Исследователи из России и Тайваня синтезировали гибридные наноструктуры из магнитных наночастиц и серебра. Изменением концентрации благородного металла авторы смогли получить конструкции различных форм: от эллипсов до четырех-, шести- и восьмиугольников с закругленными краями и тонкой углеродной оболочкой. Это позволит расширить области применения таких структур. Статья ученых опубликована в журнале Nanotechnology.

Наночастицы применяют в различных областях промышленности. Они являются основой анодов для магнитно-ионных аккумуляторов, легких микроволновых материалов или частей суперконденсаторов. Также такие структуры находят применение в адресной доставке лекарственных препаратов или лечении различных заболеваний с помощью магнитной гипотермии. Но использование этого типа материалов оказывается ограничено их формой.

Теперь российские исследователи вместе с тайваньскими коллегами нашли способ синтезировать гибридные кристаллические наноструктуры из магнитных наночастиц и серебра. В зависимости от концентрации серебра форма наночастиц изменяется, а их намагниченность увеличивается.

Такие структуры авторы получили пиролизом смеси кристаллогидрата железа с олеиламином и олеиновой кислотой. На последнем этапе исследователи добавляли соли серебра. В результате процесса самосборки в реакционной среде синтезировались наночастицы оксида железа в углеродной оболочке с размерами от 20 до 50 нанометров. Полученные структуры имели различную форму — эллипсы, четырех- и шестиугольники с закругленными углами, а некоторые крупные частицы размером от 80 до 150 нанометров были восьмиугольной и других неправильных форм.

Исследователи обнаружили, что сферические наночастицы серебра меньшего диаметра были расположены непосредственно на границах оксидных наночастиц. Углеродные оболочки образовывали слой толщиной от одного до трех нанометров. Форма наночастиц и их фазовый состав также зависели от температуры синтеза, которая менялась от 360 до 400 °C.

Авторы выяснили, что если в состав наноструктуры ввести ионы серебра, то намагниченность наночастиц увеличивается. Особенно сильно такая модификация повлияла на структуру возбужденных энергетических состояний атомов. Что интересно, это влияние было пропорционально количеству введенного в структуру серебра. Согласно ученым, это может быть связано с близким пространственным расположением оксида железа и серебра, из-за чего поглощение проходящей энергии серебром увеличивалось. Также такой эффект можно объяснить коллективными колебаниями электронов в наночастицах серебра — поверхностным плазмонным резонансом. Чтобы точно понять природу наблюдаемого явления, физикам предстоит провести еще ряд экспериментов.

«Мы показали, что в результате использованной технологии формируются гибридные структуры: крупные наночастицы оксида железа в оболочке углерода с прилегающими к ним мелкими наночастицами серебра. При этом предположили, что границы крупных частиц являются центрами кристаллизации серебра. Результаты важны для разработки основ синтеза новых наноструктурированных функциональных материалов. Присоединение серебра к наночастицам позволит расширить область их применения. За счет благородного металла наноструктуры могут иметь антибактериальные свойства, высокую каталитическую активность, которая позволяет создавать на их основе сенсоры и датчики для обнаружения органических загрязнений», — резюмировала одна из соавторов работы, главный научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН Ирина Эдельман.