Колоїдна металева наночастинка

Колоїдна металева наночастинка, в якій розміри наночастинки складають від 1 нм до 100 нм, має переважно сферичну форму, має поверхневий електричний заряд, хелатована полярними молекулами води, а метал вибраний з групи, що складається з срібла, золота, міді, 3 28902 кобальту, ванадію, вольфраму, хрому, ніюбію, танталу, родію, іридію, марганцю, магнію, алюмінію, цинку, при цьому металева наночастинка має переважно сферичну форму, має поверхневий електричний заряд і хелатована наелектризованими полярними молекулами води [див. Рі шення про видачу патенту на кориснуь. КОЛОЇДН А ЧАСТИНКА. Заявка №u200705778. МПК(2006) B01J 13/00, В32В 5/00. Дата подання заявки 24.05.2007.] Недоліком відомої колоїдної металевої наночастинки є те, що вона має малу поверхневу енергію, що знижує її стійкість і звужує області її застосування. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення стійкості наночастинки і розширення області її застосування. Це досягається за рахунок підвищення поверхневої енергії шляхом переведення матеріалу поверхневого і приповерхневого шару наночастинки в аморфний стан, а також за рахунок створення на її поверхні великого негативного заряду і збереження заряду лігандом за рахунок водневих зв'язків молекул води із зарядженою поверхнею наночастинки. Запропонована, як і відома колоїдна металева наночастинка має розміри від 1нм до 100нм, має переважно сферичну форму, має поверхневий електричний заряд, хелатована 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, і, відповідно до цієї пропозиції, 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. Сферична форма металевої наночастинки дозволяє отримати при електризації наночастинки рівномірний електричний заряд на її поверхні. Це створює умови для щільного оточення її полярними молекулами води. Наявність поверхневого електричного заряду у металевої наночастинки створює умови для її хелатування, що забезпечує стійкість хелатного комплексу. Хелатування наелектризованої металевої наночастинки наелектризованими полярними молекулами води приводить до утворення стійкого хелатного комплексу без додавання спеціальної речовини-стабілізатора. Знаходження металу в поверхневому і приповерхневому шарі наночастинки в аморфному стані підвищує активність наночастинки. В той же час, витрати на переведення тонкого поверхневого шару в аморфний стан набагато менше, ніж всього об'єму частинки. Це не знижує активності частинки, оскільки вона взаємодіє із зовнішнім середовищем своїм поверхневим 4 шаром. Аморфний стан металу, з якого складається частинка, додає наночастинкам нові фізичні властивості. Кристалічний і аморфний стан тіла різняться за своїми фізичними властивостями, такими, як розчинність, температура плавлення, твердість, питома вага. Тіла в аморфному стані мають нижчі точки плавлення, меншу питому вагу і меншу твердість, вони легше розчинні і доступніші дії хімічних агентів. При зворотному переході речовини з аморфного стану в кристалічне виділяється багато тепла, а також спостерігаються світлові явища. Поверхневий електричний заряд наночастинки має знак «мінус», що робить хелатний комплекс в структурній побудові еквівалентним аніонному комплексу (з аніоном в якості комплексоутворювача). В той же час, відсутність аніона, як такого, виключає токсичні прояви з боку наночастинки. Це розширює області застосування колоїдної металевої наночастинки. Хелатування наночастинки за рахунок кулонівських сил, що виникають між полярними молекулами води і зарядженою поверхнею наночастинки, підвищує стійкість хелатного комплексу, оскільки кулонівські сили є найбільш сильними після ядерних. Утворення тетраедричних координованих асоціатів ліганда створює щільну оболонку з молекул води навколо наночастинки. Щільність оболонки тим більше, чим більший поверхневий негативний заряд має наночастинка. Оскільки в молекулі води є чотири полюси зарядів, розташованих асиметрично, то вона має помітно виражену полярність. Кожна молекула води є диполем з високим дипольним моментом - 1,87 дебая. Наявність в молекулі води електричних зарядів, що не компенсуються, призводить до угр уп ування молекул в «співтовариства» асоціати. Вони виникають між ядрами водню одних молекул води і електронними «згущуваннями» у ядер кисню інших. Оскільки електронні орбіталі в кожній молекулі води утворюють структуру те траедра, водневі зв'язки упорядковують розташування молекул води у вигляді тетраедричних координованих асоціатів. Молекули ліганда розташовуються навколо наночастинки і утворюють водну, або гідратну, оболонку. Ця оболонка оберігає наночастинки від агломерації і випадання в осад. Величина оболонки гідрата залежить від поверхневого заряду наночастинки. Таким чином, стійкість наночастинки визначається двома чинниками: наявністю поверхневого заряду наночастинки і водною оболонкою, що знаходиться навколо неї. Завдяки водневим зв'язкам ліганда наночастинка легко «розкривається», що створює умови для її високої активності. Колоїдні металеві наночастки 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.] 5 28902 При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, в яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випарованого металу, в точках контактів металевих гранул один з одним виникають іскрові розряди, в яких здійснюється вибухоподібне диспергування металу. В 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 свіжоутворенні 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 приводить 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 хелатні комплекси. Кожна пара електронів на поверхні наночастинки утримує одну молекулу води (ліганд) і задає координаційне число хелатного комплексу. Чим більший поверхневий заряд має наночастинка, тим більше координаційне число має хелатний комплекс. Сферична форма металевої наночастки дозволяє отримати при її електризації рівномірний електричний заряд на її поверхні. Це створює умови для щільного і рівномірного оточення її полярними молекулами води і створення стійкого хелатного комплексу. За ра хунок хелатування металевої наночастинки диполями води хелатний комплекс стає стійким без додавання спеціальної речовини-стабілізатора. Стійкість забезпечується кулонівськими силами, що виникають поверхнею зарядженої металевої наночастинки і диполями води. 6