Российские ученые из Института химии твердого тела УрО РАН впервые в мире получили уникальные серебряные структуры, которые можно применять для защиты трубопроводов от коррозии. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья об исследовании опубликована в Journal of Materials Chemistry A.

«Нам удалось впервые получить звездообразные несмачиваемые частицы серебра, плотность которых меньше плотности воды. Причем это было сделано простым, но в то же время универсальным и экологически безопасным методом гидрохимического осаждения», — сообщает ведущий автор исследования, старший научный сотрудник Института химии твердого тела УрО РАН Станислав Садовников. Сам метод получения таких частиц был запатентован в России.

Тонкодисперсные (мелкие) серебряные пудры используются для производства катализаторов (ускорителей химических реакций), обработки воды, в биологии и медицине — как вещества с бактерицидным эффектом. Из тонкой пленки серебра или полимеров, состоящих из серебряных наночастиц, можно изготовить несмачиваемое покрытие для защиты поверхностей от химически агрессивных жидкостей. Обычно наночастицы серебра имеют сферическую форму, но в последние годы ученые стали работать над получением других их разновидностей. Так появились серебряные кубы, плоские треугольники и пластинки, призмы, «провода» и разнообразные лучи. Делать это чаще всего нелегко: синтез может быть дорогостоящим или сложным, как и абляция — испарение под действием лазера — для получения пудры.

Микрофотография пленки металлического серебра, полученная на сканирующем электронном микроскопе. Видно, что пленка образована звездообразными частицами, имеющими от 24 до 56 пирамидальных и клиновидных лучей длиной 40–50 мкм, и со средним размером ядра 5–6 мкм. Станислав Садовников

Форма частиц многолучевого серебра искаженная, они напоминают звездчатые многогранники: от додекаэдра с 20 вершинами до икосаэдра с 60 вершинами. Длина лучей таких частиц определяется условиями синтеза и не связана с отношениями симметрии, характерными для звездчатых многогранников. Эти частицы размером 30–50 мкм и с 24–56 лучами были синтезированы простым и экологичным методом из нитрата серебра, который подвергли разложению в щелочной среде. Из таких структур химики сделали покрытие, на котором капля воды оставалась шарообразной и не смачивала поверхность под собой.

Сравнение звездообразной частицы серебра Ag (в центре) с 60-вершинным звездчатым икосаэдром (слева) и «морским ежом» (справа). Станислав Садовников

«Порошок или пленки из ультрадисперсных звездообразных частиц серебра могут использоваться как защитные покрытия трубопроводов для нефти и продуктов ее переработки, — считает Станислав Садовников. — Использование таких покрытий благодаря их несмачиваемости продуктами нефтепереработки и другими агрессивными жидкостями в несколько раз повысит их коррозионную стойкость, увеличит срок безаварийной службы трубопроводов, многократно повысит экологическую безопасность эксплуатации трубопроводных систем, снизит расходы по содержанию и замене трубопроводов. Такие же преимущества будут достигнуты при использовании аналогичных покрытий трубопроводов химической промышленности».

Ученые добавляют, что полученные серебряные частицы имеют очень большую площадь поверхности и могут использоваться как катализаторы или подложки для них.