2012-05-28
Nanoproszki  Specjalne
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Nanoproszki typu core-shell &
Cząstka nanoproszku zbudowana jest z jądra (rdzenia), pokrytego
powłoką (warstwą) innego związku. W niektórych przypadkach powłoka
jest wynikiem reakcji chemicznej materiału jądra  np. tlenek na cząstce
metalu.
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Nanoproszki hybrydowe
Proszek zbudowany jest z połączonych ze sobą nanocząstek różnych
substancji (NIE jest prostą mieszaniną nanoproszków).
1
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Synteza
Jakie są warunki powstawania cząstek typu core-shell i hybrydowych?
Jakie metody mogą być wykorzystane do syntezy tego typu
nanoproszków?
" Sekwencyjność krystalizacji;
" Efekt zarodkowania heterogenicznego;
" Efekt zmiany właściwości powierzchniowych;
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Synteza
Metoda PA-CVD
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Synteza
Magnetron
2
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Synteza
Mikroemulsja
Cząstki fazy stałej zapobiegają koalescencji kropli emulsji (emulsja
Pickeringa). Równowaga pomiędzy odpychaniem elektrostatycznym a
siłami kapilarnymi prowadzi do gęstego upakowania i porządkowania się
kropli emulsji na powierzchni cząstki stałej.
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Synteza
Obecność pewnych faz wymusza zmianę mechanizmu krystalizacji
pozwalając na powstanie hybrydowych nanocząstek. Na nano-zarodkach
platyny krystalizują nano-ziarna Fe3O4. Wprowadzenie odpowiednich soli
jako prekursorów cząstek innych metali takich jak złoto, nikiel, pallad lub
srebro powoduje ich krystalizację wyłącznie na ziarnach platyny chociaż w
przypadku pojedynczych substancji metale te rosną tak samo na obu
fazach. Wywołanie syntezy kolejnej fazy, siarczku miedzi lub ołowiu,
skutkuje pojawienie się jej kryształów wyłącznie na ziarnach złota
(srebra, palladu, niklu). Co jest tego przyczyną?
Inne metody?
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  CdSe@ZnS
Do zastosowań optycznych  podwyższona wydajność kwantowa (QY).
3
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  CdSe@ZnS
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Pt@Au@Co/Ni
Jedną z niedogodności elektrolitycznego wytwarzania wodoru jest fakt, ze najlepsze
właściwości elektro-katalityczne mają elektrody wykonane z platyny; jedynie
obecność tego metalu gwarantuje odpowiednio wysoką szybkość redukcji tlenu.
Rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie nanocząstek typu core-shell, w
których powłokę tworzą dwa metale szlachetne. Zalety tego rozwiązania:
" duże rozwinięcie powierzchni platyny w przeliczeniu na jej masę;
" ochrona metalu nośnego przed działaniem kwasu;
" różnice między konfiguracjami elektronowymi pomiędzy Au i Pt lub naprężenia na
granicy poprawiają efektywnie właściwości katalityczne;
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  FeOx@Fe
Jak zrobić tego typu nanocząstki?
4
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  FeOx@Fe - Superparamagnetyzm
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  FeOx@Fe  kontrast MagneticResonanceImagig
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  FeOx@Fe  hipertermia magnetyczna
5
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  CoFe2O4@MnFe2O4  hipertermia magnetyczna
Warstwowy układ dwóch ferromagnetyków o zróżnicowanej twardości
skutkuje powstaniem mechanizmu wymiennego sprzężenia. W
konsekwencji pętla histerezy jest spłaszczona w wyższych temperaturach
pojawia się superparamagnetyzm.
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  CoFe2O4@MnFe2O4  hipertermia magnetyczna
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  silan@Fe  uwalnianie enzymów
Enzymy  biokatalizatory ułatwiające zachodzenie wszystkich
ważniejszych reakcji w organizmach żywych. Głównym problemem w
medycynie jest krótki czas życia enzymów w warunkach in vivo oraz ich
niestabilność. Jak wprowadzać enzymy do organizmu?
6
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  silan@Fe  uwalnianie enzymów
Enzymy  biokatalizatory ułatwiające zachodzenie wszystkich
ważniejszych reakcji w organizmach żywych. Głównym problemem w
medycynie jest krótki czas życia enzymów w warunkach in vivo oraz ich
niestabilność. Jak wprowadzać enzymy do organizmu?
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  ???@MNP  medycyna
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Au@Fe/Co/Ni  separacja magnetyczna
Jak odseparować nanocząstki
katalizatora od produktów?
7
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Au/SiO2@NaYF4:Yb  fluorescencja
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Ag@polistyren  katalizator
Etap I  wytworzenie sferycznego, polielektrolicznego pędzla
(SPB - spherical polyelectrolyte brush) lub nano-drzewo.
Jądro  polistyren (PS), otoczka  poly(N-isopropylakrylamid) (PNIPA)
usieciowany N,N -metylenobisakrylamid (BIS)
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Ag@polistyren  katalizator
Etap II  wprowadzenie do polimerowego pędzla prekursora srebra a
następnie jego redukcja
8
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Pt@polistyren  katalizator
Różne polimery dają różne uprządkowanie łańcuchów pędzla:
poli((2-metylopropenyloksyetyl) chlorek trójmetyloamonowy  góra,
NIPA-BIS  dół
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Pd@Al2O3  katalizator
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  CNT@Co  materiał elektrodowy
9
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  CNT@Co  materiał elektrodowy
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Fe3O4@Fe  rozkład zanieczyszczeń
NH3�H2O H2 H2O
FeSO4 �� FeO(OH) �� Fe �� Fe3O4
Fe3O4
Fe
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Fe3O4@Fe  rozkład zanieczyszczeń
Najbardziej niebezpiecznymi
zanieczyszczeniami wód gruntowych są
pozostałości po środkach pralniczych np.
trójchloroetylen (tri  TCE). Można je rozłożyć
prostymi reakcjami utleniania i redukcji.
Czynnikiem wywołującym te reakcje jest np.
żelazo. Znane są trzy mechanizmy zachodzenia
tego typu reakcji:
I. Bezpośredni transfer elektronu z żelaza,
które samo się utlenia do Fe(II), do
zaadsorbowanego na powierzchni cząstki
chlorowcowej pochodnej węglowodoru (RX).
II. Fe(II) również może, w obecności
katalizator, brać udział w reakcji usuwania
chloru z RX, tworząc w ten sposób Fe (III).
III. Wodór powstający w wyniki korozji żelaza
może reagować z RX.
10
2012-05-28
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  Fe3O4@Fe  rozkład zanieczyszczeń
W przypadku pokrycia cząstki żelaza jego
tlenkiem nie musi dochodzić do pasywacji.
Jeżeli warstwa jest odpowiednio cienka możliwe
są trzy mechanizmy zachodzenia reakcji
prowadzących do rozkładu
chlorowcopochodnych:
I. Bezpośredni przekaz elektronów od żelaza
do RX we wnętrzu wżeru korozyjnego lub w
miejscu defektu warstwy tlenkowej;
II. Warstwa tlenkowa ma właściwościach
półprzewodnikowe i pozwala na przepływ
ładunków elektrycznych;
III. Na powierzchni warstwy tlenkowej obecne
są jony żelaza(II) działające redukcyjnie na
RX.
Nanoproszki Ceramiczne  Wykład VII  Nanoproszki  Specjalne
Aplikacja  MNP@polimer amfifilowy  smart material
Oddziaływania pomiędzy magnetycznymi nanocząstkami pokrytymi
amfifilowym kopolimerem:
(A) Odpychanie steryczne stabilizuje MNP;
(B) Samoorganizacja MNP w zewnętrznym polu magnetycznym
spowodowana oddziaływaniami hydrofobicznymi;
(C) Zmiana pH wyłącza efekt porządkowania na skutek silnego odpychania
naprotonowanego polimeru;
11