Ученые из Красноярска получили раствор, в котором содержание наночастиц серебра в 25 раз выше, чем во всех известных на сегодняшний день смесях. Новая технология позволит создавать чернила для трехмерной печати, антимикробные средства и наножидкости, а также откроет путь к новым материалам и технологиям.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Ученые из Института химии и химической технологии Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева впервые в мире создали сверхконцентрированные растворы, в которых содержится до 1500 г наночастиц серебра на литр. Для этого они модифицировали привычный метод синтеза наночастиц. Метод будет актуален для 3D- и 2D-печати, биомедицины, оптоэлектроники, синтеза композитных наноматериалов и других технологий, которые требуют большого количества наночастиц с регулируемыми размером и формами.

«Наше внимание привлекла простая методика синтеза наночастиц серебра, предложенная 130 лет назад, где водный раствор нитрата серебра восстанавливается цитратным комплексом железа. Эта система почему-то не получила должного внимания среди ученых и была практически не изучена. Мы немного изменили подход и нашли условия, благодаря которым можно получить частицы серебра с концентрацией в растворе до 1500 грамм на литр. Проект может быть развит в инновационный стартап для массового, дешевого и более экономичного получения наночастиц. Мы планируем и дальше продолжать работу — раскрыть особенности механизма стабилизации наночастиц. Эти знания помогут разработать методики синтеза сверхконцентрированных гидрозолей наночастиц не только серебра, но и других соединений, например металлов и их оксидов», — рассказал один из авторов работы Сергей Воробьев.

Сегодня самый распространенный способ получения металлических наночастиц — химический синтез, где в качестве среды используется жидкость. Метод позволяет относительно легко регулировать размер, состав и структуру наночастиц. Однако в каждом литре осадка содержится лишь несколько десятков грамм наночастиц. Поэтому необходимо проводить дополнительные процедуры по концентрированию частиц и утилизировать большие объемы отработанных растворов.

Для синтеза более концентрированных растворов ученые использовали фильтрацию вместо центрифугирования и заменили реагент осаждения — нитрат калия на цитрат натрия. Это позволило снизить укрупнение наночастиц в растворе, облегчить их очистку и в результате получить чрезвычайно концентрированное стабильное серебро.

Кроме того, ученые обнаружили, что наночастицы серебра аномально стабильны, они меньше склонны к слипанию, укрупнению, растворению и окислению. Вероятно, эти эффекты достигаются за счет гидрофильных сил, которые ранее не учитывались. Раскрытие механизма управления свойствами поверхности может существенно изменить представление и технологии производства наночастиц и композитных материалов на их основе.