Celem projektu badawczego jest analiza wpływu warunków syntezy na rozmiar i dystrybucję rozmiaru nanocząstek srebra oraz odpowiedź na pytanie, czy możliwym jest obniżenie dystrybucji rozmiarów nanocząstek srebra, dzięki znaczącemu ograniczeniu wpływu gradientów stężeń reagentów stosując mikrokroplę jako reaktor chemiczny?
Nanocząstki srebra syntezowane będą w wyniku redukcji jonów tego metalu do formy metalicznej przy użyciu witaminy C lub DMAB (dimetyloamino boranu). Metoda ta jest znana i szeroko opisywana w literaturze. Niemniej jednak doświadczenia wskazują, iż problematycznym jest otrzymanie nanocząstek o wąskiej dystrybucji rozmiarów. Wydaje się, iż główną przyczyną polidyspersji rozmiarów otrzymywanych nanocząstek klasycznymi metodami jest fakt niedostatecznego wymieszania reagentów w czasie trwania reakcji chemicznej. Reakcja redukcji jonów Ag+ kwasem L-askorbinowym jest bardzo szybka, co sprzyja otrzymywaniu dużej ilości małych cząstek. Niemniej jednak każdorazowo obserwuje się, iż dystrybucja rozmiaru jest dość szeroka i niejednokrotnie przekracza 100%. Sprawia to, że badania takich koloidów są utrudnione, głównie ze względu na trudności interpretacji wyników. Wiadomym jest również iż szybkie reakcje sprzyjają otrzymywaniu nanocząstek o preferencyjnie małym rozmiarze, ze względu na dużą szybkość zarodkowania. Duża liczba zarodków sprzyja tworzeniu małych nanocząstek. Z drugiej zaś strony pojawia się problem z szybkością dyfuzji, która w pewnych warunkach może limitować szybkość reakcji chemicznej. W takich warunkach jedynie wymuszenie mieszania (mieszadło mechaniczne, magnetyczne etc.) może zapobiec powstawaniu tych gradientów.
W prezentowanym projekcie nanocząstki srebra syntezowane będą w mikrokroplach generowanych w mikroreaktorze przeływowym. Krople te powstają w wyniku kolizji dwóch niemieszających się cieczy, np. oleju i wody. Zaobserwowano, iż w wyniku przepływu takiej kropli przez mikrokanał, na zewnątrz tej kropli pojawia się dodatkowa siła powodująca dodatkowe mieszanie w jej wnętrzu. Siła ta jest spowodowana tarciem na granicy faz woda/olej. Otrzymane mikrokrople mają objętość rzędu 10×10-12L. W tak małej objętości homogenizacji stężeń powinna być niemal natychmiastowa. Postuluje się, iż dzięki takiemu szybkiemu mieszaniu możliwym będzie otrzymywanie nanocząstek o bardzo wąskiej dystrybucji rozmiarów w porównaniu z klasyczną metodą opartą o reaktor cykliczny. Celem weryfikacji otrzymanych wyników, równolegle prowadzone będą badania w reaktorze cyklicznym. Dzięki temu możliwym będzie porównanie i określenie rzeczywistego wpływu nowej metody na dystrybucję rozmiarów otrzymywanych czastek.
Wpływ rezultatów:
Spodziewamy się, iż stosując tą metodę będziemy w stanie syntezować nanocząstki nie tylko srebra ale również innych metali o wąskiej dystrybucji rozmiarów nie przekraczających 10% wartości średniej. Otrzymywanie takich cząstek o wąskiej dystrybucji rozmiarów jest niesłychanie istotna gdyż właściwości fizyko-chemiczne koloidów zależą od ich rozmiaru. Zatem nie jest możliwym prowadzenie badań i prawidłowa interpretacja wyników tych badań (lub jest bardzo utrudniona) w sytuacji gdy eksperymenty te są prowadzone na próbkach o charakterze polidyspersyjnym.
