Ученые РХТУ имени Д.И.Менделеева в сотрудничестве с учеными лаборатории инженерной химии НИИ Химии ННГУ им. Н.И. Лобачевского нашли способы получать наночастицы металлов, уникальные по чистоте, управлять их размером, изменяя параметры синтеза, и тем самым влиять на характеристики самих наночастиц. Это стало возможным благодаря созданию установки для прямого синтеза высокочистых наночастиц металлов. В ходе проекта были получены наночастицы алюминия (Al), магния (Mg), никеля (Ni) и  титана (Ti) размером менее 50 нм.

Результаты исследования опубликованы в американском журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering. Эту перспективную разработку высоко оценило международное научное сообщество, и статья российских авторов была отобрана для размещения на обложке издания.  

Наночастицы металлов применяются в композиционных материалах, сплавах и катализаторах, в частности – при создании антибактериальных и высокопрочных проводящих композиционных покрытий. Их разработка ведется в совместном проекте РХТУ им. Д.И. Менделеева, НОЦ «Тула-Тех» и ННГУ имени Н.И.Лобачевского. Полученные нанопорошки можно использовать как исходное сырье для аддитивных технологий.

В основу разработки лег метод индукционной-потоковой левитации. Через металл с помощью высокочастотного электромагнитного поля проводятся индукционные токи, металл нагревается, плавится и переводится в состояние левитации без контакта с аппаратурой. Затем капля расплавленного металла продувается потоками инертного газа, например, гелия, или аргона, и металл испаряется. Атомарный пар конденсируется на молекулах газа-хладогента с образованием наночастиц. Чем выше скорость потока газа, тем меньше и однороднее их размер. Ученым удалось добиться стабильной левитации и высокой производительности синтеза.  

Как рассказал один из авторов проекта и.о.ректора РХТУ, д.т.н., профессор Илья Воротынцев: “Было неожиданно, но приятно и вполне оправданно, что наше исследование заметили и так высоко оценили американские коллеги. Публикация статьи, а тем более графического абстракта на обложке высокоцитируемого международного журнала – это вклад в общий рейтинг Менделеевского университета и подтверждение мирового уровня отечественной химико-технологической науки».

Сегодня метод индукционно-поточной левитации является одним из самых перспективных в получении наночастиц, поскольку он экологичный и экономичный для производства, а также позволяет более тонко управлять характеристиками наночастиц.

Метод был разработан в 60-х годах XX века учеными Института химической физики им. Н. Н. Семёнова РАН. С него начались многие передовые работы по исследованию свойств субмикронных порошков металлов, сплавов, оксидов металлов и их применению их в различных областях науки и техники.

Исследование состоялось в рамках гранта РНФ «Физико-химические основы управляемого синтеза наночастиц, нанокластеров и летучих гидридов методом левитации в индукционном потоке», а также при информационной поддержке программы «Приоритет 2030» РХТУ имени Менделеева.