6.2.7. Пористый углерод

Различные виды пористого углерода широко используются в технике, примером чего является активированный уголь и вспененный графит. Плотность таких материалов может изменяться в пределах от 0.15 до 0.7 г/см³.

Среди методов получения мезопористых углеродных материалов – пиролиз гелей органических веществ с последующей карбонизацией, матричные методы (разд. 5.6), вспенивание пека, хлорирование карбидов металлов (разд. 3.4) и другие.

Для пиролиза обычно используют смесь резорцинола с формальдегидом и добавками катализатора, хотя описано применение и других предшественников.

Вспенивание пека сопровождается термической стабилизацией при 1000 ^оС, причём для регулирования размера пор в исходный пек иногда вводят углеродные нановолокна.

Пиролизом углеводородов на наночастицах MgO получен полый пористый углерод в виде частиц размером до 10 нм (рис. 135).

Путём сублимационной сушки водной дисперсии углеродных нанотрубок или сушки в сверхкритическом СО₂ выделены твёрдые аэрогели нанотрубок. Описан процесс вспенивания концентрированной дисперсии многослойных углеродных нанотрубок с последующим замораживанием, удалением растворителя и пиролизом. Плотность продукта составляла 0.15–0.25 г/см³.

2. Простые вещества

Многие переходные металлы являются катализаторами. Наночастицы Fe служат эффективным средством для очистки загрязненных грунтовых вод от хлорсодержащих органических соединений (тетрахлорид углерода, хлорэтилен, хлорированные бифенилы и др.). Наночастицы Pt или Pd – электрокатализаторы в топливных элементах.

Согласно сводке, составленной В.Ф. Петруниным, в России производятся нанопорошки Al, Cu, Ni, Zn, Sn, Fe, W. Mo, Mg, Mn, Zr, Ta, Ag, Au, Pt, Pd, Ir, Co, Ti, Cd, Gd, а также сплавы WNiFe, FeAl, AlMg, NiMo, FeCu, FeNiCu, NiCo, NiCu, NiTiCu, CoCu, FeCo, FeW, CuSn, CuSnSm.

Магний применяют как аккумулятор водорода. Наночастицы Mg отличаются более коротким диффузионным путём, что повышает скорости сорбции и десорбции Н₂. Композиты с углеродными нанотрубками усиливают эти преимущества. Наноструктурированные магниевые сплавы перспективны как саморассасывающиеся биоимплантанты.

Наночастицы Al или Al–В могут служить компонентом эффективного ракетного топлива. При горении Al-содержащей смеси образуются частицы Al₂O₃ размером около 30 нм.

Наночастицы Au и Ag применяются для усиления сигналов в спектроскопии комбинационного рассеяния и флуоресцентной спектроскопии. Особое внимание благодаря поверхностному плазмонному резонансу (разд. 4.5) привлекают наностержни Au. Коллоидное Au широко применяется в медицине как иммунохимический маркер. ^6-39

Наночастицы Ag используются как эффективные антибактериальные средства. В промышленности частицы коллоидного Au используют при фотопечати, в производстве стекла и красителей для керамики. ^6-40 Коллоидное Ag используют для спектрально-селективного поглощения солнечной энергии, в качестве катализаторов, для антимикробной стерилизации, в составе косметических средств. Оно обладает противовирусным и противогрибковым действием и используется для заживления ран, очистки воды и кондиционирования воздуха. Выпускаются текстильные изделия, содержащие наночастицы Au или Ag.

Наночастицы благородных металлов способствуют очистке воды (Pradeep*).

Наночастицы Fe применяют для рекуперации почв, загрязнённых хлорсодержащими органическими веществами, иммобилизованные наночастицы Fe – для удаления из растворов Cr(VI), Pb(II) или NO₃^-. Дисперсии наночастиц Fe и его сплавов применяют как добавки в моторное масло для «залечивания» изношенных деталей двигателей.

Наноструктурированные магнитные сплавы имеют повышенную коэрцитивную силу.

Наночастицы Zn повышают коррозионную стойкость промышленных лакокрасочных материалов и позволяют значительно уменьшить толщину покрытия.

Получены наноструктурированные Cr, Co, Cu, Zn, Zr, Ce, хастеллой и наночастицы этих металлов и сплава. Наноструктурирование Zr и его сплавов повышает их коррозионную стойкость.

Наночастицы Sn, полученные методом обратных мицелл, использованы для выращивания наностержней Si методом ПЖК.

Производство наночастиц Ti с углеродным покрытием для нужд энергетики к 2014 г. может составить 15 тыс. г. Наноструктурированные изделия из Ti (мощность – до 25 т/г.) с 2008 г. выпускает завод в г. Белгород.

Наночастицы Fe и его сплавов удаляют органические (хлорированные алканы и алкены, хлорированный бензол, пестициды, органические красители, нитроароматические соединения) и неорганические (нитраты) примеси из воды

Среди неметаллов преобладает наноструктурированный Si. ^6-41