Наночастицы металлов и их строение

Оглавление

Введение 2

Строение  и форма  наночастиц. 5

Способы получения  наночастиц металлов 11

Методы исследования НЧ. 18

Список литературы 21

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В последние два десятилетия в научную лексику стремительно "ворвался" ряд новых слов с префиксом "нано": наноструктура, нанотехнология, наноматериал, нанокластер, наноколлоиды, нанохимия, нанотоксикологияи т.п

Издается ряд новых журналов, посвященных исключительно этой тематике, написаны монографии, в названии которых присутствует префикс "нано", создаются "нано" профилированные институты, кафедры и отдельные лаборатории. В большинстве случаев новые названия даны хорошо известным объектам или явлениям.

Но есть и такие, которых действительно не было в арсенале исследователей еще 20лет назад и без которых уже невозможно представить современное развитие науки — это нано частицы (НЧ) во всем их многообразии, начиная от фуллеренов, нанотрубок, нанопроводовдо квантовых точек и квантовых кораллов. Частицы размерами от 1 до 100 нанометров (1 нм=109 м) обычно называют "наночастицами". Впоследние два десятилетия во всем мире быстрыми темпами развиваются технологии направленного получения и использования НЧпреимущественно металлов .

Однако хорошо известно, что человечество издавна подвергалось воздействию НЧ. Естественными источниками НЧ могут быть действующие вулканы, лесные пожары, выветривание горных пород, микрослой органической поверхности . НЧ являются катализаторами для образования крупных кристаллов полезных ископаемых и силикатов.

Широко распространены НЧ и во многих биологических объектах. Например высокоупорядоченные одномерные ансамбли магнитных НЧ железа присутствуют в бактериях рода Magnetotactic spirillum, обеспечивая последним ориентацию в магнитном поле Земли.

Истинными мастерами нанотехнологий являються моллюски, морские ежи, звездыи диатомовые водоросли. Так, морская звезда Ophiocoma wendtii снабжена совершенной системой микролинз для оптического зрения. Линзы кристаллизуются таким образом, что кальцит перестает создавать двойное изображение (ночью). Присутствие в линзе магния предотвращает сферическую аберрацию линз. Эта звезда пользуется нанотехнологиями, которые прославили Карла Цейса. Диатомовые водоросли содержат кремневую кислоту, которая благодаря белкам "полиаминам" создает частицы диоксида кремния размерами 50900нм, образуя диатомит. В 1867 г. А. Нобель обнаружил, что отложения этих водорослей поглощают нитроглицерин. Так был создан динамит, прославивший шведского ученого .

Повышенный интерес исследователей к нанообъектам вызван обнаружением у них необычных физических и химических свойств, особенностями биологического действия, которые часто радикально отличаются от свойств этого же вещества в форме сплошных фаз или макроскопических дисперсий. Сегодня наиболее изучены возможности использования НЧ металлов в промышленности: при создании новых катализаторов для нужд нефтехимической промышленности (среди них наиболее перспективны НЧ марганца, алюминия,титана), для создания нового поколения сенсорной и конструкционной керамики, сорбентов (НЧ алюминия), при производстве прозрачных проводящих покрытий (НЧ серебра).

Главным нанооксидом продолжает оставаться оксид титана (TiO2). Здания со стенами, покрытыми оксидом титана обладают свойствами очищения (так называемый "эффектлотоса" — эффект крайне низкой смачиваемости поверхности)

Популярными материалами также являются оксид кремния (SiO2)и оксид цинка (ZnO) [8,9]. Последний состав широко используется в промышленности при нанесении композиционных покрытий с применением кластерных наноалмазов детонационного синтеза.

Хорошие перспективы открываются и для применения НЧ металлов также в биологии и медицине. Возможно применение НЧ для диагностики и лечения различных (в том числе онкологических) заболеваний, а также в иммунохимических методах. Показано, в частности, что НЧ серебра могут использоваться для получения различных материалов с бактерицидными свойствами, а НЧ золота — для повышении эффективности и уменьшения побочных эффектов в радиотерапии опухолей . Основные сферы приложения НЧ металлов представлены на рисунке 1. Можно выделить 4 основные группы приложения НЧ: биоцидные, каталитические, электрические и магнитные свойства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строение  и форма  наночастиц.

        

Наносистемы по принятой классификации относятся к ультрадисперс­ным  системам с размерами частиц, лежащими в интервале от 1 до 100 нм. Эта область размеров соответствует предельной степени дисперсности, при которой система ещё сохраняет одно из главных своих свойств – гетерогенность. Гетерогенная система – физико-химическая система, внутри которой есть поверхности раздела, отделяющие одни части системы от других, на которых происходит скачкообразное изменение по крайней мере одного из свойств системы. (Гомогенная система – система, внутри которой нет поверхностей раздела, на которых происходило бы скачкообразное изменение хотя бы одного из свойств системы. Фаза – гомогенная система, находящаяся в равновесии, или совокупность гомогенных частей гетерогенной системы, находящаяся в равновесии.)

         По оценкам академика П. А.  Ребиндера предельно малый размер фазовых дисперсных частиц составляет около 1 нм (3 –5 молекулярных диаметров).

         Кластеры и наночастицы металлов обладают высокой химической активностью, поэтому вопросы получения их надо рассматривать одновременно с процессами их стабилизации.

         По геометрическому признаку (мерности  дисперсных частиц) наносистемы можно разделить на три группы.

 

         1. Трёхмерные (объёмные) наночастицы, у которых все три размера (d1, d2, d3 ) находятся в наноинтервале. Следует отметить, что объёмные частицы имеют весьма малый радиус кривизны. К этому типу относятся коллоидные растворы (золи), микроэмульсии, зародышевые частицы, образующиеся в фазовых переходах 1 – го рода (кристаллы, капли, газовые пузырьки), сферические мицеллы поверхностно-активных веществ (ПАВ) в водных и неводных средах (прямые и обратные мицеллы).

 

         2. Двумерные (тонкие плёнки и слои) наночастицы, у которых только один размер (тол­щина) находится в наноинтеравале, а два других (длина и ширина) могут быть сколь угодно велики. К таким системам относятся тонкие жидкие плёнки, адсорбционные мно- и полислои на поверхности раздела фаз (в том числе плёнки Ленгмюра-Блоджет), дву­мерные пластинчатые мицеллы ПАВ. Тонкие жидкие плёнки подразделяются на пенные (между двумя ячейками пены), эмульсионные (между каплями прямых и обратных эмульсий) и смачивающие (разделяющие твёрдую поверхность и газ или другую жид­кость). Пенные и эмульсионнные плёнки относятся к симметричным плёнкам, а смачи­вающие – к несимметричным. Толщина симметричных пенных плёнок, стабилизирован­ных соответствующими ПАВ, составлять от нескольких нанометров (так называемые ньютоновские чёрные плёнки ) до нескольких десятков нанометров.

 

         3. Одномерные частицы, у которых поперечные размеры находятся в наноинтервале, а длина может быть сколь угодно велика. К одномерным ультрадисперсным частицам от­носятся тонкие волокна, очень тонкие капилляры и поры, цилиндрические мицеллы ПАВ и имеющие с ними достаточно большое сходство нанотрубки. В эту группу входит также линия смачивания (или линия трёхфазного контакта), разделяющая три фазы: твёр­дое тело, жидкость и газ.

 

 

        

 

 

Классификация дисперсных частиц по их мерности важна не только с  формальной точки зрения. В соответствии с принципом Эренфеста, геометрия частиц (мерность пространства) существенно влияет на характер зависимостей, связывающих физические параметры:

 

• Показатель степени при расстоянии в законах тяготения Ньютона и электростатического взаимодействия Кулона в случае трёхмерного пространства равен – 2, а в случае двумерного он имеет значение – 1 ;

 

• Зависимость теплоёмкости твёрдых тел при постоянном объёме CV от темпера­туры Т в области достаточно низких температур для слоистых структур (например, для графита и галлия) вместо закона кубов Де­бая для изотропных материалов выполняется закон квадратов(CV ~Т 2 ), а для цепочеч­ных структур (кристаллы селена, HF, BiO3 и MgSiO3) имеет место линейная зависимость CV ~Т. Из теории теплоёмкости тонких плёнок и тонких стержней (игл), разработанной Лифши­цем следует, что при низких температурах зависимости   CV (Т) для двумерных и одно­мерных объектов существования отличаются от этих зависимостей для трёхмерных кристал­лов;

 

• Молекулярные силы в теории капиллярности зависят от расстояния r, так же как силы тяготения (~ r – 2 ) для трёхмерных объектов  и изменяются до n = – 1  при переходе к двумерному;

 

• Ряд фи­зико-химических свойств наночастиц по сравнению с соответствующими свойствами макро­фазы значительно отличаются Например, для наночастиц многих металлов и полупроводников (Ag, Au, Pb, Sn, In, Bi, Ga, CdS) наблюдается сильное понижение температуры плавления;

 

• Прочность нитевидных кристаллов и волокон может быть в несколько раз больше прочности макроскопических тел;

 

• Частицы наноразмеров обладают повышенной химической активно­стью, проявляющейся в увеличении скорости химических реакций с их участием. Это свойство наночастиц используется при создании катализаторов;

 

• В наночастицах могут возникнуть фазы, которые не обнаруживаются в макросистемах.

 

      В зависимости  от условий кристаллизации (величины  пересыщения или переохлаждения, наличия примесей и ряда других причин) из растворов могут образовываться как аморфные, так и кристаллические ультрадисперсные частицы.

 

      Разнообразие  форм связано с тем, что процессы  образования новой фазы (процессы  самоорганизации) протекают в  сугубо неравновесных условиях, причём степень совершенства  структуры зависит от того, насколько  условия проведения кристаллизации  отклоняются от равновесных. Например, при синтезе алмаза из плотной газовой фазы и плазмы более совершенная структура образуется в более неравновесных условиях.

      Так, форма  образующихся при кристаллизации  из раствора частиц BaSO 4 зависит от степени пересыщения раствора.  Были получены высокодисперсные золи, хлопьевидные структуры, хорошо огранённые микрокристаллы и кристаллы иглоподобной формы. Важную роль играет и температура, при которой проводится синтез наночастиц. Например, наночастицы диоксида титана, полученные золь-гель методом, при низкой температуре имеют вид стержней, а при высокой – бипирамидальных кристаллов. Ещё одним подтверждением разнообразия форм наночастиц служит образование дендритов при кристаллизации из расплавов и растворов.

      Сильное  влияние на процесс кристаллизации  могут оказывать ПАВ, присутствующие в растворе. В зависимости от природы и концентрации они могут изменять скорость образования и роста зародышей новой фазы, распределение наночастиц по размерам, а также форму кристаллов.  Все эти эффекты связаны с избирательной адсорбцией молекул или ионов ПАВ на различных гранях образующихся кристаллов и, как следствие, с замедлением роста одних граней  по сравнению с другими.

      Важной  особенностью процессов кристаллизации, приводящих к образованию наночастиц, является то, что их форма не может быть описана методами обычной геометрии. Для описания таких систем привлекается фрактальная геометрия, поскольку при сильных отклонениях от равновесия, а следовательно, и высоких значениях движущей силы процесса кристаллизации, неустойчивость границы раздела фаз приводит, как правило, к формированию фрактальных структур.

      Процессы  образования ультрадисперсных систем  при кристаллизации металлов ещё более сложны и разнообразны. По существу, изучение этих процессов послужило основанием для зарождения нового направления – химии кластеров. Кластерные частицы занимают промежуточное положение между моноядерными соединениями и дисперсными частицами. Металлические частицы с d <30 нм можно получить методами газофазной нуклеации, криогенного роста, а также проведением реакций в полимерной матрице и в обратных микроэмульсионных системах.

  Микроэмульсии, и дендримеры можно рассматривать как нанореакторы.

Полиэтилен высокого давления использовался для стабилизации наночастиц металлов. Полиэтилен имеет пустоты в которых могут стабилизироваться наночастицы. Увеличение пустот достигается за счет диспергирования полимера в нагретом  углеводородном масле. Молекулы масла проникают в глубь полимерных глобул и делают  их доступными для металлсодержащих соединений при термодеструкции которых и образуются наночастицы металлов.

 

         Фотохимическим восстановлением  Ag +   в присутствии дендримеров с концевыми амино- и карбоксилатными группами получены наночатицы с размером 7 нм

 

Ag +    + (дендример)-СОО-  → hν Ag 0 + (дендример) – СОО● → (дендример) ● + СО2

 

         Размер частиц можно регулировать, меняя природу дендримеров. Сейчас активно используются дендримеры на основе  полиамидоаминов и их модификаций.

         Дендримеры – сильно разветвленные макромолекулы, включающие центральное ядро, промежутоянфе повторяющиеся единицы и концевые функциональные группы. Это новый тип макромолекул, сочетающих высокие молекулярные массы и низкую вязкость растворов с наличием объемной формы и пространственной структуры размером 2-15 нм. Они являются естественными нанореакторами.

 

Для формирования наночастиц металлов активно используют и пористые неорганические материалы типа цеолитов. Твердые цеолиты с порами и каналами строго определенных размеров, являются удобными матрицами для стабилизации наночастиц с заданными свойствами. При получении наночастиц в порах цеолитов используется:

 

1.      прямая  адсорбция паров металлов в  обезвоженных порах цеолитов,

 

2.      введение  в поры солей,  металлокомплексов, металлоорганических соединений с последующими химическими превращениями.

 

Так в каналах молекулярных сит были получены нанопроволоки диаметром 3 нм и длиной в сотни раз больше.

 

 

 

 

 

 

 

 

Способы получения наночастиц металлов

 

Способы получения  НЧ металлов сегодня продолжают интенсивно развиваться. В настоящее время известны два основных способа получения наноразмерных частиц

 

1)физический, который включает термическое испарение НЧ при обработке плазмой, лазером, электрической дугой и т.д., конденсацию исходного материала в вакууме, механохимическое диспергирование, электроэрозию, литографию;

 

2) химический, заключающийся в получении НЧ металлов методами: термического или радиационного восстановления металлсодержащих соединений, разложения при воздействии УФ, УЗ, температуры или синтеза в обратных мицеллах, на границе раздела фаз или зольгель метод.

Физические способы получения НЧ, заключающиеся в интенсивном тепловом или силовом воздействии на исходный материал, представляются наиболее перспективными, поскольку предопределяют получение НЧ с повышенным уровнем свободной энергии и более чисты по химическому составу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим несколько  методов физического получения наночастиц

 

1.«Испарение – конденсация»

В газовой фазе наиболее часто проводят следующие процессы: испарение - конденсация (испарение  в электрической дуге и в плазме); осаждение; топохимические реакции (восстановления, окисления, разложение частиц твердой фазы).

Рис.2 Схема получения нанопорошков в процессе испарение – конденсация

В процессе «испарение - конденсация» жидкие или твердые вещества испаряют при контролируемой температуре в атмосфере инертного газа низкого давления с последующей конденсацией пара в охлаждающей среде или на охлаждающих устройствах (рис. 1). Этот способ позволяет получать частицы размером от двух до нескольких сотен нанометров. Наночастицы с размером менее 20 нм обычно имеют сферическую форму, а у более крупных может появляться огранка.

Обычно испаряемое вещество 5 помещают в нагревательную камеру 2 с нагревателем 4 и отверстием (диафрагмой), через которое испарившиеся частицы вещества попадают в вакуумное пространство (с давлением около 0,10–0,01Па), где происходит формирование молекулярного пучка. Частицы, двигаясь практически прямолинейно, конденсируются на охлаждаемой подложке 1.Откачка газа из аппарата осуществляется через клапан 3.

 

Если проводить испарение  вещества в режиме, когда нет столкновения между частицами в пространстве диафрагмы, то длина свободного пробега частицы лч>dд (здесь dд - диаметр диафрагмы).

Истечение пучка частиц из нагревательной камеры будет эффузионное; интенсивность пучка J, частиц/(см2·с), на расстоянии r от источника.

Где p – давление; М –  молекулярная масса; Т – температура  источника тепла;Ө - угол между направлением пучка и нормалью к плоскости отверстия.

Как видно из выражения, интенсивность  пучка ~ 1/r2, то есть распределение распыляемых  частиц в пространстве приблизительно такое же, как и для источника. Другими словами, испускаемые частицы распространяются в вакууме по законам геометрической оптики.

Молекулярные пучки, получаемые при эффузионном истечении испаряющихся частиц, обладают малой интенсивностью порядка J=1012 – 1014 частиц/(см2·с). Температуру источника выбирают в зависимости от требуемой интенсивности молекулярного пучка и равновесного давления над испаряемым материалом. Она может быть выше или ниже температуры плавления вещества.

Необходимо отметить, что  некоторые вещества (например, Sn и Ge) испаряются как в виде отдельных атомов, так и в виде малых кластеров. В молекулярных пучках малой интенсивности, получаемых при эффузионном истечении через отверстие в нагревательной камере, наблюдается равномерное распределение кластеров малых размеров.

Основным достоинством метода молекулярных пучков является возможность  достаточно точно регулировать интенсивность  пучка и управлять скоростью  подачи частиц в зону конденсации

2.Механохимический синтез

При этом способе обеспечивают механическую обработку твердых тел, в результате которой происходят измельчение  и пластическая деформация веществ. Измельчение материалов сопровождается разрывом химических связей, что предопределяет возможность последующего образования  новых химических связей, то есть протекание механохимических реакций.

Механическое воздействие при  измельчении материалов является импульсным; при этом возникновение поля напряжений и его последующая релаксация происходят не в течение всего времени пребывания частиц в реакторе, а только в момент соударения частиц и в короткое время после него.

Механическое воздействие бывает не только импульсивным, но и локальным, так как происходит не во всей массе твердого вещества, а лишь там, где возникает и затем релаксирует поле напряжений.

Воздействие энергии, выделяющей при  высокой степени неравновесности во время удара или истирания, из-за низкой теплопроводности твердых тел приводит к тому, что какая-то часть вещества находится в виде ионов и электронов – в состоянии плазмы. Механохимические процессы в твердом теле можно объяснить с использованием фононной теории разрушения хрупких тел (фонон – квант энергии упругих колебаний кристаллической решетки).

Механическое измельчение твердых  материалов осуществляют в мельницах сверхтонкого измельчения (шаровых, планетарных, вибрационных, струйных). При взаимодействии рабочих органов с измельчаемым материалом возможен его локальный кратковременный разогрев до высоких (плазменных) температур, получение которых в обычных условиях осуществляется при высоких температурах.

Механическим способом можно получать нанопорошки с размером частиц от 200 до 5-10 нм. Так, при помоле смеси металла и углерода в течении 48 часов были получены частицы TiC, ZrC, VC и NbC с размером 7-10 нм. В шаровой мельнице из смеси порошков вольфрама углерода и кобальта с исходным размером частиц около 75 мкм за 100 часов были получены частицы нанокомпозита WC-Co с размером частиц 11-12 нм.

 

 

Методы химического синтеза НЧ представляют собой подходы неорганического, металлорганического и органического синтеза с процессами гетерогенного фазообразования в коллоидных или подобных системах. Среди

новых методов — метод  биохимического синтеза [23]. Он позволяет  получать НЧ различных металлов в обратных мицеллах. Особенностью метода является использование не традиционных восстановителей — растительных пигментов из группы флавоноидов; это обеспечивает ряд преимуществ, важных для практического применения наночастиц металов.

 

Рассмотрим несколько  методов химического получения  наночастиц

1. Биохимические  методы получения наноматериалов

Наноматериалы могут производиться и в биологических системах. Во многих случаях живые организмы, например, некоторые бактерии и простейшие организмы, производят минеральные вещества с частицами и микроскопическими структурами в нанометровом диапазоне размеров.

В процессах биоминерализации действуют механизмы тонкого биохимического контроля, в результате чего производятся материалы с четко определенными характеристиками.

Живые организмы могут  быть использованы как прямой источник ультрадисперсных материалов, свойства которых могут быть изменены путем варьирования биологических условий синтеза или переработки.

Ультрадисперсные материалы, полученные биохимическими методами синтеза, могут быть исходными материалами для некоторых уже опробованных и известных методов синтеза и обработки наноматериалов, а также в ряде технологических процессов. Пока работ в этом направлении исследований немного, но уже можно указать ряд примеров получения и использования биологических наноматериалов. В настоящее время ультрадисперсные материалы могут быть получены из ряда биологических объектов, например, ферритинов и связанных с ними белков, содержащих железо, магнетических бактерий и другое.

Так, ферритины (вид белков) обеспечивают для живых организмов возможность синтезировать частицы гидроксидов и оксифосфатов железа нанометрового размера. Способность магнетотактических бактерий использовать линии магнитного поля Земли для собственной ориентации позволяет иметь цепочки наноразмерных (40-100 нм) однодоменных частиц магнетита.

Возможно также получение  наноматериалов с помощью микроорганизмов. В настоящее время открыты бактерии, окисляющие серу, железо, водород и другие вещества. С помощью микроорганизмов стало возможным проводить химические реакции для извлечения из руд различных металлов, минуя традиционные технологические процессы. В качестве примера можно привести технологию бактериального выщелачивания меди из сульфидных материалов, урана из руд, отделение примесей мышьяка от концентратов олова и золота.

В некоторых странах в  настоящее время до 5% меди, большое  количество урана и цинка получают микробиологическими методами. Существуют хорошие предпосылки, подтвержденными лабораторными исследованиями, использования микробиологических процессов извлечения марганца, висмута, свинца, германия из бедных карбонатных руд. С помощью микроорганизмов можно вскрыть тонко вкрапленное золото арсенопиритных концентратов.

Поэтому в технической  микробиологии появилось новое  направление, которое называют микробиологической гидрометаллургией .

 

2.Золь-гель метод

Золь-гель метод включает несколько основных технологических  фаз (рис. 5.). Первоначально получают водные или органические растворы исходных веществ. Из растворов образуют золи (коллоидные системы) с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой для получения золя используют, например, гидролиз солей слабых оснований или алкоголятов. Можно использовать и другие реакции, приводящие к образованию стабильных и концентрированных золей (например, применение пептизаторов – веществ, препятствующих распаду агрегатов частиц в дисперсных системах). Эффективным является нанесение на наночастицы в процессе гидролиза защитного слоя из водорастворимых полимеров или ПАВ, добавляемых вместе с водой в процессе гидролиза.

 Схема процессов получения  нанопорошков золь-гель методом.

В дальнейшем золь переводят  в гель при удалении из него части  воды нагреванием, экстракцией соответствующим растворителем. В ряде случаев проводят распыление водного золя в нагретую несмешивающуюся с водой органическую жидкость.

Переводя золь в гель, получают структурированные коллоидные системы. Твердые частицы дисперсной фазы соединены между собой в  рыхлую пространственную сетку, которая содержит в своих ячейках жидкую дисперсионную среду, лишая текучести систему в целом. Контакты между частицами легко и обратимо разрушаются при механических и тепловых воздействиях.

 

 

 

 

 

 

 

Методы  исследования НЧ.

 

Современная технология столкнулась с проблемой, связанной с возникновением аномальных свойств материалов при переходе от макрообъектов к наноразмерным. Возможность исследовать материю на наноуровне появилась благодарясканирующей туннельной микроскопии, атомносиловой микроскопии. Сегодня не существует единственного метода, способного решить все структурные проблемы, существующие в этой области; как правило, используют комплекс методов, чаще всего — АFM, XRD,ECMC SЕМ, ICPMS, SEC и ряд других,

Наиболее распространённым методом определения размеров НЧ служит просвечивающая электронная микроскопия (ТЕМ). Сведения о составе НЧ часто извлекают из электроннограмм .Преимущество метода EXAFS заключается в его избирательности, которая позволяет получать кривую радиального распределения атомов для локального окружения, выбранного химического элемента в образце. Метод даёт значения межатомных расстояний (r) и координационных чисел (z), которые затем могут быть сравнены с рассчитанными из известных структурных данных для определённой фазы.

Массбауэровская спектроскопия — метод широко используется для определения строения магнитных НЧ . Другие физические методы исследования строения НЧ используются эпизодически. Как правило, в большинстве работ применяется комплекс методов, позволяющих достаточно надёжно установить физико-химические особенности НЧ. Имеющиеся в настоящее время во многих лабораториях просвечивающие электронные микроскопы высокого разрешения (HRTEM) позволяют получать реальную картину строения как ядра, так и оболочки НЧ, а в отдельных случаях — даже определять их состав

Метод, названный флуктуационно поляризационной микроскопией, позволяет оценить степень оптической анизотропии поглощения, образующих плёнку НЧ, связанную с их формой. Предложенный метод является неразрушающим и позволяет определять анизотропию частиц намного меньших длины волны зондирующего излучения. Метод может быть использован для определения и оценки НЧ, а также степени шероховатости поверхностей. Кроме того, он может быть реализован с помощью стандартных оптических инструментов.

Для исследования физико-химических характеристик НЧ металлов применяются такие хроматографические методы: адсорбционная  хроматография, ситовая (эксклюзионная) хроматография, гидродинамическая хроматография, газовая хроматография . Так, методом жидкостной хроматографии изучены мицеллярные растворы НЧ Ag, Fe, Ni, Pd.

Методом хроматографии изучена кинетика формирования НЧ Ni. Показано, что мицеллярные НЧ имеют неполярную поверхность, которая разрушается при контакте с полярным адсорбентом. Изучен процесс взаимодействия НЧ с полярным адсорбентом. В результате получается композиционный материал с обращенной фазой . Методом ситовой хроматографии определён размер мицеллярных НЧ. Показано, что размеры пустых мицелл, а также мицелл, содержащих соль, и мицеллярных НЧ близки по значению. На основании этого выдвинута гипотеза об их структуре. Изучена устойчивость мицеллярных НЧ к высушиванию, хранению и смене растворителя . Кроме того, с помощью метода жидкостной хроматографии можно судить о химии поверхности НЧ, о форме, в которой они находятся в растворе, об их взаимодействии с различными сорбентами, а также позволяет изучать процесс взаимодействия НЧ с матрицей. Прямым надежным и удобным методом изучения электрических параметров НЧ является электрофорез, в том числе капиллярный. Благодаря ему определяются электрофоретическая подвижность НЧ любой природы, их распределение по размерам и зарядам,анализируется изменения химического состава систем при их взаимодействии с НЧ. Определение размеров НЧ проводят методами спектроскопии, например, лазерно корреляционной (10 нм250 мкм в жидкости).

Весьма эффективны и оптические методы изучения коллоидных растворов НЧ. Физикохимические свойства. Интерес исследователей к наночастицам обусловлен появлением так называемых "квантовых размерных эффектов" . Эффекты вызваны тем,что с уменьшением размера и переходом от макроскопического тела к масштабам нескольких сот или нескольких тысяч атомов, плотность состояний в валентной зоне и в зоне проводимости резко изменяется, что отражается на физико-химических свойствах, обусловленных поведением электронов.