Колоїдний розчин гідратованих наночастинок

Корисна модель відноситься до області нанотехнологій і може бути використана для виготовлення каталізаторів, косметичних засобів, матеріалів з біоцидними властивостями, лікарських препаратів, мікродобрив нового покоління, харчових і біологічно активних добавок, медичних виробів, матеріалів медичного і косметичного призначення тощо. Відомий колоїдний розчин металу, що містить частинки сполуки рідкоземельного елементу, кислоту і розчинник, вибраний з неполярних вуглеводнів, причому щонайменше 90% частинок є монокристалічними, а сама дисперсія може бути отримана реакцією солі рідкоземельного елементу з основою в лужному середовищі [Патент России №2242275. Органическая коллоидная дисперсия монокристаллических частиц соединения редкоземельного элемента. МПК B01J13/00, C10L1/10. Опубл. 2004.12.20]. Недоліком відомого колоїдного розчину є обмежена область застосування, що відноситься до присадок до палива для двигунів внутрішнього згорання. Відомий колоїдний розчин наночастинок 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 відомого колоїдного розчину наночастинок є його нестійкість, що вимагає при отриманні колоїдних розчинів додаткове введення речовин-стабілізаторів, наприклад органічних речовин. Відомий колоїдний розчин, що містить частинки сполуки заліза в аморфній формі, що мають розміри в діапазоні від 1нм до 5нм і, щонайменше, один амфіфільний агент [Патент России № 2277510. КОЛЛОИДНАЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ ДИСПЕРСИЯ ЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ДОБАВКИ К ТОПЛИВУ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. МПК C01G49/00, B01J13/00, C10L10/06. Опубл. 2006.06.10]. Недоліком відомого колоїдного розчину є обмежена область застосування у зв'язку з тим, що наночастинки не гідратовані. Відомий колоїдний розчин, що містить наночастинки металу розміром не більше 8 нм з рівномірним розподілом наночастинок металу в полімері, а метал вибраний з групи, що складається з срібла, міді, нікелю, паладію і платини [Патент России №2259871. КОЛЛОИДНЫЙ РАСТВОР НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛА, НАНОКОМПОЗИТЫ МЕТАЛЛ-ПОЛИМЕР И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ. МПК7 В01Л3/00, В82В3/00. Опубл. 2005.09.10]. Недоліком відомого колоїдного розчину є те, що він містить катіони і аніони продуктів реакції відновлення, для звільнення від яких потрібна додаткова операція, наприклад, діалізу, а також наявність речовини-стабілізатора в колоїдному розчині, роль якого виконує полімер. Це ускладнює технологію отримання колоїдного розчину і звужує область його застосування. Найбільш близьким до пропонованого є колоїдний розчин гідратованих наночастинок, що містить металеві наночастинки, в якому розміри наночастинок складають від 1нм до 100нм, метали вибрані з групи, що складається з срібла, золота, міді, нікелю, заліза, паладію, платини, молібдену, кобальту, родію, іридію, який є двофазною системою, що складається з металевих наночастинок і діелектричної рідини, при цьому міцелами колоїдного розчину є хелатні комплекси, утворені електрично зарядженими металевими наночастинками, які хелатовані полярними молекулами діелектричної рідини [див. Патент України на корисну модель №26599. КОЛОЇДНИЙ РОЗЧИН МЕТАЛУ АБО СУМІШІ МЕТАЛІВ. МПК (2006) B01J13/00, C01G49/00. Опубл. 25.09.2007, бюл. №15.] Недоліком відомого колоїдного розчину є невисока біологічна активність розчину. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення біологічної активності колоїдного розчину і розширення області його застосування. Це досягається за рахунок структуризації наногідратних оболонок міцел колоїдного розчину і створення електричного заряду в зовнішньому шарі наногідратних оболонок, що покривають наночастинки. Запропонований, як і відомий колоїдний розчин гідратованих наночастинок містить наночастинки з розмірами від 1 нм до 1000 нм, є двофазною системою, що складається з наночастинок і води, і в якій ядра міцел утворені електрично зарядженими наночастинками, а наногідратні оболонки міцел утворені молекулами води, і, відповідно до цієї пропозиції, наногідратні оболонки міцел в колоїдному розчині структуровані, при цьому молекули води в наногідратних оболонках міцел орієнтовані протонами до поверхні заряджених наночастинок, а атомами кисню на зовнішню поверхню наногідратних оболонок і утворюють негативно заряджений зовнішній шар в наногідратних оболонках. При цьому ядра міцел утворені як одиночними наночастинками, так і агломератами наночастинок. Агломерати наночастинок утворені наночастинками як однорідних, так і різнорідних металів. Колоїдний розчин гідратованих наночастинок є двофазною системою, що складається з наночастинок і води. Це не вимагає застосування спеціальних речовин-стабілізаторів, що спрощує технологію отримання колоїдного розчину. Ядра міцел утворені електрично зарядженими наночастинками, що забезпечує стійкість колоїдного розчину. Наногідратні оболонки міцел в колоїдному розчині структуровані, що також забезпечує стійкість колоїдного розчину. Молекули води в наногідратних оболонках міцел орієнтовані протонами до поверхні заряджених наночастинок, а атомами кисню на зовнішню поверхню наногідратних оболонок. Це дозволяє отримати електричний заряд на поверхні наногідратних оболонок, що збільшує поверхневу енергію гідратованих наночастинок і підвищує біологічну і каталітичну активність колоїдного розчину. Структуровані молекули води утворюють негативно заряджений зовнішній шар в наногідратних оболонках. Це підвищує стійкість колоїдного розчину і підвищує біологічну і каталітичну активність міцел колоїдного розчину. Ядра міцел утворені як одиночними наночастинками, так і агломератами наночастинок. Агломерати наночастинок утворені наночастинками як однорідних, так і різнорідних металів. Це розширює область застосування колоїдного розчину. Колоїдний розчин гідратованих наночастинок отримують диспергуванням гранул електропровідних матеріалів, наприклад, металевих гранул, що знаходяться в деіонізованій воді імпульсами електричного струму [див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F9/14. 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 10 тис. градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені наночастинки, що розлітаються, охолоджуються в рідині. При диспергуванні металевих гранул імпульсами електричного струму 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 електрично 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 міцел орієнтовані протонами до поверхні наночастинок, а атомами кисню на зовнішню поверхню наногідратної оболонки і утворюють негативно заряджений зовнішній шар наногідратної оболонки міцели. Чим більший поверхневий заряд має наночастинка, тим щільніше наногідратна оболонка навколо наночастинки.