Технология позволяет проводить прямые синтезы высокочистых веществ
Учёные НИИ химии Университета Лобачевского (Нижний Новгород) совместно с Российским химико-технологическим университетом (РХТУ) им. Д.И. Менделеева создали установку для автоматического синтеза наночастиц металлов.
Химикам уже удалось получить уникальные по чистоте наночастицы алюминия, магния, никеля и титана размером менее 50 нм. Они используются для создания антибактериальных и высокопрочных проводящих композиционных покрытий. Также полученные нанопорошки можно применять как исходное сырье для технологии 3D-печати из металла.
Разработанная технология позволяет учёным ННГУ и РХТУ проводить прямые синтезы высокочистых веществ для нужд импортозамещения и развития отечественной микроэлектроники. Суть технологии заключается 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 обдувается потоком 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.
Учёным ННГУ удалось добиться стабильной левитации и высокой производительности синтеза. Меняя параметры синтеза, учёные 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, – рассказал один из авторов проекта, заведующий лабораторией инженерной химии НИИ химии ННГУ к.х.н. Андрей Воротынцев.
Исследование состоялось в рамках гранта РНФ «Физико-химические основы управляемого синтеза наночастиц, нанокластеров и летучих гидридов методом левитации в индукционном потоке», а также при финансовой поддержке программы «Приоритет 2030» Университета Лобачевского. Разработка ведется в совместном проекте НОЦ «Тула-ТЕХ», РХТУ им. Д.И. Менделеева и ученых ННГУ им. 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, наша первая обложка, – сообщил Андрей Воротынцев.
Справка. Метод индукционно-поточной левитации был разработан в 60-х годах XX века. Его авторы – М.Я. Ген и А.В. Миллер, учёные Института химической физики им. Н. Н. Семёнова РАН. Метод позволил провести многие пионерские работы по исследованию свойств субмикронных порошков металлов, сплавов, оксидов металлов и их применить их в различных областях науки и техники. Сегодня он – один 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.
