Коллоидный журнал

Дан краткий анализ современного состояния исследований в области формирования, изучения свойств и практического применения функциональных наночастиц. Основной акцент сделан на работах, проводимых российскими научными группами и опубликованных в «Коллоидном журнале» в последние два года.

Гетерогенные каталитические реакции с участием закиси азота (N₂O) представляют большой интерес для медицины, техники, экологии. Цель работы состояла в установлении особенностей адсорбции и последующего взаимодействия молекул N₂O с каталитической системой на основе металлических наночастиц при комнатной температуре. Методами сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии, а также Оже-спектроскопии определены результаты и продукты адсорбции закиси азота на поверхности единичных наночастиц Pt, синтезированных на высокоориентированном пиролитическом графите. Показано, что при малых экспозициях образовавшиеся в результате диссоциативной адсорбции атомы кислорода окисляли поверхность наночастиц только вблизи интерфейса платины и графита. По мере увеличения экспозиции оксидом покрывалась уже вся поверхность наночастиц. Таким образом, в работе показано, что адсорбционные свойства поверхности наночастиц платины на графите неодинаковы, что может позволить осуществлять различные химические реакции на различных участках, тем самым повышая эффективность каталитической системы в целом.

Получены порошки магнетита и его композитов на основе частиц макропористого высококремнеземного стекла с различным содержанием Fe₃O₄. Методами РФА, РФЭС и спектроскопии КРС подтверждено образование фазы магнетита во всех железосодержащих образцах. Методами СЭМ и ЭДС исследована морфология и элементный состав поверхности композитных пористых частиц. Установлено, что наблюдается различная степень модифицирования внешней поверхности пористых кремнеземных частиц. Показано, что в растворах индифферентного электролита положение изоэлектрической точки (ИЭТ) и значения дзета-потенциала композитов совпадают. Для композитных частиц наблюдаются две изоэлектрические точки на зависимостях дзета-потенциала от рН растворов хлорида никеля. В разбавленных растворах, содержащих специфически сорбирующийся ион никеля, и значениях рН меньше рНИЭТ-2 на электрокинетические свойства композитных частиц в первую очередь оказывает влияние содержание фазы магнетита в композитном порошке, а при достаточно высоких концентрациях ионов Ni²⁺ их специфичность по отношению к оксидным поверхностям.

Уникальные свойства наночастиц (НЧ) металлов, обусловленные наличием у них локализованного поверхностного плазмонного резонанса, привели к появлению и бурному развитию целого ряда перспективных научных направлений. К их числу относится термоплазмоника, базирующаяся на способности таких НЧ эффективно трансформировать излучение оптического диапазона в тепло. В обзоре обсуждаются оптические свойства НЧ благородных металлов, основные коллоидно-химические подходы к их получению, а также последние достижения термоплазмоники в области биомедицины. Основное внимание уделено фототермической диагностике и терапии (тераностике) различных заболеваний. При этом помимо тераностики опухолей проанализированы перспективы применения плазмонных НЧ в кардиологии, офтальмологии, при борьбе с бактериальными и вирусными инфекциями и в других областях.

В настоящей работе исследованы химический состав, структура и электрокинетические характеристики содержащих серебро наночастиц ZnO/Ag с морфологией янус-наночастиц, гетерофазных наночастиц Cu/Ag с равномерным распределением компонентов в частице и наночастиц TiO₂/Ag с поверхностью, декорированной Ag. Проанализировано влияние структуры поверхности на положение изоэлектрической точки и величины электрокинетического потенциала для образцов наночастиц, полученных совместным электрическим взрывом двух проводников. Изучено влияние расположения серебра на электрокинетические характеристики наночастиц и проведено сравнение данных характеристик с механическими смесями, взятыми в том же массовом соотношении.

Исследована стабилизация эмульсий Пикеринга смесями одноименно и разноименно заряженных детонационных наноалмазов и наночастиц диоксида кремния. Методом динамического светорассеяния изучено влияние pH и массового соотношения частиц на размер и ζ-потенциал агрегатов. Показано и теоретически обосновано формирование гетероагрегатов из смесей одноименно заряженных наночастиц и эффективная стабилизация ими капель додекана. Получены субмикронные капли эмульсии Пикеринга, стабилизированные смесями противоположно заряженных наночастиц кремнезема и детонационных наноалмазов.

Наночастицы никеля получали методом электрического взрыва проволоки (ЭВП) высоковольтным разрядом с последующей конденсацией в инертной газовой среде. В случае добавления в газовую среду бутана на конденсирующиеся частицы никеля осаждалась углеродная оболочка. Непосредственно после синтеза проводили жидкостную модификацию наночастиц водными растворами полисахаридов: агарозы и геллана, в результате чего на частицах Ni и никеля с углеродной оболочкой (Ni@C) формировалась полимерная оболочка. Дисперсность, кристаллическая структура и магнитные свойства наночастиц Ni и Ni@C были охарактеризованы методами просвечивающей микроскопии, ренгенофазового анализа и вибрационной магнитометрии. Общее содержание углерода на поверхности наночастиц было определено методом термического анализа с сопряженной масс-спектрометрией. Показано, что в исследованных условиях на наночастицах осаждается до 2% масс. полисахарида, который формирует оболочку толщиной около 4 нм. В случае использования агарозы как модификатора содержание полисахарида увеличивалось с ростом концентрации модифицирующего раствора. В случае же использования в качестве модификатора геллана наблюдалась более сложная зависимость от концентрации: сначала рост, потом снижение осаждаемого количества полисахарида. Результаты обсуждены с точки зрения влияния молекулярной массы полимера на процесс адсорбции.

Бор и его соединения, несмотря на необходимость для функционирования живого организма, при чрезмерном содержании способны проявлять токсическое действие. Актуальной задачей является их удаление различными способами, в том числе с использованием сорбционных технологий. К извлечению соединений бора способны борселективные сорбенты с функциональными ОН-группами и гранульные анионообменники с функциональными аминогруппами. В настоящей работе проведено исследование сорбции борной кислоты в статических условиях на волокнистом сорбенте ФИБАН А-5, который проявляет большое сродство к бору и может быть использован как альтернатива анионообменников, выпускаемых в виде гранул.Изучены особенности кинетики и равновесия сорбционного процесса при контакте исследуемого волокна с растворами борной кислоты. Отмечено, что время достижения равновесного состояния уменьшается при интенсификации перемешивания и увеличении градиента концентрации раствора. Изотермы сорбции носят ступенчатый характер, что связано с присутствием бора в различных формах при концентрации выше 0.025 М. Установлено влияние температуры, рН раствора и ионной формы сорбента на емкостные характеристики волокна ФИБАН А-5.

В теоретических асимптотических линейных по малой безразмерной амплитуде осцилляций расчетах исследовано влияние вязкоупругих свойств заряженной капли электропроводной вязкоупругой жидкости на интенсивность ее электромагнитного излучения. Показано, что учет эффекта релаксации вязкости приводит: к снижению величины декремента затухания, определяемого потерями энергии на излучение электромагнитных волн, и интенсивности электромагнитного излучения на высоких частотах; к существенному снижению декремента вязкого затухания мелких облачных капель; к существенной зависимости декремента вязкого затухания от характерного времени релаксации. Обнаружено, что эффект релаксации вязкости жидкости не оказывает заметного влияния на затухающие капиллярные осцилляции и электромагнитное излучение дождевых капель. На критические условия реализации электростатической неустойчивости капли по отношению к собственному заряду вязкоупругость, как и вязкость жидкости влияния не оказывает.

Исследованы покрытия на основе полидиметилсилоксанового каучука (ПДМС), сшитого MQ-смолой при разном ее содержании. Соотношение ПДМС : MQ-смола составляло 2 : 1, 1 : 1 и 2 : 1. Показано, что нанесение методом спин-коутинга или дип-коутинга гидрофобной композиции состава ПДМС : MQ = 1 : 2, не содержащей фторированных групп, на предварительно текстурированную поверхность позволяет получить супергидрофобные покрытия. Покрытия характеризуются экстремально высокими углами смачивания (170°) и углами скатывания не более 4°. Анализ изменения угла смачивания, поверхностного натяжения, контактного диаметра и объёма капли воды, длительное время находящейся в контакте с покрытием, свидетельствует о высокой гидролитической стойкости полученных покрытий.

Исследована специфика образования молекулярных ассоциатов при введении папаина в коллоидный раствор альгината натрия при ламинарном низкоскоростном, переходном и турбулентном режимах перемешивания, прослежена связь с изменением сорбционной емкости биополимерной композиции и кинетическими закономерностями межфазного переноса при сорбционном связывании альбумина – одного из белковых компонентов раневого экссудата, подлежащих ферментативному расщеплению. Состояние дисперсной фазы коллоидных растворов оценено методом динамического рассеяния света. Свойства формируемых биополимерных пленок изучены с применением методов электронной сканирующей микроскопии, низкотемпературной адсорбции азота и статической сорбции альбумина из растворов ограниченного объема. Данные сорбционных экспериментов проанализированы с использованием диффузионных моделей Бойда, Морриса-Вебера и гелевой диффузии, а также кинетических моделей псевдо-первого порядка Лагергрена и псевдо-второго порядка Хо и Маккея. Получены результаты для обоснования дозировки биополимерной матрицы на ранозаживляющей повязке и эффективного связывания некротических загрязнений раны в течение заданной продолжительности контаминации.

В настоящей работе методами молекулярно-динамического моделирования изучается структура воды в узких щелевых порах. Рассматриваются поры с расстоянием между стенками от 6.2 до 15.5 Ангстрем. Структуры воды, полученные спонтанной кристаллизацией при охлаждении до Т = 300 К, расшифровываются на основе двумерных и трёхмерных параметров порядка. Показано, что наблюдаемые структуры можно описать, как срезы ГЦК или ГПУ кристаллов.

In recent years, the ZnS compound has attracted great interest for use in thin-film solar cells as a buffer layer. To improve its structural and photovoltaic properties, in turn improving the conversion efficiency of thin-film solar cells, the Ni element was introduced into the host ZnS compound through doping by a solvothermal process. The results reveal that the Ni2+ -ion has an impact on the ZnS nanocrystal due to its stronger hybridization than that of the Zn²⁺ion. When Ni is incorporated into the host ZnS compound, the crystal structure of the ZnS compound becomes slightly distorted and possesses a novel opto-magnetic feature which results in optimization of the optical properties of the ZnS nanoparticles. Thus, the magnetic energy generated by the doping process is widely distributed over an absorption band in the UV-Vis ranges. Furthermore, the band gap of the ZnS nanocrystal decreases when Ni is incorporated into the ZnS nanocrystal. Additionally, introducing Ni into the ZnS nanoparticles leads to a change in the morphology of the ZnS nanoparticles from spherical-like to flake-like or plate-like particles because the magnetic exchange energy generated by the higher concentration of ferromagnetic Ni ions is accompanied by a lower pressure inside the unit cell due to the smaller ionic radius of the Ni²⁺ ion compared to that of the Zn²⁺ ion. The author suggests that incorporating Ni into the host ZnS crystal may enhance the optoelectrical properties of the ZnS compound which is suitable for use as a buffer layer in thin-film solar cells.

The sodium salt of 5-aminoisothalate (5-AIT), which has -NH2 and -COO-Na⁺ functions, is a highly water-soluble compound. It was used as reducing and capping agents to develop AuNPs. When sodium borohydride (SBH) was not used as a reducing agent, the developed methodology resulted in particles that were larger in size (5-AIT-AuNPs-L, 14±1.83 nm) than those obtained by the SBH-reduction method (5-AIT-AuNPs-S, 10±2.03 nm). The surface Plasmon resonance band for the smaller particles is centered at 520 nm, but it is positioned at 528 nm for the bigger particles. The particles have a wide window of pH tolerable range, i.e., pH 3 – 10. The capping agents adsorb onto the surface of particles, as evidenced by emission and the Raman spectroscopies and computation analysis. The binding energy increases with the increase of cluster atoms and it is -1.85 eV for 5-AIT-Au₅ cluster. The efficacy of the particles as dye-degradation nanocatalysts for not only well-reputed dye, methyl orange (MO) but also synthetic promising dyes (Uazo-1 and Uazo-2) based on 6-aminouracil was assessed. The degradation kinetics follow pseudo-first-order reactions. According to the findings, the smaller particles degrade the dyes more rapidly than the larger particles.

Due to the interfacial energy minimization phenomenon, rolling a liquid droplet on a solid powder bed consisting of hydrophobic micro-nano sized particles results in particle adhesion onto the droplet surface. These interesting flexible formations (known as dry waters or liquid marble) have attracted a great deal of attention in surface science. After the formation of a magnetic liquid marble with a radius of about 1.1 mm, reversible opening and closing of magnetic nanoparticle shell by the permanent magnet is conducted in the experimental part of this study. In the simulation part of our investigation, which is the novelty of our work, by modeling a liquid marble by a droplet with an elastic shell, the effect of gravitational force on the marble and its motion on a curved substrate were simulated by the Finite Element Method. A novel scheme for increasing the sensitivity of a liquid marble-based accelerometer is presented. The presented scheme for this investigation consists of a liquid marble placed on a curved surface which is manipulated magnetically by placing a permanent magnet above the curved surface. The produced magnetic force deforms the marble shape by opposing its weight, therefore causes the marble to get approximately spherical rather than puddle shaped form.