Коррозия в металле способна создавать трехмерные нано-структуры сложной формы

Испанскими учеными разработана новая методика изготовления полых частиц нано-уровня сложной формы. Для разработки применяются технологии коллоидной химии, а сам процесс производства нано-структур сочетает в себе две разновидности коррозийных процессов – гальваническая замена и эффект Киркендалла. Вся процедура выполняется за один шаг, а форма вновь созданных элементов способна меняться до неузнаваемости. Приоритетная область применения новой разработки – медицина. Главным образом, нано-структуры могут использоваться для транспортировки лекарственных препаратов к поврежденным тканям, а также в катализе. Не меньшую роль нано-объекты сложной формы могут сыграть в сверхточной робототехнике.

На современном уровне развития нано-технологий ученые уже имеют возможность создавать нано-объекты по принципу «от меньшего к большему», или, говоря иначе, создавать структуры любого размера атом за атомом. К сожалению, такая технология является весьма трудоемкой и не очень удобной, поскольку отдельные атомы перемещаются с помощью лазерного острия, а практика показала стремление атомов к «налипанию» на острие.

Преодолеть существующие проблемы удалось испанским ученым, которые решили проблему «прилипания» атомов, прибегнув к возможностям коллоидной химии. В ходе исследовательской работы физики продемонстрировали, как процессы коррозии могут помочь извлечь нано-частицы с образованием полостей. В результате появилась возможность создавать полые нано-структуры. По словам исследователей, сам процесс коррозии на нано-уровне представляется более агрессивным, чем на макроуровне. Следовательно, коррозия может дать такой результат, который хотелось бы видеть в привычном для человека масштабе на макроуровне. Разнообразие полученных структур варьируется от молекулярных лабиринтов, как на серебре, золоте или платине, до особых фуллеренов, имеющих форму коробочек, полых нано-трубок и некоторых других форм, полезных для выполнения той или иной задачи.

Эффект Киркендалла, необходимый для запуска процесса создания нано-форм, имеет место в том случае, когда отмечается поток атомных вакансий в направлении, противоположном процессу естественной диффузии в металлической материи. Такой поток способствует образованию пустот в нано-частицах. Полые структуры в благородных металлах позволяют запускать процесс гальванической замены. И эффект Киркендалла, и гальваническая замена были объединены учеными воедино, что позволило добиться того, что металлические нано-структуры смогли растворяться частично, причем процесс растворения является управляемым. Весь процесс происходит произвольно, или «автоматически», при условии, что необходимые для химических реакций компоненты смешиваются в требуемой пропорции.

Таким образом, полученные в ходе экспериментов нано-структуры являются полыми, а сами полости могут применяться как для защиты каких-то нано-элементов, так и для транспортировки микроскопического груза, например, лекарственного препарата. Само перемещение полых нано-объектов является управляемым и осуществляется при помощи электромагнитного поля. Наблюдать визуально нано-структуры позволили современные просвечивающие микроскопы, а процесс производства полых нано-объектов, как заявили ученые, можно наладить в промышленных масштабах в недалеком будущем.