Доктор Сынгун Ю и его команда из Исследовательского центра изоляционных материалов KERI разработали «Технологию гибридного супрачастичного синтеза», которая позволяет прикреплять неорганические наночастицы к поверхности полимерных микрочастиц посредством простых механических столкновений. Работа [опубликована](https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202502718) в журнале Advanced Materials.
«Технология гибридного супрачастичного синтеза», объединяющая функциональные неорганические наночастицы с полимерными микрочастицами, находит широкое применение в различных отраслях, включая:
* материалы для электродов аккумуляторов;
* каталитические системы;
* фармацевтику и биотехнологии;
* упаковку полупроводников;
* изоляционные материалы для электрического оборудования.
Проблемы традиционных методов
В этом процессе материалы в основном объединяются с помощью мокрых химических процессов, которые имеют ряд проблем, включая:
* сложные многоступенчатые процедуры;
* дополнительные затраты;
* экологические проблемы из-за использования растворителей;
* ограничения в технологиях функционализации поверхности, необходимые для индукции химического связывания между различными материалами.
Вдохновение из космоса
Вдохновлённый кратерами, образовавшимися на Луне из-за столкновений с астероидами, доктор Сынгун Ю представил метод физического и механического столкновения частиц.
В этом процессе неорганические наночастицы по отдельности прикрепляются к поверхности полимерных микрочастиц, образуя структуру ядро-оболочка, где наночастицы обволакивают полимерные микрочастицы, как оболочку.
Хотя это может показаться простым принципом, его фактическая реализация была очень сложной. Чтобы наночастицы были стабильно прикреплены к поверхности полимерных микрочастиц, необходимо одновременно учитывать различные факторы, включая:
* соотношение размеров между частицами;
* скорость столкновения и вращательную энергию;
* поверхностную энергию;
* шероховатость.
Успехи команды доктора Ю
Путем точного контроля этих условий команда доктора Ю успешно объединила десятки различных неорганических наночастиц с микрочастицами различных размеров и свойств, установив оптимальные условия синтеза. Они также смогли раскрыть механизм физического прикрепления, отметив первое в мире открытие этого процесса.
Кроме того, исследовательская группа разработала технологию количественного анализа степени прикрепления наночастиц, покрытия поверхности и стабильности межфазного соединения, а также оценки термической, механической и химической стойкости.
Благодаря этому они смогли получить многофункциональные, высоконадёжные композитные частицы с отличной устойчивостью к различным условиям окружающей среды, одновременно обладая магнитными, фотокаталитическими и адсорбционными свойствами.
Доктор Сынгун Ю заявил: «Поскольку мы можем легко комбинировать необходимые нам материалы, как детские кубики, в экологически чистом сухом процессе, не использующем растворители, это выгодно для массового производства и коммерциализации».
Перспективы
«Эта технология имеет очень широкий спектр применяемых материалов, а воспроизводимость в простом процессе высока, что означает, что входной барьер для отрасли очень низок».
KERI стремится ускорить оптимизацию процессов синтеза за счёт непрерывных исследований. Кроме того, компания планирует активно заниматься коммерциализацией, выявляя потенциальных отраслевых партнёров, заинтересованных в технологии, и продвигая передачу технологий.
Предоставлено Национальным советом по научным и технологическим исследованиям