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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

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.

Об авторах

А. П. Сафронов

Институт электрофизики УрО РАН; Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Email: Alexander.safronov@urfu.ru
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена 106; Россия, 620020, Екатеринбург, ул. Мира 19

И. В. Бекетов

Институт электрофизики УрО РАН; Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Email: Alexander.safronov@urfu.ru
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена 106; Россия, 620020, Екатеринбург, ул. Мира 19

А. В. Багазеев

Институт электрофизики УрО РАН

Email: Alexander.safronov@urfu.ru
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена 106

А. И. Медведев

Институт электрофизики УрО РАН; Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Email: Alexander.safronov@urfu.ru
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена 106; Россия, 620020, Екатеринбург, ул. Мира 19

А. М. Мурзакаев

Институт электрофизики УрО РАН; Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Email: Alexander.safronov@urfu.ru
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена 106; Россия, 620020, Екатеринбург, ул. Мира 19

Т. В. Терзиян

Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Email: Alexander.safronov@urfu.ru
Россия, 620020, Екатеринбург, ул. Мира 19

А. Ю. Зубарев

Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Автор, ответственный за переписку.
Email: Alexander.safronov@urfu.ru
Россия, 620020, Екатеринбург, ул. Мира 19

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 файлы


© А.П. Сафронов, И.В. Бекетов, А.В. Багазеев, А.И. Медведев, А.М. Мурзакаев, Т.В. Терзиян, А.Ю. Зубарев, 2023