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: 16.10.2023
Статья опубликована: 01.07.2023
URL: https://bakhtiniada.ru/0023-2912/article/view/137239
DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291223600311
EDN: https://elibrary.ru/OOMKCN
ID: 137239

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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