Гідратовані наночастинки

Корисна модель відноситься до області нанотехнологій і може бути використана для виготовлення каталізаторів, металевого пального, косметичних засобів, матеріалів з біоцидними властивостями, лікарських препаратів, мікродобрив нового покоління, харчових і біологічно активних добавок, медичних виробів, матеріалів медичного і косметичного призначення тощо. Відомі колоїдні наночастинки металів, вибраних з другої групи і (або) четвертого періоду періодичної системи елементів Менделєєва, що мають розмір від 0,1 до 90мкм [Патент России №2238140. Способ получения коллоидных растворов металлов. МПК7 B01J13/00. Опубл. 20.10.2004]. Недоліком відомих колоїдних наночастинок є їх нестійкість, що вимагає при отриманні колоїдних розчинів додаткове введення речовин-стабілізаторів, наприклад органічних речовин. Відомі наночастинки, в яких розміри частинок складають від 1нм до 15мкм, а метал вибраний з групи, що складається з срібла, золота, міді, нікелю, паладію, платини, молібдену, кобальту, родію, іридію [Заявка России №2002111662. Коллоидные палочковидные частицы как наноштриховые коды. МПК В32В5/16. Опубл. 2003.12.27.]. Недоліком відомих наночастинок є трудність отримання стійких колоїдних розчинів на основі таких частинок. Для підвищення стійкості потрібне додаткове введення речовин-стабілізаторів. Відомі гідратовані металеві наночастинки, в яких розміри складають від 1нм до 15мкм, а метал вибраний з групи, що складається з срібла, золота, міді, нікелю, паладію, платини, молібдену, кобальту, родію, іридію, танталу, ванадію, заліза, марганцю, вольфраму, хрому, цинку, олова, цирконію, ніобію, титану, алюмінію, магнію, при цьому металеві наночастинки мають переважно сферичну форму, а метал з якого складаються наночастинки, знаходиться в аморфному стані [див. Патент України на корисну модель №23561. КОЛОЇДНА МЕТАЛЕВА ЧАСТИНКА. МПК(2006) B01J 13/00. Опубл. 25.05.2007, бюл. №7.] Недоліком відомих гідратованих металевих наночастинок є висока їх вартість, обумовлена складністю переведення всього об’єму наночастинок в аморфний стан, тоді як в більшості технологій потрібний аморфний стан тільки поверхневого шару наночастинки, оскільки частинка взаємодіє з середовищем своїм поверхневим шаром. Відомі гідратовані наночастинки, в яких розміри складають від 1нм до 100нм, а метал вибраний з групи, що складається з срібла, золота, міді, нікелю, паладію, платини, заліза, молібдену, кобальту, ванадію, вольфраму, хрому, ніобію, танталу, родію, іридію, марганцю, магнію, алюмінію, цинку, при цьому металеві наночастинки мають переважно сферичну форму, мають поверхневий електричний заряд і хелатовані наелектризованими полярними молекулами води [див. Патент України №26317. КОЛОЇДНА ЧАСТИНКА. МПК(2006) B01J 13/00, В32В 5/00. Опубл. 10.09.2007, бюл. №14.]. Недоліком відомих гідратованих наночастинок є те, що вони мають малу поверхневу енергію, що знижує їх стійкість і звужує область їх застосування. Найбільш близькими до пропонованих є гідратовані наночастинки, в яких розміри наночастинки складають від 1нм до 100нм, мають переважно сферичну форму, мають поверхневий електричний заряд, хелатовані полярними молекулами води, а метал вибраний з групи, що складається з срібла, золота, міді, нікелю, паладію, платини, молібдену, кобальту, родію, іридію, танталу, ванадію, заліза, марганцю, вольфраму, хрому, цинку, олова, свинцю, осмію, цирконію, ніобію, титану, алюмінію, магнію, при цьому метал в поверхневому і приповерхневому шарі наночастинки знаходиться в аморфному стані, поверхневий електричний заряд наночастинки має знак «мінус», а наночастинка хелатована за рахунок кулонівських сил, що виникають між полярними молекулами води і зарядженою поверхнею наночастинки з утворенням тетраедричних координованих асоціатів [див. Патент України №28902. КОЛОЇДНА МЕТАЛЕВА НАНОЧАСТИНКА. МПК(2006) B01J 13/00, В32В 5/00. Опубл. 25.12.2007, бюл. №21.] Недоліком відомих гідратованих наночастинок є те, що вони мають малу поверхневу енергію із-за неврегульованого розташування молекул води в наногідратній оболонці навколо наночастинок. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення стійкості гідратованих наночастинок і розширення області їх застосування. Це досягається за рахунок створення електричного заряду в зовнішньому шарі наногідратних оболонок, що покривають наночастинки. Запропоновані, як і відомі гідратовані наночастинки, у яких розміри наночастинок складають від 1нм до 1000нм, мають переважно сферичну форму, мають поверхневий електричний заряд і хелатовані молекулами води і, відповідно до цієї пропозиції, молекули води утримуються навколо наночастинок за рахунок кулонівських сил, що виникають між протонами молекул води і зарядженою поверхнею наночастинки, і утворюють наногідратні оболонки навколо наночастинок, молекули води в наногідратних оболонках орієнтовані протонами до поверхні наночастинок, а атомами кисню на зовнішню поверхню наногідратної оболонки і утворюють негативно заряджений зовнішній шар наногідратної оболонки. При цьому наногідратні оболонки повністю або частково покривають поверхню наночастинок, а молекули води утворюють багатошарові наногідратні оболонки навколо наночастинок. Молекули води утримуються навколо наночастинок за рахунок кулонівських сил, що виникають між протонами молекул води і зарядженою поверхнею наночастинки. Це підвищує стійкість гідратованих наночастинок. Молекули води утворюють наногідратні оболонки навколо наночастинок. Це також підвищує стійкість гідратованих наночастинок і розширює область їх застосування за рахунок високої екологічної чистоти гідратованих наночастинок, що містять тільки матеріал наночастинок і воду без додаткових органічних речовинстабілізаторів. Молекули води в наногідратних оболонках орієнтовані протонами до поверхні наночастинок, а атомами кисню на зовнішню поверхню наногідратної оболонки. Це дозволяє отримати електричний заряд на поверхні наногідратних оболонок, що збільшує поверхневу енергію гідратованих наночастинок і підвищує їх біологічну і каталітичну активність. Структуровані і орієнтовані молекули води утворюють негативно заряджений зовнішній шар наногідратної оболонки. Це робить гідратовані наночастинки біологічно активними, оскільки створюються умови для легкого заміщення молекул води в наногідратній оболонці молекулами білка. Наногідратні оболонки повністю або частково покривають поверхню наночастинок, що визначається величиною поверхневого заряду наночастинок. Із збільшенням заряду ступінь покриття поверхні наночастинок наногідратною оболонкою збільшується. Це дозволяє управляти ступенем гідратування наночастинок. При високій щільності поверхневого заряду наночастинок молекули води утворюють багатошарові наногідратні оболонки навколо наночастинок, що ще більше підвищує їх стійкість. Сферична форма металевої наночастинки дозволяє отримати при електризації наночастинки рівномірний електричний заряд на її поверхні. Це створює умови для щільного і рівномірного оточення її молекулами води. Гідратовані наночастинки отримують ерозійно-вибуховим диспергуванням металевих гранул, що знаходяться в деіонізованій воді [див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F 9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл. №7.] При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, в яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випарованого металу, в точках контактів металевих гранул одна з одною виникають іскрові розряди, в яких здійснюється вибухоподібне диспергування металу. У каналах розряду температура досягає 10тис. градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені наночастинки, що розлітаються, мають сферичну форму, вони швидко охолоджуються в рідині з фіксацією аморфного стану поверхневого і приповерхневого шару. При ерозійно-вибуховому диспергуванні металевих гранул виникають свіжоутворені поверхні, які володіють властивістю випускати потік електронів [див. Открытие №290 от 7 июня 1986г. Конюшая Ю.П. Открытия советских ученых. Часть 1. Физико-технические науки. Изд-во МГУ. 1988, с.372-374]. Емісія електронів є результатом високої щільності зарядів свіжоутворених поверхонь. При розділенні поверхонь під час руйнування матеріалу металевих гранул, здійснюється розділення різнойменних зарядів, що призводить до утворення в областях розривів речовини електричного поля напруженістю до 107В/см. Таке електричне поле вириває електрони з поверхні матеріалу. Це фізичне явище призводять до того, що наночастинки, знаходячись в потоках електронів, набувають поверхневого електричного заряду із знаком «мінус». Оскільки молекули води є диполі, у яких заряди із знаком «плюс» розташовані на ядрах водню, то вони за рахунок електростатичного поля обволікають електрично заряджені наночастинки металу, утворюючи наногідратні оболонки. Молекули води утримуються навколо наночастинок за рахунок кулонівських сил, що виникають між протонами молекул води і зарядженою поверхнею наночастинки. Кожна пара електронів на поверхні наночастинки утримує одну молекулу води. Молекули води в наногідратних оболонках орієнтовані протонами до поверхні наночастинок, а атомами кисню на зовнішню поверхню наногідратної оболонки і утворюють негативно заряджений зовнішній шар наногідратної оболонки. Чим більший поверхневий заряд має наночастинка, тим щільніше наногідратна оболонка навколо наночастинки. При високій щільності поверхневого заряду наночастинок молекули води утворюють багатошарові наногідратні оболонки навколо наночастинок, що ще більше підвищує їх стійкість.