НАНОПОРОШКИ

НАНОПОРОШКИ (англ. nanopowder) згідно з ISO — це тверда порошкоподібна речовина штучного походження, що містить нанооб’єкти, агрегати або агломерати нанооб’єктів. Н. — це порошок, розмір усіх часток якого становить не менше 100 нм.

Н. притаманно те, що складові наночастки «злипаються» й формують агрегати, які, у свою чергу, утворюють крупніші поєднання — агломерати. Агрегати та агломерати і визначають основні характеристики Н., що поводять себе як окремі частки унаслідок прагнення системи до зниження надлишкової поверхневої енергії, яка властива речовинам у подрібненому стані. Без використання особливих методів неможливо запобігти взаємодії індивідуальних часток у Н. Збереження наночасток у порошках можливе при використанні їх у вигляді суспензій з додаванням ПАР або речовин, які перешкоджають злипанню окремих часточок.

Н. характеризуються: середніми розмірами часток та розподіленням часток за розмірами; середніми розмірами кристалів та розподіленням кристалів за розмірами; ступенем агломерації часток; питомою площею поверхні; хімічним складом часток; морфологією часток; вмістом вологи та інших адсорбатів; сипкістю (плинністю); насипною щільністю; кольором та ін.

Н. відрізняються від звичайних порошків, вони можуть текти, їх можна склеювати, ущільнювати тощо. Порошковий матеріал може набувати різних форм, поєднуватися в угрупування, тим самим впливати на технологічні властивості. Частка Н. сама по собі вже є унікальним нанооб’єктом. Вона характеризується хімічною природою, складом, щільністю, а також розміром, хімічним складом поверхневого шару, хімічним складом шарів адсорбованих речовин, змочуваністю, розчинністю поверхневого шару та ін.

Звичайні порошки отримують методами подрібнення крупних часток до часток потрібного розміру та ступеня подрібнення. Але такий метод не підходить для отримання Н. Усі спроби подрібнити речовину менше визначеного розміру зазнають невдачі. Висока надлишкова поверхнева енергія часток у нанокристалічному стані призводить до злипання часток та встановлення рівноваги в системі. Тому Н. зазвичай синтезують хімічними методами з розчинів або газової фази. Тільки в таких умовах можливо отримувати найдрібніші наночастки.

Методи отримання Н.: кристалізація; рекристалізація; фазові перетворення; високі механічні навантаження; повна або часткова кристалізація аморфних структур. Вибір методу отримання наноматеріалів визначається сферою їх застосування та бажаним набором властивостей кінцевого продукту (гранулометричний склад, форма часток, склад домішок, питома поверхня), які можуть варіювати залежно від способу отримання в досить широких межах.

За останні роки відзначається значне зростання наукового, промислового та комерційного інтересу до нанотехнологій та наноматеріалів. Н. привертають до себе увагу науковців можливістю виявлення нових властивостей у традиційних речовин та матеріалів при переході їх до ультрадисперсного стану. Унікальні властивості часток Н. відкривають шляхи використання їх у терапії онкологічних та генетичних захворювань, створенні на їх основі біосумісних матеріалів, імплантатів, методів діагностування захворювань, а також спрямованої доставки лікарських речовин до органів, тканин і клітин. Уже сьогодні Н. оксидів заліза використовують як контрастні речовини для магнітно-резонансних досліджень, Н. срібла наносять на антибактеріальні пов’язки, нанооб’єкти золота використовують для біологічних методів маркування. Проводяться дослідження стосовно розробки нанокристалічних ЛП швидкої доставки, наносфер для вдихання препаратів із біосумісним кремнієм. Н. входять до складу прискорювачів росту кісток, застосовуються для виявлення вірусів та лікування онкологічних захворювань.

Попит на Н. для фармацевтичних та медичних потреб згідно з оцінкою Lux Research у 2015 р. становитиме 180 млрд доларів США. На сьогодні найбільший обсяг фінансових вкладень надходить до хімічного сектора та сектора фармації. Аналіз зростання інвестицій, кількості публікацій за цією тематикою та темпу впроваджень фундаментальних і пошукових розробок дозволяє зробити висновок, що в найближчі 20 років використання нанотехнологій та наноматеріалів (зокрема Н.) буде одним із провідних факторів наукового та економічного розвитку багатьох країн світу.

Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурированные материалы. — М., 2005; Балабанов В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. — M., 2009; Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — М., 2005; Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию / Пер. с японск. — М., 2007; Caruthers S.D., Wickline S.A., Lanza G.M. Nanotechnological applications in medicine // Curr. Opin. Biotechnol. — 2007.