31.10.2011 20:41 | ||||||
Новое – это хорошо забытое старое
Я начну со свидетельств успешного, хотя и интуитивного, использования нанотехнологий в производстве бытовой керамики, имеющей специфический металлический блеск (lustre pottery). Керамика этого типа была и остается популярной во многих странах, однако мало кто знает, что ее истоки прослеживаются на глубину более 10 веков. Образцы этой керамики датируются IX-XIV вв. н.э. и встречаются при раскопках в различных точках земного шара, например, таких как Термез (Узбекистан) и Фустат (Египет).
Схематическое изображение этапов процесса показано на рисунке слева: (1) исходная керамика, покрытая глазурью на основе соединений свинца; (2) покрытие глиняно-охряной пастой; (3) обработка уксусной кислотой; (4) пропитка раствором Ag /Cu-соли; (5) обжиг в печи; (6) декоративный орнамент появляется после очистки поверхности. Недавние исследования французских ученых [1] показали, что в процессе обжига под поверхностью керамики образуется тонкий слой наночастиц металла, который и придает ей необходимую окраску и металлический блеск.
Методика производства lustre pottery может быть охарактеризована с точки зрения современной методики синтеза наночастиц металлов в стабилизирующей матрице (керамике), как внутриматричный синтез металлических наночастиц. Процесс синтеза начинается с поверхностной пропитки керамики раствором соли металла, ионы которого и являются прекурсорами наночастиц. Обжиг в печи в условиях восстановительной атмосферы сопровождается выделением монооксида углерода (СО), который и является в данном случае восстанавливающим агентом для ионов металла. По понятным причинам газообразный СО не может глубоко проникать вглубь керамики, поскольку его плотность меньше плотности воздуха. Поэтому процесс восстановления, приводящий к образованию наночастиц металла, происходит только вблизи поверхности. С точки зрения функционального использования, такое расположение наночастиц является оптимальным, поскольку более глубоко расположенные наночастицы уже не влияют на окраску и металлический блеск керамики. В своих исследованиях мы тоже используем внутриматричный синтез металлических наночастиц, правда, при этом матрицами являются различные полимеры. Поскольку в дальнейшем синтезированные нами полимер-металлические нанокомпозиты используются в катализе или в электрокатализе, то распределение каталитически активных наночастиц в полимере имеет большое значение. Чем ближе они расположены к поверхности, тем быстрее идет каталитический процесс. Для достижения приповерхностного распределения наночастиц катализатора мы тоже используем восстановитель, который не может глубоко проникать в полимерную матрицу [2]. В результате наночастицы металла оказываются распределенными в основном вблизи поверхности полимерной матрицы, как это показано на микрофотографии.
Поражает то, что микрофотографии наших нанокомпозитов очень напоминают микрофотографии образцов lustre pottery, имеющих многовековую историю, хотя это логично следует из схожести используемых в обоих случаях экспериментальных методик, что в свою очередь тоже является удивительным. В заключение можно сказать, что исследования, которые проводятся в области нанотехнологий в 21 веке, порой поразительно близки по ряду методологических деталей к интуитивно созданным технологиям древних цивилизаций. Портниха Марии-Антуанетты была абсолютно права.
[1] Philippe Colomban and Catherine Truon, Non-destructive Raman study of the glazing technique in lustre potteries and faience (9-14th centuries): silver ions, nanoclusters, microstructure and processing. J. Raman Spectrosc., 2004; 35: 195-207. [2] A. Alonso, J. Macanás, A. Shafir, M. Muñoz, A. Vallribera, D. Prodius, S. Melnic, C. Turta and D.N. Muraviev. Donnan-Exclusion-Driven distribution of catalytic ferromagnetic nanoparticles synthesized in polymeric fibers. Dalton Trans., 2010; 39(10): 2579-2586.
PhD, профессор Дмитрий Муравьёв
|