31.10.2011

Нанотехнологии: взгляд в прошлое, ч.2

31.10.2011 20:41

Новое – это хорошо забытое старое
( Из мемуаров Розы Бертэн, личной портнихи
французской королевы Марии - Антуанетты, 1824).

nano_past_2-01 В последние годы в научной литературе появляется все больше публикаций, посвященных подробному исследованию найденных в результате археологических раскопок образцов, свидетельствующих о высоком уровне развития древних цивилизаций. Речь идет о свидетельствах активного использования технологий, которые сейчас именуются нанотехнологиями. Эти находки помогают не только по достоинству оценить высокий технологический уровень древних цивилизаций, но и убедиться в том, что в некоторых случаях результаты археологических исследований поразительным образом совпадают по каким-то деталям с тем, что ученые 21 века с гордостью публикуют в престижных научных журналах.

Керамический кувшин, Англия, 1830.

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). nano_past_2-03

nano_past_2-04 Процесс производства этой керамики включал в себя несколько этапов. Металлический блеск получался после покрытия глазированной силикатом свинца керамики смесью глины и охры, а также солей серебра и/или меди (таких как сульфиды, сульфаты, нитраты и др.). Затем определенные участки поверхности (в соответствии с декоративным орнаментом) обрабатывались уксусом и щелоком и все изделие обжигалось в раскаленной до красна печи при 600°С в условиях восстановительной атмосферы.

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.

Электронные микрофотографии поперечных срезов образцов керамики, найденных в Фустате (а, с) и Термезе (b). Хорошо видны свободный от наночастиц приповерхностный слой толщиной чуть больше 100 нм и наночастицы серебра (a, с) и меди (b) расположенные вблизи поверхности.

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.

Электронная микрофотография поперечного среза нанокомпозитного материала. Хорошо видны наночастицы палладиевого катализатора, концентрация которых максимальна у поверхности.

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

Назад Следующая статья

Нужна консультация? Звоните +7 (495) 543 89 84

Напишите нам: