мовах. Однак цей метод має і серйозні недоліки. По-перше, він не забезпечує монодисперсні частинок. По-друге, він не дозволяє отримувати двовимірні та одномірні наноструктури, а також просторово-впорядковані структури, що складаються з наночастинок, розташованих на однаковій відстані один від одного, або з паралельних нанопластін з прошарками інертною матриці, які можна синтезувати в нано реакторах. І нарешті, у ряді випадків отримання необхідного нанокомпозиту неможливо через хімічної взаємодії часток з гелеутворюючий агентом.
Необхідно відзначити, що використання вільних наночастинок і наноструктур в якості матеріалів сильно утруднено через метастабильности речовини в нанокристалічному стані. Як вже зазначалося вище, це пов'язано зі збільшенням питомої поверхні частинок в міру зменшення їх лінійних розмірів до нанометрових, що призводить до зростанню хімічної активності з'єднання і посиленню процесів агрегації. Щоб запобігти агрегацію наночастинок і захистити їх від зовнішніх впливів (наприклад, від окислення киснем повітря), наночастинки укладають в хімічно інертну матрицю.
Аналіз літературних даних показує, що до теперішнього часу розроблені десятки способів матричної ізоляції наноструктур, які можна умовно розділити на дві групи: отримання вільних наночастинок з подальшим включенням до інертну матрицю і безпосереднє формування наноструктур в обсязі матриці в процесі її хімічної модифікації.
Перша група методів відрізняється простотою в реалізації, однак накладає серйозні обмеження на можливості вибору матриці. В якості останньої, як правило, використовують органічні полімерні сполуки, що не відрізняються високою термічною стійкістю і не завжди володіють необхідними фізичними властивостями (наприклад, високою оптичною прозорістю). Крім того, при інкорпорування не виключені процеси агрегації наночастинок.
Друга група методів дозволяє не тільки уникнути цих недоліків, але і безпосередньо контролювати параметри наночастинок в матриці на стадії їх формування і навіть міняти ці параметри в процесі експлуатації матеріалу. Використовувані для цих цілей матриці повинні містити структурні порожнечі, які можуть бути заповнені сполуками, подальша модифікація яких призводить до формування наночастинок в цих пустотах. Іншими словами, ці порожнечі повинні обмежувати зону протікання реакції за участю впроваджених у них сполук, тобто виступати в ролі своєрідних нанореакторов. Очевидно, що, вибираючи з'єднання з різною формою структурних пустот, можна здійснювати синтез наноструктур різної морфології та анізотропії.
Як приклад можна привести синтез наноматеріалів з використанням пористих оксидних матриць (зазвичай SiO 2 або Аl 2 Оз) [6]. Проте зважаючи невпорядкованості пористої структури таких матриць і досить широкого розподілу пор за розмірами з їх допомогою практично неможливо отримати задовільно сформовані наносистеми. Зазвичай нанокомпозити, отримані на основі пористих оксидних матриць, використовують в каталізі, де вимоги до монодисперсні частинок і їх морфології не настільки високі. Крім того, жорстка пориста структура таких матриць не дає можливості змінювати розміри і морфологію частинок під час синтезу; останні, як правило, жорстко залежать від розміру і морфології пір, тобто при використанні одного типу матриці можна отримати лише дуже обмежене коло наноструктур.
Іноді для швидкого спрямованого формування наночастинок в матриці вдаються до додаткових фізичних дій, таким як ультразвук, мікрохвильове і лазерне опромінення.
2. Синтез наночастинок в аморфних матрицях
Перший практичний досвід отримання нано частинок в аморфних матрицях - отримання забарвлених стекол - відноситься до часів стародавнього Єгипту. Однак механізм виникнення забарвлення в таких аморфних матрицях був встановлений лише 100 років тому. В даний час кристалізація скла - основний і фактично єдиний метод синтезу наночастинок в аморфних матрицях. Відомо, що процеси зародкоутворення і росту кристалів в аморфній матриці залежать як від умов термообробки скла, так і від його складу. Розмір кристалів можна регулювати, наприклад, шляхом створення певної концентрації зародків, що досягається термообробкою скла при відносно низькій температурі. Подальше зростання кристалів відбувається при більш високій температурі відпалу. При цьому слід враховувати, що в процесі кристалізації дисперсної фази складу матриці змінюється і, відповідно, змінюється дифузійна рухливість іонів, що складають кристалічну фазу (зменшення коефіцієнта дифузії сприяє гальмуванню росту і утворення більш дрібних частинок дисперсної фази, а збільшення - формуванню більш великих часток).
З використанням методу кристалізації скла були отримані різноманітні наночастинки напівпровідникових, магнітних та каталітичн...
