1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Коллоидный журнал
  4. T. 85, № 4, 2023

Коллоидный журнал, 2023, T. 85, № 4, стр. 463-475

In situ капсуляция наночастиц никеля оболочкой полисахаридов при получении методом электрического взрыва проволоки

А. П. Сафронов 1, 2, *, И. В. Бекетов 1, 2, А. В. Багазеев 1, А. И. Медведев 1, 2, А. М. Мурзакаев 1, 2, Т. В. Терзиян 2, А. Ю. Зубарев 2

1 Институт электрофизики УрО РАН
620016 Екатеринбург, ул. Амундсена 106, Россия

2 Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина
620020 Екатеринбург, ул. Мира 19, Россия

* E-mail: Alexander.safronov@urfu.ru

Поступила в редакцию 29.04.2023
После доработки 23.05.2023
Принята к публикации 25.05.2023

Аннотация

Наночастицы никеля получали методом электрического взрыва проволоки (ЭВП) высоковольтным разрядом с последующей конденсацией в инертной газовой среде. В случае добавления в газовую среду бутана на конденсирующиеся частицы никеля осаждалась углеродная оболочка. Непосредственно после синтеза проводили жидкостную модификацию наночастиц водными растворами полисахаридов: агарозы и геллана, в результате чего на частицах Ni и никеля с углеродной оболочкой (Ni@C) формировалась полимерная оболочка. Дисперсность, кристаллическая структура и магнитные свойства наночастиц Ni и Ni@C были охарактеризованы методами просвечивающей микроскопии, ренгенофазового анализа и вибрационной магнитометрии. Общее содержание углерода на поверхности наночастиц было определено методом термического анализа с сопряженной масс-спектрометрией. Показано, что в исследованных условиях на наночастицах осаждается до 2 мас. % полисахарида, который формирует оболочку толщиной около 4 нм. В случае использования агарозы как модификатора содержание полисахарида увеличивалось с ростом концентрации модифицирующего раствора. В случае же использования в качестве модификатора геллана наблюдалась более сложная зависимость от концентрации: сначала рост, потом снижение осаждаемого количества полисахарида. Результаты обсуждены с точки зрения влияния молекулярной массы полимера на процесс адсорбции.

Ключевые слова: электрический взрыв проволоки, наночастицы, никель, полимерные оболочки, агароза, геллан

Список литературы

  1. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2009. 416 с.

  2. Kim Y., Zhao X. Magnetic soft materials and robots // Chemical Reviews. 2022. V. 122. № 5. P. 5317–5364. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00481

  3. Wu S., Hu W., Ze Q., Sitti M., Zhao R. Multifunctional magnetic soft composites: A review // Multifunctional Materials. 2020. V. 3. P. 042003. https://doi.org/10.1088/2399-7532/abcb0c

  4. Liao J., Huang H. Review on magnetic natural polymer constructed hydrogels as vehicles for drug delivery // Biomacromolecules. 2020. V. 21. № 7. P. 2574–2594. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.0c00566

  5. Shin B.Y., Cha B.G., Jeong J.H., Kim J. Injectable macroporous ferrogel microbeads with a high structural stability for magnetically actuated drug delivery // ACS Applied Materials & Interfaces. 2017. V. 9. № 37. P. 31372–31380. https://doi.org/10.1021/acsami.7b06444

  6. Llandro J., Palfreyman J.J., Ionescu A., Barnes C.H.W. Magnetic biosensor technologies for medical applications: A review // Medical & Biological Engineering & Computing. 2010. V. 48. № 10. P. 977–998. https://doi.org/10.1007/s11517-010-0649-3

  7. Qui J., Li Y., Wang Y., Zhao Z., Zhou Y., Wang Y. Synthesis of carbon-encapsulated nickel nanocrystals by arc discharge of coal-based carbons in water // Fuel. 2004. V. 83. № 4. P. 615–617. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2003.09.005

  8. Ermoline A., Schoenitz M., Dreizin E., Yao N. Production of carbon-coated aluminium nanopowders in pulsed microarc discharge // Nanotechnology. 2002. V. 13. № 5. P. 638–643. https://doi.org/10.1088/0957-4484/13/5/320

  9. Athanassiou E., Grass R., Stark W. Large-scale production of carbon-coated copper nanoparticles for sensor applications // Nanotechnology. 2006. V. 17. P. 1668–1673. https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/6/022

  10. Kotov Yu.A. Electric explosion of wires as a method for preparation of nanopowders // Journal of Nanoparticle Research. 2003. V. 5. P. 539–550. https://doi.org/10.1023/B:NANO.0000006069.45073.0b

  11. Патент РФ 2033901. Котов Ю.А., Бекетов И.В., Саматов О.М. Способ получения сферических ультрадисперсных порошков оксидов активных металлов. БИ № 12, 1995, с. 134.

  12. Патент РФ 2149735. Котов Ю.А., Бекетов И.В., Саматов О.М. Установка для получения высокодисперсных порошков металлов, сплавов и их химических соединений методом электрического взрыв проволоки. БИ № 15, 2000, с. 284.

  13. Kurlyandskaya G.V., Bhagat S.M., Safronov A.P., Beketov I.V., Larranaga A. Spherical magnetic nanoparticles fabricated by electric explosion of wire // AIP Advances. 2011. V. 1. P. 042122. https://doi.org/10.1063/1.3657510

  14. Beketov I.V., Safronov A.P., Medvedev A.I., Alonso J., Kurlyandskaya G.V., Bhagat S.M. Iron oxide nanoparticles fabricated by electric explosion of wire: Focus on magnetic nanofluids // AIP Advances. 2012. V. 2. P. 022154. https://doi.org/10.1063/1.4730405

  15. Beketov I.V., Safronov A.P., Medvedev A.I., Murzakaev A.M., Zhidkov I.S., Cholah S.O., Maximov A.D. Encapsulation of Ni nanoparticles with oxide shell in vapor condensation // Chimica Techno Acta. 2019. V. 6. № 3. P. 93–103. https://doi.org/10.15826/chimtech.2019.6.3.02

  16. Beketov I.V., Safronov A.P., Bagazeev A.V., Larrañaga A., Kurlyandskaya G.V., Medvedev A.I. In situ modification of Fe and Ni magnetic nanopowders produced by the electrical explosion of wire // Journal of Alloys & Compounds. 2014. V. 586. P. 483–488. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.01.152

  17. Safronov A.P., Terziyan T.V., Petrov A.V., Beketov I.V. Tuning of interfacial interactions in poly(isoprene) ferroelastomer by surface modification of embedded metallic iron nanoparticles // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2021. V. 12. № 4. P. 520–527. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-4-520-527

  18. Rochas C., Lahaye M. Average molecular weight and molecular weight distribution of agarose and agarose-type polysaccharides // Carbohydr. Polym. 1989. V. 10. № 4. P. 289–298. https://doi.org/10.1016/0144-8617(89)90068-4

  19. Brunchi C.-E., Morariu S., Bercea M. Intrinsic viscosity and conformational parameters of xanthan inaqueous solutions: Salt addition effect // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014. V. 122. P. 512–519. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2014.07.023

  20. Foner S., Vibrating sample magnetometer // Rev. Sci. Instrum. 1956. V. 27. № 7. P. 548.

  21. Beketov I.V., Safronov A.P., Medvedev A.I., Murzakaev A.M., Timoshenkova O.R., Demina T.M. In-situ formation of carbon shells on the surface of Ni nanoparticles synthesized by the electric explosion of wire // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2018. V. 9 № 4. P. 513–520.https://doi.org/10.17586/22208054201894513520

  22. Guenet M.J. Polymer-Solvent Molecular Compounds. Oxford: Elsevier Ltd., 2008.

  23. Iurciuc C., Savin A., Lungu C., Martin P., Popa M. Gellan. Food applications // Cellulose chemistry and technology. 2016. V. 50. № 1. P. 1–13.

  24. Rubinstein M., Colby R.H. Polymer Physics; 1st ed.; Oxford University Press: New York, 2003.

  25. Morris E.R., Nishinari K., Rinaudo M. Gelation of gellan – A review // Food Hydrocolloids. 2012. V. 28. № 2. P. 373–411. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2012.01.004

  26. Rinaudo M. Physicochemical behaviour of semi-rigid biopolymers in aqueous medium // Food Hydrocolloids. 2017. V. 68. P. 122–127. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.09.015

  27. Safronov A.P., Rusinova E.V., Terziyan T.V., Zemova Y.S., Kurilova N.M., Beketov I.V., Zubarev A.Yu. Gelation in alginate-based magnetic suspensions favored by poor interaction among sodium alginate and embedded particles // Applied Sciences. 2023. V. 13. № 7. P. 4619. https://doi.org/10.3390/app13074619

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Коллоидный журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал