En kemist från RUDN skapade tekniken för syntes av polymera nanosfärer för användning vid tillverkning av elektrokemiska anordningar. Metoden kräver inga ytaktiva ämnen och producerar nanopartiklar av en förutbestämd storlek. Resultaten av studien publicerades i Polymerkemi .

Nanopartiklar som används för industriella tillämpningar bör ha samma form och storlek, oavsett vilket material de är gjorda av. Det är en svår utmaning att uppnå både i laboratoriet och för industriell produktion. I vissa fall, nanopartiklar med ens några tiotals nanometer skillnad i storlek utför inte de nödvändiga funktionerna. RUDN -universitetets Rafael Luke, tillsammans med kollegor från Kina och Pakistan, föreslog en förenklad metod för att skapa polymernanosfärer med kontrollerad storlek.

Den nya tekniken är baserad på sol-gelprocessen för polymersyntes. Forskare blandar en serie monomerer och startar hydrolys och polykondensationsreaktioner. Dessa processer leder till bildandet av en sol - en lösning av de små partiklarna, inklusive nanosiserade partiklar av en fast substans eller gasbubblor. Vid vidare behandling, Solen koncentreras antingen till tillståndet för en homogen gel eller utstrålar de enskilda nanopartiklarna (t.ex. genom centrifugering). För att göra de resulterande partiklarna homogena, det är nödvändigt att applicera ytaktiva ämnen på solen eller att använda en matris.

Forskarna erhöll nanopartiklar genom att syntetisera polybenzoxazinföreningar, en grupp polymerer som kan framställas av olika monomerer under ganska milda förhållanden. Till skillnad från de flesta av de tidigare forskarna lyckades kemisterna vid RUDN syntetisera polybenzoxazin i form av nanopartiklar utan att använda några matriser eller ytaktiva ämnen. Kemister har hittat specifika koncentrationer av monomererna (floroglucin, para-fenylendiamin, och formaldehyd) upplöst i vatten och etanol som, i kombination med mild (upp till 75 ° C) uppvärmning, ledde till bildandet av nanosfärer med enhetlig storlek. Författarna föreslår att effekten uppnås på grund av användningen av para-fenylendiamin. Den deltar i reaktionen och fungerar som en katalysator. Forskare och tillverkare kan ställa in önskad storlek på nanopartiklar genom att variera koncentrationen av de initiala monomererna och förhållandet i vatten- och etanollösningar. Det är en ytterligare fördel med den nya metoden. I experimentet, sektionsforskare lyckades producera nanosfärer med en diameter på 105, 157 och 186 nm.

Nanopartiklar av denna typ kan användas inom elektrokemi. Forskare vid RUDN karboniserade de polymera nanosfärerna i en kväveatmosfär vid 800 ° C och fick kolnanosfärer innehållande kväve, som behöll samma storlek och form. Dessa nanopartiklar användes för att skapa elektroder. Kolnanosfärer visade hög elektrisk kapacitet. I framtiden, de kan användas för att skapa superkondensatorer och kemiska strömkällor.

"Det traditionella tillvägagångssättet för syntes av sådana polymerer kräver användning av ytaktiva ämnen eller matriser. De styr direkt partiklarnas storlek och bygger materialets struktur, "förklarar Rafael Luka, chef för Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine. "Vårt tillvägagångssätt låter dig sluta använda dem. Vi har redan testat en av de möjliga tillämpningarna av de erhållna nanopartiklarna. Kolnanosfärer innehållande kväve utan ytterligare aktivering användes som en superkondensator och demonstrerade potentialen att använda inom energiomvandling och lagring."