Методы получения различных нанокластеров и наноструктур

Молекулярные кластеры металлов - многоядерные комплексные соединения. Комплексные соединения состоят из центрального атома (комплексообразователя) и лигандов (молекул или ионов связанных с с центральным атомом). В основе такой молекулярной структуры, находится окруженный лигандами остов из атомов металла. Кластером считается ядро, включающее более двух атомов. Они образуются из металлокомплексных соединений в результате химических реакций в растворе. Лиганд-стабилизацией называется присоединение неметаллических ионных групп к металлическим атома или ионам.

Газовые безлигандные кластеры получают тремя способами:

+1.С помощью сверхзвукового сопла рис.+суз18.

2.С помощью газовой агрегации.

3. Испарением с поверхности твердого тела или жидкости.

Основные элементы получения кластеров: источники кластеров, масс-спектрометры, детекторы.

Пример3-го способа получения металлических кластеров.Пул Лазерный луч высокой интенсивности падает на металлический стрежень. Вызывает испарение атомов с поверхности металла, которые затем уносятся через сопло. Расширение этого потока в вакуум приводит к его охлаждению и образованию кластеров из атомов металла. Эти кластеры ионизируются ультрафиолетовым излучением (УФ) и попадают в масс-спектрометр. Масс-спектр представляют в виде зависимости количества атомов в кластере от отношения массы к заряду.

Коллоидные кластеры образуются в растворах в результате химических реакций и могут иметь размеры от1 нм до100 нм. Гидрофильные кластеры могут сорбировать на своей поверхности молекулы окружающей среды, поэтому они окружены оболочкой. Примеры:оксиды кремния, оксиды железа, и других металлов.

Гидрофобные кластеры не абсорбируют на своей поверхности молекулы растворителя.

Реакция, приводящая к возникновению коллоидного золя золота

Для предотвращения слипания поверхность коллоидных кластеров пассивируют лигандами или действием поверхностно активных веществ (ПАВ), например, олеиновая кислота.

Металлические частицы называются пассивированными, если они покрыты слоем другого вещества.

К коллоидным наносистемам относятся наноэмульсии и мицелярные системы.

Молекулы ПАВ содержит гидрофобную (водоотталкивающую) часть (углеводородные радикалы) и полярную гидрофильную группу. При растворении ПАВ в воде происходит структурирование молекул воды вокруг неполярных углеводородных радикалов, что приводит к уменьшению энтропии системы. Молекулы ПАВ начинают самопроизвольно образовывать ассоциаты, которые называются мицеллами. Образование мицеллы приводит к освобождению части структурированной воды, что увеличивает энтропию системы. При концентрациях близких к критической, мицеллы представляют собой сферические образования, в которых полярные группы контактируют с водой, а гидрофобные радикалы находятся внутри, образуя неполярное ядро. При концентрациях больших критической, образуются несколько типов мицелл с размерами 1 10 нм.

Мицеллы могут образовывать наноэмульсии - изотропные дисперсии двух не смешивающихся жидкостей. В наноэмульсионной системе мицеллы постоянно сталкиваются, могут коалесцировать и разрушаться, что приводит к непрерывному обмену их содержания. Обратные мицеллы используются для получения твердых нанокластеров. Смешиваются две идентичные эмульсионные системы с обратными мицеллами.которые содержат вещества А и В. В результате обмена образуется новое соединение С. Радиус кластера определяется радиусом обратной мицеллы. Нанокластеры металлов получаются введением в наноэмульсию содержащую соль металла, восстановителя, например гидразина, или путем пропускания газов или . Так получены кластеры (3-5 нм).