IN SITU ENCAPSULATION OF NICKEL NANOPARTICLES IN POLYSACCHARIDE SHELLS DURING THEIR FABRICATION BY ELECTRICAL EXPLOSION OF WIRE

A. P. SAFRONOV; Сафронов А. П.; I. V. BEKETOV; Бекетов И. В.; A. V. BAGAZEEV; Багазеев А. В.; A. I. MEDVEDEV; Медведев А. И.; A. M. MURZAKAEV; Мурзакаев А. М.; T. V. TERZIYAN; Терзиян Т. В.; A. YU. ZUBAREV; Зубарев А. Ю.

doi:10.31857/S0023291223600311

In situ капсуляция наночастиц никеля оболочкой полисахаридов при получении методом электрического взрыва проволоки

Авторы: Сафронов А.П.¹^,2, Бекетов И.В.¹^,2, Багазеев А.В.¹, Медведев А.И.¹^,2, Мурзакаев А.М.¹^,2, Терзиян Т.В.², Зубарев А.Ю.²
Учреждения:
1. Институт электрофизики УрО РАН
2. Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина
Выпуск: Том 85, № 4 (2023)
Страницы: 463-475
Раздел: Статьи
Статья получена: 27.02.2025
Статья опубликована: 01.07.2023
URL: https://rjmseer.com/0023-2912/article/view/671345
DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291223600311
EDN: https://elibrary.ru/OOMKCN
ID: 671345

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация

Наночастицы никеля получали методом электрического взрыва проволоки (ЭВП) высоковольтным разрядом с последующей конденсацией в инертной газовой среде. В случае добавления в газовую среду бутана на конденсирующиеся частицы никеля осаждалась углеродная оболочка. Непосредственно после синтеза проводили жидкостную модификацию наночастиц водными растворами полисахаридов: агарозы и геллана, в результате чего на частицах Ni и никеля с углеродной оболочкой (Ni@C) формировалась полимерная оболочка. Дисперсность, кристаллическая структура и магнитные свойства наночастиц Ni и Ni@C были охарактеризованы методами просвечивающей микроскопии, ренгенофазового анализа и вибрационной магнитометрии. Общее содержание углерода на поверхности наночастиц было определено методом термического анализа с сопряженной масс-спектрометрией. Показано, что в исследованных условиях на наночастицах осаждается до 2 мас. % полисахарида, который формирует оболочку толщиной около 4 нм. В случае использования агарозы как модификатора содержание полисахарида увеличивалось с ростом концентрации модифицирующего раствора. В случае же использования в качестве модификатора геллана наблюдалась более сложная зависимость от концентрации: сначала рост, потом снижение осаждаемого количества полисахарида. Результаты обсуждены с точки зрения влияния молекулярной массы полимера на процесс адсорбции.

Ключевые слова

электрический взрыв проволоки, наночастицы, никель, полимерные оболочки, агароза, геллан

Список литературы

Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2009. 416 с.
Kim Y., Zhao X. Magnetic soft materials and robots // Chemical Reviews. 2022. V. 122. № 5. P. 5317–5364. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00481
Wu S., Hu W., Ze Q., Sitti M., Zhao R. Multifunctional magnetic soft composites: A review // Multifunctional Materials. 2020. V. 3. P. 042003. https://doi.org/10.1088/2399-7532/abcb0c
Liao J., Huang H. Review on magnetic natural polymer constructed hydrogels as vehicles for drug delivery // Biomacromolecules. 2020. V. 21. № 7. P. 2574–2594. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.0c00566
Shin B.Y., Cha B.G., Jeong J.H., Kim J. Injectable macroporous ferrogel microbeads with a high structural stability for magnetically actuated drug delivery // ACS Applied Materials & Interfaces. 2017. V. 9. № 37. P. 31372–31380. https://doi.org/10.1021/acsami.7b06444
Llandro J., Palfreyman J.J., Ionescu A., Barnes C.H.W. Magnetic biosensor technologies for medical applications: A review // Medical & Biological Engineering & Computing. 2010. V. 48. № 10. P. 977–998. https://doi.org/10.1007/s11517-010-0649-3
Qui J., Li Y., Wang Y., Zhao Z., Zhou Y., Wang Y. Synthesis of carbon-encapsulated nickel nanocrystals by arc discharge of coal-based carbons in water // Fuel. 2004. V. 83. № 4. P. 615–617. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2003.09.005
Ermoline A., Schoenitz M., Dreizin E., Yao N. Production of carbon-coated aluminium nanopowders in pulsed microarc discharge // Nanotechnology. 2002. V. 13. № 5. P. 638–643. https://doi.org/10.1088/0957-4484/13/5/320
Athanassiou E., Grass R., Stark W. Large-scale production of carbon-coated copper nanoparticles for sensor applications // Nanotechnology. 2006. V. 17. P. 1668–1673. https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/6/022
Kotov Yu.A. Electric explosion of wires as a method for preparation of nanopowders // Journal of Nanoparticle Research. 2003. V. 5. P. 539–550. https://doi.org/10.1023/B:NANO.0000006069.45073.0b
Патент РФ 2033901. Котов Ю.А., Бекетов И.В., Саматов О.М. Способ получения сферических ультрадисперсных порошков оксидов активных металлов. БИ № 12, 1995, с. 134.
Патент РФ 2149735. Котов Ю.А., Бекетов И.В., Саматов О.М. Установка для получения высокодисперсных порошков металлов, сплавов и их химических соединений методом электрического взрыв проволоки. БИ № 15, 2000, с. 284.
Kurlyandskaya G.V., Bhagat S.M., Safronov A.P., Beketov I.V., Larranaga A. Spherical magnetic nanoparticles fabricated by electric explosion of wire // AIP Advances. 2011. V. 1. P. 042122. https://doi.org/10.1063/1.3657510
Beketov I.V., Safronov A.P., Medvedev A.I., Alonso J., Kurlyandskaya G.V., Bhagat S.M. Iron oxide nanoparticles fabricated by electric explosion of wire: Focus on magnetic nanofluids // AIP Advances. 2012. V. 2. P. 022154. https://doi.org/10.1063/1.4730405
Beketov I.V., Safronov A.P., Medvedev A.I., Murzakaev A.M., Zhidkov I.S., Cholah S.O., Maximov A.D. Encapsulation of Ni nanoparticles with oxide shell in vapor condensation // Chimica Techno Acta. 2019. V. 6. № 3. P. 93–103. https://doi.org/10.15826/chimtech.2019.6.3.02
Beketov I.V., Safronov A.P., Bagazeev A.V., Larrañaga A., Kurlyandskaya G.V., Medvedev A.I. In situ modification of Fe and Ni magnetic nanopowders produced by the electrical explosion of wire // Journal of Alloys & Compounds. 2014. V. 586. P. 483–488. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.01.152
Safronov A.P., Terziyan T.V., Petrov A.V., Beketov I.V. Tuning of interfacial interactions in poly(isoprene) ferroelastomer by surface modification of embedded metallic iron nanoparticles // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2021. V. 12. № 4. P. 520–527. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-4-520-527
Rochas C., Lahaye M. Average molecular weight and molecular weight distribution of agarose and agarose-type polysaccharides // Carbohydr. Polym. 1989. V. 10. № 4. P. 289–298. https://doi.org/10.1016/0144-8617(89)90068-4
Brunchi C.-E., Morariu S., Bercea M. Intrinsic viscosity and conformational parameters of xanthan inaqueous solutions: Salt addition effect // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014. V. 122. P. 512–519. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2014.07.023
Foner S., Vibrating sample magnetometer // Rev. Sci. Instrum. 1956. V. 27. № 7. P. 548.
Beketov I.V., Safronov A.P., Medvedev A.I., Murzakaev A.M., Timoshenkova O.R., Demina T.M. In-situ formation of carbon shells on the surface of Ni nanoparticles synthesized by the electric explosion of wire // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2018. V. 9 № 4. P. 513–520.https://doi.org/10.17586/22208054201894513520
Guenet M.J. Polymer-Solvent Molecular Compounds. Oxford: Elsevier Ltd., 2008.
Iurciuc C., Savin A., Lungu C., Martin P., Popa M. Gellan. Food applications // Cellulose chemistry and technology. 2016. V. 50. № 1. P. 1–13.
Rubinstein M., Colby R.H. Polymer Physics; 1st ed.; Oxford University Press: New York, 2003.
Morris E.R., Nishinari K., Rinaudo M. Gelation of gellan – A review // Food Hydrocolloids. 2012. V. 28. № 2. P. 373–411. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2012.01.004
Rinaudo M. Physicochemical behaviour of semi-rigid biopolymers in aqueous medium // Food Hydrocolloids. 2017. V. 68. P. 122–127. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.09.015
Safronov A.P., Rusinova E.V., Terziyan T.V., Zemova Y.S., Kurilova N.M., Beketov I.V., Zubarev A.Yu. Gelation in alginate-based magnetic suspensions favored by poor interaction among sodium alginate and embedded particles // Applied Sciences. 2023. V. 13. № 7. P. 4619. https://doi.org/10.3390/app13074619