Антиагрегационная стратегия для наночастиц

Наночастицы широко используются в промышленности: от доставки лекарств и биомедицинской диагностики до создания гидрофобных поверхностей, добавок к смазкам и решений для увеличения нефтеотдачи. Для эффективности им необходимо оставаться хорошо диспергированными в окружающей жидкости. В исследовании, опубликованном в EPJ B, бразильские физики определили условия, ведущие к нестабильности наночастиц и образованию агрегатов. Это происходит, когда электрическая сила на их поверхности больше не уравновешивается суммой сил притяжения или отталкивания между наночастицами. Результаты представили Лукас де Лара из Центра естественных и гуманитарных наук Федерального университета ABC (UFABC) и его коллеги.

Авторы изучали наночастицы диоксида кремния (SiO₂), не реагирующие с окружением, в растворе, содержащем два типа солей: NaCl (поваренная соль) и CaCl₂ (хлорид кальция). Затем они провели функционализацию наночастиц, присоединив к ним концевые группы. Гидрофильные или гидрофобные концевые группы помогают наночастицам оставаться диспергированными.

Исследователи варьировали температуру и концентрацию соли, отслеживая распределение ионов в солевом растворе. В некоторых случаях они наблюдали накопление ионов вокруг наночастиц, приводящее к формированию электрического двойного слоя вокруг них, при том что суспензия наночастиц в целом оставалась электронейтральной.

Де Лара и коллеги определили факторы, влияющие на стабильность таких наночастиц в растворах. Их моделирование показывает, что нестабильность дисперсии функционализированных наночастиц в рассоле зависит от нескольких факторов, предшествующих их агрегации. «Виновниками» являются:

• Формирование электрического двойного слоя — более выраженного для CaCl₂, чем для NaCl.
• Сужение этого двойного слоя.
• Значительное изменение межфазного натяжения с последующим резким увеличением подвижности ионов.

Выводы группы об электронейтральных наночастицах согласуются с предыдущими работами по электрически заряженным наночастицам.