Международный коллектив ученых создал гибридные наноструктуры из магнитных наночастиц и серебра. Меняя концентрацию благородного метала, можно получать конструкции различных форм: от эллипсов до четырех-, шести- и восьмиугольников с закругленными краями и тонкой углеродной оболочкой. Такая модификация частиц позволит расширить их прикладное применение.

Исследование опубликовано журналеhttps://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361–6528/ab9af2 Nanotechnology 2020.

Наночастицы используют в различных областях промышленности. Из них изготавливают аноды для магнитно-ионных аккумуляторов, легкие микроволновые материалы или элементы суперконденсаторов. Перспективное применение связано с адресной доставкой лекарств или лечением различных заболеваний методом магнитной гипотермии. Однако потенциал наночастиц еще не до конца раскрыт и требует дополнительного изучения.

Коллектив ученых Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирского федерального университета, Института кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН (Москва) и Национального Университета г. Пинтунг (Тайвань) создал гибридные кристаллические наноструктуры из магнитных наночастиц и серебра. В зависимости от изменения концентрации серебра, меняется форма наночастиц и увеличивается их намагниченность.

Гибридные структуры были получены с помощью пиролиза смеси кристаллогидрата железа с некоторыми органическими соединениями с добавлением на последнем этапе соли серебра.

В результате химических реакций формировались наночастицы оксида железа в углеродной оболочке размерами от 20 до 50 нанометров различной формы: эллипсы, четырех- и шестиугольники с закругленными углами, часть крупных частиц размером от 80 до 150 нанометров была восьмиугольной и других неправильных форм.

Сферические наночастицы серебра меньшего диаметра были локализованы непосредственно на границах оксидных наночастиц. Углеродные оболочки образовывали слой толщиной 1–3 нанометра. Форма наночастиц и их фазовый состав также определялись температурой синтеза, которая изменялась от 360 до 400 градусов Цельсия.

Ученые обнаружили, что введение в состав наноструктуры серебра изменяло намагниченность наночастиц и особенно заметно влияло на структуру возбужденных энергетических состояний атомов, пропорционально количеству введенного в структуру серебра.

Возможно это связано с близким пространственным расположением оксида железа и серебра, что увеличивает поглощение проходящей энергии серебром. Также такой эффект может быть вызван коллективными колебаниями электронов в наночастицах серебра, так называемым поверхностным плазмонным резонансом. Для объяснения наблюдаемого феномена требуется проведение дополнительных экспериментов.

«Мы показали, что в результате использованной технологии формируются гибридные структуры: крупные наночастицы оксида железа в оболочке углерода с прилегающими к ним мелкими наночастицами серебра. При этом предположили, что границы крупных частиц являются центрами кристаллизации серебра. Результаты важны для разработки основ синтеза новых нано-структурированных функциональных материалов. Присоединение серебра к наночастицам позволит расширить область их применения. За счет благородного металла наноструктуры могут иметь антибактериальные свойства, высокую каталитическую активность, которая позволяет создавать на их основе сенсоры и датчики для обнаружения органических загрязнений», – рассказала один из соавторов работы – Ирина Эдельман, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН.

Исследование поддержано Российским фондом фундаментальных исследований, Министерством науки и технологии Тайвань, а также Министерством науки и высшего образования Российской федерации.