<<
>>

1.3. Нанокомпозиты и перспективы их применения

Термин «нанокомпозиты», впервые предложен в 1970 году, но наука об этом классе композиционных материапов, характерной чертой которого является наномстровый (I нм = 10*"9 м) размер их структурных элементов (например, частиц металлов), возникла лишь в последние годы на стыке различных областей знания.
Если матрицей для таких систем являются полимеры биологического происхождения, либо неорганические системы с биологической активностью, то применяют термин «нанобиокомпозиты» [106]. Гак что систему наночастицы серебра на цеолитовом носителе вполне можно отнести к этому классу наноматериалов.

Так, введение наноструктурных наполнителей в полимерную матрицу кардинально изменяет весь комплекс свойств материала. При этом нанокомпозиты проявляют свойства, нетипичные для обычного наполненного композита. Создание наноматериалов из наночастиц является наиболее перспективным прежде всего в связи с открывшимися в последнее время возможностями бесконечного разнообразия размеров, формы, состава и строения наночастиц, получаемых химическими методами. К сожалению, пока существует не так много путей создания материалов из наночастиц, поскольку их агрегация приводит к потере большинства уникальных характеристик. Один из эффективных путей - это закрепление частиц на поверхности матрицы. В результате частицы теряют способность к легкой агрегации, сохраняют основной комплекс свойств и остаются доступными для взаимодействия с внешними реагентами. По некоторым оценкам верхняя граница размеров наночастиц составляет 30 ± 10 нм [107]. Однако многочисленные эксперименты, проведенные на самых различных наноматериалах, показали, что с уменьшением размера частиц именно до 10 нм и меньше резко меняются фундаментальные свойства вещества (термодинамические, химические, структурныеЮ транспортные, электронные, магнитные и др.). И в этой мало изведанной до сих пор области могут открываться новые перспективы.

Исследование и разработки в области нанотехнологии сейчас активно развиваются более чем в 50 странах.

Россия входит в число 14 ведущих стран, но занимает место в замыкающей группе, а лидерами являются США, Япония, Южная Корея и ФРГ.

Анализ литературы показал, что в России на современном этапе металлические нанокомпозиты широко используются в промышленности в качестве пигментов для красок, различных видов наполнителей в производстве каучука и резины, катализаторов, высокопрочных наноструктурных сталей, новых типов двигателей и топливных элементов, полупроводниковых приборов и микросхем, а также в производстве упаковок, увеличивающих срок годности продукции [107].

В медицине нанокомпозиты перспективны для применения в биоактивных покрытиях, лекарственных препаратах направленного действия, диагностического и лечебного оборудования (нанороботов, биосенсоров, биочипов и др.). Так, наночастицы серебра при введении в полимеры имплантантов придают им стойкие антимикробные свойства. Использование ианоразмерных компонентов при изготовлении лекарственных препаратов позволяет существенно повысить их активность, снизить дозировку и тем самым уменьшить возможные побочные действия [107]. Разработаны [108 5] многофункциональные нанобнокомпозиты при использовании металлов и уникальной стабилизирующей полимерной матрицы - гемицеллюлозы арабиногалактана. Такие композиты обладают синергизмом свойств природной полимерной матрицы и материала центрального наноразмерного ядра. Гак, если в качестве наноразмерного ядра используется оксид железа, то композит приобретает магнитные свойства, при использовании палладия образуется композит с высокой каталитической активностью, а при использовании серебра и золота - полученные композиты обладают антимикробной активностью. Также такие нанобиокомпозиты приобретают дефицитвосполняющие свойства для организма человека, если используются наночастицы соответствующих химических элементов [108]. В лечебной косметике известны примеры использования нанокомиозитов в виде биологически активных органических кислот на различных носителях (силикаты, природные или синтетические полимеры) [109]. Такие нанокомпозиты обладают ценными свойствами: биологически активная органическая составляющая гомогенно распределена на поверхности носителя, легко от нее отщепляется и не обладает раздражающим действием на организм человека, кроме того слоистый силикат обладает высокой сорбционной способностью и может защищать организм человека or различного рода интоксикаций.

Надо отмстить, что композиты на основе наноразмерных частиц металлов обладают пролонгированным действием и меньшей токсичностью.

Так, в работе (110) созданные препараты на основе наночастиц железа, магния, меди и других металлов обладают пролонгированным действием , вследствие наличия на их поверхности защитной оксидной или гидроксидной оболочки, предотвращающей быстрое растворение металла-основы. Такие нанокомпозиты также приобретают антибактериальные свойства. Авторы работы [111] исследовали переход наночастиц металлов в биологическую среду. Результаты исследования показали, что на скорость перехода катионов металла в биологическую среду влияет не только размер наночастиц, но и состав композита. Так, скорость перехода катионов меди в биологическую среду уменьшается в присутствии катионов: железа, цинка и никеля. Причем скорость растворения наночастиц меди выше в присутствии частиц железа, чем цинка или никеля, а значит, и токсичность препаратов на основе наночастиц меди и никеля будет гораздо меньше [111].

В сельском хозяйстве нанотехнологии только начинают развиваться. Разработанные нанокомпозиты на основе наночастиц железа позволяют повысить урожайность пшеницы, кукурузы, картофеля, свеклы на 10-40 %, а при введении в корм животным увеличить их темпы роста, снизить заболеваемость и увеличить рост их веса (для рыб на 24 %) [110].

При разработке серебряного нанобиокомпозита ацетат серебра привлек наше внимание в качестве прекурсора наноразмерных частиц серебра, которые могут быть получены с помощью реакции его термического разложения. Эта реакция относится к числу мало изученных, и поэтому стоит кратко привести известные сведения о термическом разложении ацетатов металлов.

При нагревании до 300-400 °С ацетаты Li, Na, К, Mg, Са, Ва, РЬ и Мп разлагаются с выделением ацетона [112]. Состав продуктов термического разложения тстраацетата тория ТЬ(СНзСОО).| исследован в работе [113]. Твердым продуктом разложения является диоксид тория, а основными летучими продуктами на ранних стадиях были уксусная кислота СНзСООН и кетен СН3СО. В заключительной стадии процесса в газовой фазе в основном присутствовали ацетон (СН*)>СО, углекислый газ СО> и вода 1ЬО.

Судя по литературным данным образование кетонов в целом характерно для термического разложения карбоксилатов металлов [112]. При исследовании карбоксилатов серебра с различной длиной углеводородного радикала установлено, что продуктами термического разложения в вакууме являются металлическое серебро, незначительные количества соответствующих карбоновых кислот и углеводородные вещества. В масс-спектрах обнаружено присутствие ССЬ, СО, Н20 и осколков с массовыми числами 40-43 и 90-91 [114]. Выделение кислот было подтверждено химическим анализом. Присутствие в составе летучих продуктов реакции термического разложения ацетата серебра уксусной кислоты указывает, по мнению авторов работы [115], на протекание процесса через стадию переноса протона.

Морфология частиц серебра, образующихся при фотохимическом разложении карбоксилатов серебра изучена в работе [116], но это касалось соединений с длинной метиленовой цепью, имеющих отличительные от ацетата структурные особенности вследствие слоистого строения.

Анализ специальной литературы показал перспективность развития нанотехнологий, позволяющих кардинально изменить многие сферы человеческой деятельности, в том числе сельское хозяйство и пищевую промышленность. В этих отраслях народного хозяйства сейчас нанобиокомпозиты не используются, а только начинают разрабатываться.

<< | >>
Источник: ПОЛУНИНА Ольга Анатольевна. РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУРЫ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ ХЛЕБА С СЕРЕБРЯНЫМ НАНОБИОКОМПОЗИТОМ / Новосибирск. 2007

Еще по теме 1.3. Нанокомпозиты и перспективы их применения:

  1. 1. ИСТОРИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ I
  2. (5-я ЛЕКЦИЯ) (Дата в рукописи не указана)
  3. 3. Об основных методах регионального экономического прогнозирования. Выбор методов прогнозирования
  4. 1.3. Нанокомпозиты и перспективы их применения
  5. ВВЕДЕНИЕ
  6. § 6.1. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПОСРЕДСТВОМ СТАНДАРТИЗАЦИИ
  7. Предисловие
  8. Сверхпроводящая техника.
  9. § 8. Разработка альтернативных видовавтотранспорта для города
  10. Лицензирование и передача технологий стартовым компаниям
  11. Анализ зарубежных концепций, стратегий, целевых программ развития нанотехнологий и наноиндустрии
  12. Методы получения наноструктурных слоев