актульна в период перехода образования на ФГОС ВПО, где компетентностный подход и междисциплинарные связи занимают ключевые позиции. Да мне очень приятно, что студенты Сибирского федерального поддерживают друг друга. А в Ваших комментариях только злоба и зависть,и полное отсутствие компетенции и научной аргументации. Сильный и умный человек - великодушен и корректен. Я еще раз выражаю свое возмущение Вашему научному руководителю, который не писек Ваши нападки на девушку, только по тому, что они дружно голосуют? И ответьте себе - откуда у Вас 225 голосов.[/quote]<br /><br />Позвольте с Вами не согласиться) во-первых, нельзя называть НАУКОЙ НАУК то, что само по себе НАУКОЙ не является. Во-вторых, я полагаю, что в комментариях к работе нужно обсуждать конкретно эту работу, а не чью-то чужую (которая и правда слабовата). В-третьих, я всегда считала, что преподаватели люди разумные и достаточно занятые для того, чтобы участвовать в спорах в интернетах.<br /><br />PS. Работа очень сильная и имеет прикладное значение. Артём, так держать! :)
# Артем 02.11.2012 09:35
[quote name="Ольга"][quote name="Наталья Юрьевна"]Артем, я (преподаватель графики) долго наблюдала за Вашим "избиением" девушки. Прочла и Вашу статью. Хочу напомнить Вам и Вашему научному руководителю (доктору технических наук), что НАУКОЙ НАУК является ФИЛОСОФИЯ, начертательная геометрия -это язык техники,а ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА - это МАТЬ ВСЕХ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК. Химия занимает достойное место в науке, современные технические науки без нее не мыслимы, но как дисциплина, химия относится к НАУКАМ ЕСТЕСТВЕННЫМ! Что касется статьи Валерии, она на своем законном месте и очень актульна в период перехода образования на ФГОС ВПО, где компетентностный подход и междисциплинарные связи занимают ключевые позиции. Да мне очень приятно, что студенты Сибирского федерального поддерживают друг друга. А в Ваших комментариях только злоба и зависть,и полное отсутствие компетенции и научной аргументации. Сильный и умный человек - великодушен и корректен. Я еще раз выражаю свое возмущение Вашему научному руководителю, который не писек Ваши нападки на девушку, только по тому, что они дружно голосуют? И ответьте себе - откуда у Вас 225 голосов.[/quote]<br /><br />Позвольте с Вами не согласиться) во-первых, нельзя называть НАУКОЙ НАУК то, что само по себе НАУКОЙ не является. Во-вторых, я полагаю, что в комментариях к работе нужно обсуждать конкретно эту работу, а не чью-то чужую (которая и правда слабовата). В-третьих, я всегда считала, что преподаватели люди разумные и достаточно занятые для того, чтобы участвовать в спорах в интернетах.<br /><br />PS. Работа очень сильная и имеет прикладное значение. Артём, так держать! :)[/quote]<br />Спасибо большое,Ольга)А вы тоже участник конференции или как?
# Артем 02.11.2012 10:39
[quote name="Наталья"][quote name="Александр"]Артем, а почему у вас все графики от 15 января 2002 года, по моему вы в это время ещё в школе учились... или вы их позаимствовали ?[/quote] А здесь я с Вами полностью соглашусь, и вправду откуда взяты графики?[/quote]<br />Еще раз прошу читать внимательнее,а не просто и тупо критиковать.Графики - результат седиментационного анализа (если вы ,конечно, знаете,что это такое) полученных мною коллоидов серебра.
# Дарья Икамацких 02.11.2012 13:25
Примите искренние поздравления с присвоением звания лауреата этой студенческой конференции!<br />Кстати, работа Вашего оппонента тоже лидирует! <br />Желаю всем нескончаемого творческого потенциала, неиссякаемой энергии,задора, <br />научных успехов, новых идей, свершений, реализации самых смелых планов и удачи!<br />Не останавливайтесь на достигнутом!
# Артем 02.11.2012 20:17
[quote name="Дарья Икамацких"]Примите искренние поздравления с присвоением звания лауреата этой студенческой конференции!<br />Кстати, работа Вашего оппонента тоже лидирует! <br />Желаю всем нескончаемого творческого потенциала, неиссякаемой энергии,задора, <br />научных успехов, новых идей, свершений, реализации самых смелых планов и удачи!<br />Не останавливайтесь на достигнутом![/quote]<br />Спасибо большое Дарья)Ваша работа тоже достойна лауреата)он как минимум не хуже моей)Надеюсь,на других конференциях вы одержите победу)
# Ольга 03.11.2012 04:32
к сожалению нет, Артём) я просто ценитель)

Оставить комментарий