Ученые СФТИ Томского государственного университета оптимизировали технологию синтеза уникальных наночастиц методом импульсной лазерной абляции в жидкости, что дает возможность получать сотни литров коллоидных растворов наночастиц или десятки граммов различных нанопорошков в месяц. Такой производительности пока не удалось достичь никому в мире. Это достижение российских исследователей позволит шире использовать такие наноматериалы на практике и быстрее получать значимые научные результаты в биологии, медицине, химии и других областях.
Лазерная абляция в жидкости – это метод, позволяющий получать наноразмерные частицы в растворе без добавления посторонних примесей и без отходов, так называемые чистые наноколлоиды. Впервые метод был применен еще в 1993 году и широко используется для синтеза наночастиц в фундаментальных исследованиях. Но из-за низкой производительности он не рассматривался специалистами для практических целей. Исследования ученых лаборатории новых материалов и перспективных технологий СФТИ ТГУ позволили значительно увеличить производительность.
Сам метод заключается в том, что мишень помещается в жидкость и облучается сфокусированными лазерными импульсами. В результате происходит быстрый разогрев и взрывное испарение материала мишени с поверхности в виде ионизованной плазмы. Этот процесс называется лазерной абляцией. При остывании плазмы в жидкости формируются наночастицы в виде коллоидного раствора.
– В ходе исследований мы установили ряд закономерностей между теплофизическими свойствами материалов мишеней, растворителей, оптическими свойствами наночастиц и особенностями процесса абляции, благодаря которым достигается высокая эффективность синтеза в течение продолжительного времени, – говорит заместитель заведующего лабораторией новых материалов и перспективных технологий Валерий Светличный.
Опытные образцы наночастиц используются для исследований в области физики, химии, биологии, медицины, например для изучения их токсичности и влияния на окружающую среду, применения в качестве антисептиков, биостимуляторов и т.д. В частности, с помощью наночастиц благородных и тяжелых металлов, которые производятся в лаборатории, биологи ТГУ моделируют их распространение из почвы и воды по пищевым цепям различных организмов. Это позволяет ученым разрабатывать биотехнологии очистки окружающей среды от нанопримесей.
Желающих заказать наноматериалы в лаборатории или вести совместные работы немало. Среди них – биологи ТГУ, Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН (Красноярск), Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (Новосибирск), Томский политехнический университет.
– С Институтом катализа мы успешно сотрудничаем уже несколько лет, делаем для них различные нанокомпозиты для катализа, – рассказывает Валерий Светличный. – Чтобы получить их другим способом, например химическим, пришлось бы потратить больше времени и денег. А наш способ, благодаря высокой вариативности, может эффективно использоваться именно на стадии исследований в области создания новых наноматериалов. А уже потом масштабировать их можно другим методом.