Красноярские учёные предложили делать «чернила» для трёхмерной печати из концентрированных растворов металлов. Также это позволит создавать новые материалы и технологии.
Как известно, при комнатной температуре серебро имеет самую высокую электропроводность среди металлов. Органозоли наночастиц серебра широко используются в электронике для получения электро- и теплопроводящих плёнок, а также в качестве катализаторов и антибактериальных материалов. Но большинство существующих методов получения органозолей наночастиц имеют свои ограничения, которые могут снижать эффективность и рентабельность производства, требуют утилизации и переработки больших объёмов отработанных растворов. При этом итоговая концентрация наночастиц серебра редко превышает сто граммов на литр.
Учёные из Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук создали простой и высокопроизводительный метод получения органозолей серебра с концентрацией металла до 1800 граммов на литр и впервые в мире создали раствор со сверхвысоким содержанием наночастиц серебра. Метод заключается в приготовлении гидрозоля — водной фазы наночастиц серебра, а затем переводе его в органозоль — органическую фазу.
«Преимущество органозолей перед гидрозолями заключается в том, что органозоли содержат органические растворители, такие как спирты и эфиры, которые обеспечивают лучшую стабильность и совместимость с различными материалами и поверхностями. Это делает органозоли более эффективными», — пояснил Сергей Воробьёв, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН.
Для перехода наночастиц в органическую фазу к очищенному гидрозолю серебра учёные добавляют деионизированную воду и ортоксилол — нефтепродукт, комбинацию органических веществ. Будучи малолетучим, умеренно токсичным и относительно дешёвым, это вещество наиболее эффективно в процессе экстракции.
«В своей работе мы использовали метод фазового переноса. Этот метод заключается в первоначальном приготовлении гидрозолей наночастиц серебра с последующим переводом частиц в органическую фазу, — рассказал Сергей Воробьёв. — Перевод в органическую фазу повышает гидрофобность наночастиц».
Кроме небывалой концентрации, разработанные органозоли обладают высокой стабильностью, сохраняющейся более семи месяцев. Они также выдерживают многократные циклы сушки и возвращения в зольную форму. Методика, предложенная красноярскими специалистами, позволит разрабатывать «чернила» для трёхмерной печати, антимикробные средства и наножидкости, а также откроет новые возможности для создания материалов и технологий.
По утверждению красноярских учёных, их растворы дешевле, безопаснее, не требуют трудоёмкой процедуры получения и превосходят как зарубежные, так и отечественные разработки по многим характеристикам. Эта технология уникальна и позволяет использовать серебро в виде нитрата, который восстанавливается в определённых условиях. А продукт можно использовать в печатных и струйных принтерах для создания проводящих дорожек без необходимости отжига. Это открывает путь к производству печатной и наносимой дешёвой электроники на гибких основах. Такой, как печатные платы и тонкие серебряные плёнки.
С помощью нового метода исследователи получили плёнки толщиной один микрометр с высокой электропроводностью, которая возрастала более чем в шесть раз после термообработки. Увеличив количество раствора, можно получить плёнки толщиной до 20 микрометров.
Авторы разработки предполагают, что практически любой материал в наноразмерном состоянии может быть концентрирован в зольных растворах предложенным методом. Например, специалисты синтезировали концентрированные гидрозоли наночастиц магнетита с содержанием 1350 граммов на литр и оксида меди с концентрацией металла около одного килограмма на литр.
Такие разработки могут найти своё применение в биомедицине для адресной доставки лекарственных средств. Лекарство «присоединяется» к магнитной наночастице, которая при помощи внешнего магнитного поля направляется в раковую клетку.
Также гидрозоли также можно использовать для обогащения разных видов руды, в процессах экстракции, например, золотых руд, и для создания метаматериалов.