ВКР: Оптические свойства суспензий наноалмазов детонационного синтеза

Введение

В современном мире всё больший интерес вызывают новые способы получения и методы исследования наномасштабных структур. Применение углеродных наноматериалов, в том числе наноалмазов детонационного синтеза, имеет огромную перспективу для науки, производства и новых технологий. Наноалмазы (НА), или ультрадисперсные алмазы (УДА), уже сейчас находят практическое применение в качестве сорбентов и носителей катализаторов, антифрикционных смазок и покрытий, в составе композиционных материалов, наноструктурированных поликристаллов. А в будущем наноалмазы планируется использовать в медицинских целях, например, для направленной доставки лекарства в организме и регенерации тканей. Появление новых образцов, обладающих уникальными физико-химическими свойствами, а также перспективы применения НА в медицине обуславливают актуальность изучения свойств НА известными методами для целей стандартизации наноматериалов и поиска новых методов наблюдения взаимодействия наночастиц с различными структурами, в том числе биологическими. Для исследования наноразмерных структур активно используются методы электронной и атомно-силовой микроскопии, обладающие более высоким пространственным разрешением по сравнению с оптическими методами. В связи с этим в данной работе были применены методы РЭМ и АСМ для изучения образцов НА. Однако данные методы не могут в полной мере охарактеризовать изучаемые уникальные объекты, поэтому возникла необходимость дополнить их оптическими методами, такими как динамическое светорассеяние (ДСР), абсорбционная и люминесцентная спектроскопия, когерентная фазовая микроскопия (КФМ). Оптические методы исследования обладают такими бесспорными преимуществами как быстродействие, высокая чувствительность и возможность реализации в режиме бесконтактного, неразрушающего контроля, что особенно важно в биомедицинских исследованиях. Целью данной работы было изучение оптическими методами образцов НА, отличающихся производителем, поверхностными функциональными группами, степенью и способом очистки и дисперсностью. Были поставлены следующие задачи: применение ДСР, РЭМ и АСМ для определения размера наночастиц и их агрегатов, измерение спектров оптической плотности и спектров люминесценции суспензий НА, применение метода КМФ для оценки показателя преломления суспензии НА и получения фазового портрета клеток микроскопического гриба, выращенного на среде с наноуглеродными частицами. Полученные в работе результаты позволят в дальнейшем исследовать процессы агрегатообразования НА в водных системах и создадут предпосылки для разработки нового метода визуализации взаимодействия наночастиц с клетками микроорганизмов.

1. Общие сведения о наноалмзах

Прикладной интерес к наноматериалам обусловлен возможностью модификации и принципиального изменении свойств известных материалов при переходе в нанокристаллическое состояние. Нанотехнологии активно применяются в биомедицине и электронике, производство нанопродукции для нужд промышленности неуклонно растёт. Известные свойства ультрадисперсных алмазов, а именно – большая доля поверхностных атомов углерода и функциональных групп уже сейчас позволяют использовать НА на практике. Продукты детонационного синтеза, представляющие смесь наночастиц различных фаз углерода, применяются для создания принципиально новых антикоррозийных материалов. Алмазный нанопорошок также может быть использован в качестве:
– добавок к маслам для обкатки и приработки высоконагруженных деталей машин и двигателей, снижающих время обкатки, улучшающих качество приработки и увеличивающих срок службы. Такие масла снижают коэффициент трения на 20–30 %, износ поверхностей в 1,5–2,5 раза. В пластичных смазках наноалмазы снижают коэффициент трения на 20–30 %, износ в 1.3–3 раза, увеличивают несущую способность стыков вдвое; – антифрикционных добавок в различных технологических жидкостях и маслах, уменьшающих коэффициент трения и темп износа трущихся пар. Добавление НА в электролит приводит к повышению износостойкости деталей. Покрытия, содержащие наноалмазы более износостойки, чем без них. Износостойкость увеличивается от двух до шести раз, в зависимости от количества НА, содержащегося в электролите, причем её рост имеет нелинейный характер. При высоких содержаниях НА износостойкость не растет, происходит “насыщение”. Практическое применение НА находят и в других областях. Однако они представляют большой интерес для исследователей не только из-за прикладного значения. Научный интерес к наночастицам обусловлен тем, что по своему строению они относятся к промежуточному этапу между отдельными атомами и массивным (объемным) твёрдым телом. Вопрос о том, на каком этапе объединения атомов завершается формирование того или иного свойства массивного кристалла, до сих пор не решён.