Forskere udvikler en ny metode til at syntetisere nanopartikler

Forskere ved U.S. Naval Research Laboratory (NRL) Materials Science and Technology Division har udviklet en ny et-trins proces ved hjælp af, for første gang i disse typer synteser, kaliumsuperoxid (KO2) til hurtigt at danne oxidnanopartikler fra simple saltopløsninger i vand.

"Typisk, syntesen af ​​oxidnanopartikler involverer den langsomme reaktion af et svagt oxidationsmiddel, såsom hydrogenperoxid, med fortyndede opløsninger af metalsalte eller -komplekser i både vandige og ikke-vandige opløsningsmiddelsystemer " sagde Dr. Thomas Sutto, NRL forskningskemiker. "Den hurtige eksoterme reaktion af kaliumsuperoxid med saltopløsningerne resulterer i dannelsen af ​​uopløselige oxid- eller hydroxidnanopartikler."

En vigtig fordel ved denne metode er evnen til at skabe bulkmængder af materialer. NRL har vist, at store mængder (over 10 gram) oxidnanopartikler kan fremstilles i et enkelt trin, hvilket er cirka fire størrelsesordener højere udbytte end mange andre metoder. Metalkoncentrationerne, sædvanligvis i millimolær (mM) mængde, skal være lavt for at forhindre aggregering af nanopartiklerne til større klynger, der betydeligt kan begrænse mængden af ​​materiale, der kan fremstilles på ethvert tidspunkt.

Oxid-nanopartikler har vist sig at være afgørende komponenter i adskillige applikationer, herunder elektroniske og magnetiske enheder, energilagring og -produktion, og medicinske applikationer såsom magnetiske nanopartikler til brug ved magnetisk resonansbilleddannelse (MRI). I alle disse applikationer, partikelstørrelse er afgørende for anvendeligheden og funktionen af ​​oxidnanopartikler - reduceret partikelstørrelse resulterer i øget overfladeareal, hvilket kan forbedre ydeevnen af ​​oxidnanopartikler markant.

For at demonstrere den brede skala anvendelighed af denne nye metode, oxid- eller hydroxidnanopartikler er blevet fremstillet ud fra repræsentative elementer fra hele det periodiske system for hurtigt at producere oxider eller hydroxider i nanometerstørrelse. Ud over grundstofferne omdannet til oxidnanopartikler i ovenstående illustration, det er også blevet vist, at oxidnanopartikler kan fremstilles ud fra anden og tredje række overgangsmetaller, og endda halvmetaller som tin, vismut, thallium og bly.

Et spændende aspekt ved denne teknik er, at den også kan bruges til at fremstille blandinger af nanopartikler. Dette er blevet demonstreret ved at fremstille mere komplekse materialer, såsom lithium cobalt oxid - et katodemateriale til lithium batterier; vismut manganoxid - et multiferroisk materiale; og et 90 grader Kelvin (K) superledende Yttrium barium kobberoxidmateriale. Som sådan, denne nye syntetiske rute til oxid-nanopartikler viser også et stort løfte for en lang række andre katalytiske, elektriske, magnetiske, eller elektrokemiske processer, fra nye katoder til opløsningsforberedelse af andre typer keramiske materialer.