Наночастицы содержатся во многих продуктах. Например, они делают автолак особо стойким. Промышленность любит "всемогущих крошек”, но их производство достаточно сложно.

Наночастицы у моющих средствах, лаках, поверхностях, катализаторах и автомобильных шинах, солнечных батареях и составных микроэлектроники. Без них уже невозможно представить себе и современной медицины. Промышленности их требуется все больше и больше. Профессор Кристоф Шульц из Дуйсбург-Эссенского университета руководит центром наноинтеграции - CENIDE. Его подчиненные разработали целом три различных способа производства микроскопических частиц. Одно при этом общее - газообразные исходные вещества резко охлаждаются и конденсируются. Газ как исходный материал

Профессор Кристоф Шульц
«Можно представить себе очень насыщенную водяной пар, который вдруг становится нестабильной и образует туман, - объясняет исследователь. - Так же пара из металла может конденсироваться в маленькие капельки, которые после охлаждения становятся твердыми и остаются». Охлаждение ученые добиваются тем, что помещают горячий газ в вакуум. Там царит очень низкое давление. Руководитель рабочей группы по вопросам синтеза наночастиц Гартмут Виггерс объясняет, что газ с исходным материалом всасывается через отверстие диаметром полмиллиметра.

Луч сверхзвуковой скорости

Гартмут Виггерс у плазменного реактора
Но это лишь первый шаг. Далее расположен второй отверстие, выбивает из газового потока второй луч, так называемый молекулярный луч - в нем частицы пролетают через этот прибор со сверхзвуковой скоростью. Наночастицы при этом крайне быстро замерзают. Они охлаждаются с 2700 градусов по Цельсию до всего нескольких сотен градусов за какие-то миллисекунды.
Из-за высокой скорости частицы не сталкиваются друг с другом и не сплющиваются. Кроме того, электростатика не дает частицам розчавитися. "Они должны положительно заряженные ядра и кучу свободных электронов вокруг. Это все влечет, что частицы имеют, как правило, очень много отрицательных зарядов”, - говорит Виггерс. А поскольку две отрицательно заряженные частицы отталкиваются, они не могут слепиться друг с другом.
Три способа производства наночастиц отличаются прежде всего в том, каким образом ученые создают газ, прежде чем он впитается в вакуумную камеру. А именно - в пламенных реакторах, в реакторах с горячими стенками и микроволновых плазменных реакторах.
Сжигание дает окиси металлов

Установка для наносинтезу в Институте энергии и экологической техники в Дуйсбурге
Пламенный реактор служит для того, чтобы сжигать определенные газы или жидкости, в которой содержатся металлические частицы. Таким образом появляются окиси металлов, таких как двуокись кремния или титана. «Окиси имеют широкую сферу применения, - объясняет руководитель института Шульц. - Например, их используют, чтобы ужесточить лаки ». Еще одной сферой использования окислов катализаторы - не только для уменьшения вредных веществ в автомеханици, но и в химической промышленности. Чистый металл благодаря недопущению кислорода Если нужны не окислы, а частицы из чистого металла, тогда используется реактор с горячими стенками. В нем газ направляется через горячую трубку и относительно медленно разогревается. В таких реакторах ученые, например, производят частицы кремния. Если перед изготовлением наночастиц добавить другие элементы, то можно менять электропроводность материала. Полученные таким образом специальные частицы кремния применяют прежде всего для того, чтобы сделать литиево-ионные батареи еще мощнее.

Необходимо быстрое охлаждение
В третьем варианте газ проходит через микроволновый плазменный реактор, который функционирует почти так же, как обычная микроволновая печь. «Она имеет такую же мощность и работает с такой же частотой», - отмечает Виггерс. Внутри «печки» ученые создают максимальную силу поля. «Мы помещаем трубку из кварцевого стекла и в этой трубке можем сжигать плазму», - говорит физик. Горячий газ течет через реактор, как пламя. Килограммы наночастиц для промышленности

Маленькие бутылочки с металлическими наночастицами, растворенными в воде
В зале бывшего сталелитейного завода концерна Krupp в Дуйсбурге расположен прибор, который сочетает в себе все три типа реакторов. Он высотой с двухэтажный дом и может производить килограмма наночастиц в час. Наконец их расфасовывают в пакеты. Но наночастицы должны быть в распоряжении промышленности не только в виде пыли, но и в форме водных растворов, говорит физик Тим Гюльзер. Он руководит этой установкой Института энергии и экологической техники (IUTA). Поэтому ученые разработали систему, позволяет частицам сразу переходить в жидкость. Кроме того, промышленности легче перерабатывать наночастицы в жидком виде, они еще и безопаснее, чем нано-пыль, который, не исключено, наносит вред здоровью.

wlna.info