Сотрудники физико-технического института (ФТИ) Иркутского государственного технического университета получили нанотрубки и наноструктуры, напоминающие по форме хризантемы.

По словам научного руководителя проекта, ведущего научного сотрудника лаборатории нановинтеза и нанотехнологий ФТИ ИрГТУ, д.т.н. Андрея Балановского, для синтеза наноструктур использовались никелиевые катализаторы. Изготовлена экспериментальная установка на основе плазмотрона.

«Мы не ожидали, что в результате применения хорошо изученной методики, помимо нанотрубок, получим некий артефакт в виде слоистой структуры, — говорит Андрей Балановский. — Свойства «наноцветов» пока не изучены, но они, несомненно, будут уникальными. По нашим предположениям, в качестве модификатора «наноцветы» могут повысить прочностные свойства материалов нового поколения, применяемых в строительстве и металлургии. В составе бетона и асфальто-бетонных смесей они продлят срок службы дорожного покрытия в условиях низких температур в районах Сибири и Крайнего севера. Новые материалы с этими нанодобавками также могут быть использованы для повышения прочности металлических изделий. В нашем университете нанотрубки синтезированы впервые. Для проведения исследований ученым приходится их приобретать».

Необычное образование на поверхности катализатора обнаружила студентка 5 курса ФТИ Антонина Чадова при выполнении дипломной работы.

На первом этапе ученые получали углеродные наноструктуры пиролизным способом. Этот метод синтеза углеродных наноструктур является наиболее адаптированным к промышленному использованию. Затем к известному способу синтеза исследователи добавили плазменный источник. В качестве исходного образца использовался никелиевый катализатор, приготовленный золь-гель методом и помещенный в муфельную печь. Образец подвергся плазменному пиролизу с использованием углеродосодержащих газов.

«Рассмотрев полученные нанообъекты на сканирующем электронном микроскопе (SEM), мы обнаружили образования, похожие на нанотрубки, собранные в клубки, — рассказывает Антонина Чадова. — На поверхности Ni — катализатора сформировались еще и лепестковые пространственные обьекты, похожие на хризантемы. На электронных микрофотографиях видно, что эти объекты состоят из отдельных лепестков-пластин. Физический механизм появления необычных образований остается для меня загадкой. В дипломной работе я постараюсь его понять».

По информации А. Балановского, ученые пока не могут объяснить причину образования «наноцветов» и клубков нанотрубок.

«По нашим предположениям, на поверхности катализатора должны были появиться наноструктуры в виде бамбуковых палочек. Необычные артефакты требует дальнейшего изучения. Уже сейчас ясно, что каждый из них становится центром кристаллизации металлических зерен, а это будет способствовать повышению прочности материалов».

Ученый сообщил, что похожие лепестковые наноструктуры были получены в разных лабораториях мира. Если иркутские физики использовали никелиевый катализатор для активности роста углеродных трубок, то в других исследованиях применялись соединения кобальта, железа, германия, меди, палладия, индия и других материалов.

Применение этих структур видится ученым различным. Например, «цветы» на основе сульфида германия могут использоваться в устройствах аккумулирования энергии и солнечных батареях, а кристаллы, состоящие из карбоната бария и оксида кремния, лягут в основу производства микроэлектромеханических (MEMS) устройств и других наноустройств в современной оптике и электронике.

По словам руководителя проекта, ученые ИрГТУ планируют усовершенствовать экспериментальную плазменно-пиролизную установку и наладить собственное производство нанотрубок на базе лаборатории физико-технического института ИрГТУ. Предложенный ими метод позволит получать нанотрубки быстрее и дешевле любого из существующих сегодня способов.

Наталья Розова

Фото Александра Богачева

Электронные микрофотографии предоставлены исследователями ФТИ ИРГТУ