Een chemicus van RUDN creëerde de technologie voor de synthese van polymere nanosferen voor gebruik bij de productie van elektrochemische apparaten. De methode vereist geen oppervlakteactieve stoffen en produceert nanodeeltjes van een vooraf bepaalde grootte. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Polymeerchemie .

Nanodeeltjes die voor industriële toepassingen worden gebruikt, moeten dezelfde vorm en grootte hebben, ongeacht het materiaal waarvan ze gemaakt zijn. Dat is een lastige uitdaging om zowel in het laboratorium als voor industriële productie te realiseren. In sommige gevallen, nanodeeltjes met zelfs maar enkele tientallen nanometers verschil in grootte vervullen niet de vereiste functies. Rafael Luke van de RUDN Universiteit, samen met collega's uit China en Pakistan, stelde een vereenvoudigde methode voor voor het maken van polymeer nanosferen van gecontroleerde grootte.

De nieuwe technologie is gebaseerd op het sol-gel-proces van polymeersynthese. Wetenschappers mengen een reeks monomeren en starten hydrolyse- en polycondensatiereacties. Deze processen leiden tot de vorming van een sol - een oplossing van de kleine deeltjes, inclusief nanodeeltjes van een vaste stof of gasbellen. Bij verdere verwerking, de sol concentreert zich ofwel tot de staat van een homogene gel of straalt de individuele nanodeeltjes uit (bijvoorbeeld door centrifugeren). Om de resulterende deeltjes homogeen te maken, het is noodzakelijk oppervlakteactieve stoffen op de sol aan te brengen of een matrix te gebruiken.

De onderzoekers verkregen nanodeeltjes door polybenzoxazineverbindingen te synthetiseren, een groep polymeren die onder vrij milde omstandigheden uit verschillende monomeren kan worden gemaakt. In tegenstelling tot de meeste eerdere onderzoekers slaagden de chemici van RUDN erin om polybenzoxazine te synthetiseren in de vorm van nanodeeltjes zonder gebruik te maken van matrices of oppervlakteactieve stoffen. Chemici hebben specifieke concentraties van de monomeren (floroglucine, para-fenyleendiamine, en formaldehyde) opgelost in water en ethanol die, in combinatie met milde (tot 75 °C) verwarming, leidde tot de vorming van nanosferen van uniforme grootte. De auteurs suggereren dat het effect wordt bereikt door het gebruik van para-fenyleendiamine. Het neemt deel aan de reactie en werkt als een katalysator. Onderzoekers en fabrikanten kunnen de gewenste grootte van nanodeeltjes instellen door de concentratie van de initiële monomeren en de verhouding in water- en ethanoloplossingen te variëren. Dat is een bijkomend voordeel van de nieuwe werkwijze. In het experiment, sectieonderzoekers slaagden erin nanosferen te produceren met een diameter van 105, 157 en 186 nm.

Dergelijke nanodeeltjes kunnen worden gebruikt in de elektrochemie. Onderzoekers van RUDN verkoolden de polymere nanosferen in een stikstofatmosfeer bij 800 ° C en verkregen koolstofnanosferen die stikstof bevatten, die dezelfde grootte en vorm behielden. Deze nanodeeltjes werden gebruikt om elektroden te maken. Koolstof nanosferen vertoonden een hoge elektrische capaciteit. In de toekomst, ze kunnen worden gebruikt om supercondensatoren en chemische stroombronnen te creëren.

"De traditionele benadering van de synthese van dergelijke polymeren vereist het gebruik van oppervlakteactieve stoffen of matrices. Ze regelen rechtstreeks de grootte van de deeltjes en bouwen de structuur van het materiaal, " legt Rafael Luka uit, directeur van het Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine. "Onze aanpak stelt je in staat om ze niet meer te gebruiken. We hebben al een van de mogelijke toepassingen van de verkregen nanodeeltjes getest. Koolstofnanosferen die stikstof bevatten zonder extra activering werden gebruikt als een supercondensator en toonden het potentieel aan om te worden gebruikt op het gebied van energieconversie en opslag."