Nanocząstki miedzi
Nanocząstki miedzi – cząstki miedzi o wymiarach „nano”, tj. zawierających się w zakresie od 1 do 100 nm[1]. Powstają w wyniku procesów naturalnych lub w wyniku syntezy chemicznej[2]. Znaczenie nanocząstek miedzi wynika z ich historycznego zastosowania jako barwnika i współczesnego stosowania w biomedycynie.
Historia edytuj
Obecność nanocząstek miedzi stwierdzono już w wyrobach z czasów starożytnych. We Włoszech odnaleziono fragmenty szkła pochodzące z późnej epoki brązu, które zabarwione są na czerwono dzięki nanocząstkom miedzi. Podobne przykłady barwienia szkła odnotowano również w Starożytnym Rzymie. Nanocząstki miedzi odnaleziono również w czerwonej celtyckiej emalii z 400–100 r. p.n.e. Dekoracyjne zastosowanie nanocząstek miedzi zaobserwowano również w Mezopotamii, gdzie uzyskiwano dzięki nim lśniącą emalię na ceramicznych przedmiotach. W XIX-wiecznej Japonii nanocząstki miedzi nadawały czerwoną barwę szkłu Satsuma[1].
Wytwarzanie edytuj
Synteza nanocząstek miedzi nie jest łatwa, ponieważ silnie rozdrobniona miedź bardzo szybko ulega utlenianiu. Stawia ją to w opozycji do nanocząstek złota i srebra, które nie wchodzą w reakcję z tlenem z taką łatwością[3]. Tworzenie się tlenku miedzi na powierzchni nanocząstek zmniejsza ich konduktywność, przez co jest to zjawisko niepożądane. W celu zapobiegania utleniania nanocząstek, procesy syntezy prowadzi się w środowisku bezwodnym i w atmosferze obojętnej (np. argonu lub azotu). Metody syntezy nanocząstek miedzi można podzielić na fizyczne i chemiczne. Te pierwsze są bardzo skomplikowane i wymagają wyrafinowanego sprzętu i technologii. Metody chemiczne są znacznie chętniej stosowane, ponieważ są prostsze do przeprowadzenia i zapewniają wysoką jakość produktu[4]. Poniżej opisano kilka metod chemicznych otrzymywania nanocząstek miedzi.
Redukcja chemiczna edytuj
Olbrzymią zaletą tej metody jest możliwość kontroli wzrostu i morfologii nanocząstek poprzez odpowiednie dostosowanie warunków reakcji. Proces polega na zredukowaniu soli miedzi odpowiednim reduktorem (np. hydrazyna, borowodorek sodu, kwas askorbinowy, poliole). Proces można prowadzić w obojętnej atmosferze, w celu ograniczenia utleniania nanocząstek miedzi[4].
Mikroemulsje edytuj
Metoda polega na utworzeniu emulsji składającej się z prekursorów miedzi, reduktora (podobnie jak w metodzie redukcji chemicznej) oraz surfaktantu, zapewniającego utworzenie stabilnej emulsji. Na parametry otrzymanych nanocząstek mają wpływ czynniki warunkujące stabilność emulsji. Należą do nich: rodzaj i ilość surfaktantu, stężenie prekursora, rodzaj fazy olejowej oraz stosunek fazy wodnej do olejowej[4].
Dysocjacja termiczna edytuj
Proces wymagający odpowiedniego urządzenia (np. autoklawu), które umożliwia prowadzenie procesu w podwyższonej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Warunki te mają ułatwić interakcję prekursorów podczas procesu. Rozpuszczalnikiem stosowanym w tej metodzie może być woda. Proces umożliwia uzyskanie różnej geometrii produktu, m.in. cienkich filmów, proszków, pojedynczych kryształów i nanokryształów[4].
Synteza elektrochemiczna edytuj
Szeroko stosowana metoda syntezy, głównie przez swoją prostotę, dostępność aparatury, mniejsze zanieczyszczenie i przyjazność dla środowiska naturalnego. Metoda pozwala uzyskać warstwy metali (lub stopów) lub skomplikowane obiekty z roztworów prekursora, dzięki zmianie jego stopnia utlenienia poprzez działanie prądu elektrycznego. Proces przebiega w temperaturze pokojowej i pozwala na dobrą kontrolę grubości i morfologii uzyskanej warstwy[4].
Właściwości edytuj
Antybakteryjne edytuj
Nanocząstki miedzi wykazują działanie antybakteryjne i przeciwgrzybicze[5]. Jest ono słabsze niż w przypadku nanocząstek srebra czy tlenku cynku, co powoduje konieczność stosowania większych stężeń. Cena nanocząstek miedzi jest jednak niższa niż nanocząstek metali szlachetnych[6].
Optyczne edytuj
Nanocząstki miedzi wykazują zjawisko powierzchniowego rezonansu plazmonowego (SPR)[7].
Przewodność elektryczna i cieplna edytuj
Miedź w formie nanocząstek, podobnie jak miedź lita, wykazuje bardzo dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne. Sprawia to, że chętnie stosuje się je jako przewodniki ciepła albo w procesie inkjet printingu[8].
Zastosowanie edytuj
Przewodniki i wymienniki ciepła edytuj
Z powodu bardzo dobrego przewodnictwa elektrycznego nanocząstki miedzi stosowane są jako przewodniki. Dobra przewodność cieplna sprawia, że mogą być stosowane jako dodatek do płynów stosowanych w wymiennikach ciepła[9].
Panele słoneczne edytuj
Nanocząstki miedzi, podobnie do złota czy srebra, wykazują zjawisko powierzchniowego rezonansu plazmonowego (SPR), co może znajdować zastosowanie w panelach słonecznych, w celu poprawienia ich wydajności, choć ze względu na większą trwałość, do tego celu wykorzystuje się częściej nanocząstki złota i srebra[4].
Dezynfekcja edytuj
Dzięki swoim właściwościom antybakteryjnym i antygrzybicznym, nanocząstki miedzi wykorzystuje się do zabezpieczenia powierzchni w miejscach publicznych i szpitalach przed drobnoustrojami. Nanocząstkami miedzi można pokryć armaturę, artykuły kuchenne, wyposażenie szpitali, zabawki i wiele innych przedmiotów, które mogą być potencjalnym nośnikiem patogenów[5].
Oczyszczanie wód edytuj
Wśród możliwych zastosowań nanocząstek miedzi można wymienić stosowanie ich jako adsorbentu szkodliwych substancji z wód naturalnych. Zdolność nanocząstek miedzi do adsorpcji ketoprofenu z roztworów wodnych pozwala przypuszczać, że znajdą one zastosowanie jako ekologiczne i ekonomiczne środki oczyszczania wód[10].
Przypisy edytuj
- ↑ a b Jaison Jeevanandam i inni, Review on nanoparticles and nanostructured materials: history, sources, toxicity and regulations, „Beilstein J. Nanotechnol.”, 9, 2018, s. 1050–1074, DOI: 10.3762/bjnano.9.98, PMID: 29719757, PMCID: PMC5905289.
- ↑ Florian J. Heiligtag, Markus Niederberger, The fascinating world of nanoparticle research, „Materials Today”, 16 (7–8), 2013, s. 262–271, DOI: 10.1016/j.mattod.2013.07.004 [dostęp 2020-12-21] (ang.).
- ↑ Sunho Jeong i inni, Controlling the Thickness of the Surface Oxide Layer on Cu Nanoparticles for the Fabrication of Conductive Structures by Ink-Jet Printing, „Advanced Functional Materials”, 18 (5), 2008, s. 679–686, DOI: 10.1002/adfm.200700902, ISSN 1616-3028 [dostęp 2020-12-20] (ang.).
- ↑ a b c d e f Farhana Parveen i inni, Copper nanoparticles: Synthesis methods and its light harvesting performance, „Solar Energy Materials and Solar Cells”, 144, 2016, s. 371–382, DOI: 10.1016/j.solmat.2015.08.033 (ang.).
- ↑ a b Antonio Esteban-Cubillo i inni, Antibacterial activity of copper monodispersed nanoparticles into sepiolite, „Journal of Materials Science”, 41 (16), 2006, s. 5208–5212, DOI: 10.1007/s10853-006-0432-x, ISSN 1573-4803 [dostęp 2020-12-21] (ang.).
- ↑ Mostafa F. Al-Hakkani, Biogenic copper nanoparticles and their applications: A review, „SN Applied Sciences”, 2 (3), 2020, s. 505, DOI: 10.1007/s42452-020-2279-1, ISSN 2523-3971 [dostęp 2020-12-20] (ang.).
- ↑ Younan Xia, Naomi J. Halas, Shape-Controlled Synthesis and Surface Plasmonic Properties of Metallic Nanostructures, „MRS Bulletin”, 30 (5), 2005, s. 338–348, DOI: 10.1557/mrs2005.96, ISSN 1938-1425 [dostęp 2020-12-21] (ang.).
- ↑ A. Tamilvanan i inni, Copper Nanoparticles: Synthetic Strategies, Properties and Multifunctional Application, „International Journal of Nanoscience”, 13 (02), 2014, s. 1430001, DOI: 10.1142/S0219581X14300016, ISSN 0219-581X [dostęp 2020-12-21].
- ↑ J.A. Eastman i inni, Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycol-based nanofluids containing copper nanoparticles, „Applied Physics Letters”, 78 (6), 2001, s. 718–720, DOI: 10.1063/1.1341218, ISSN 0003-6951 [dostęp 2020-12-21].
- ↑ Zeid A. ALOthman i inni, Synthesis, characterization, kinetics and modeling studies of new generation pollutant ketoprofen removal in water using copper nanoparticles, „Journal of Molecular Liquids”, 2020, s. 115075, DOI: 10.1016/j.molliq.2020.115075, ISSN 0167-7322 [dostęp 2020-12-21] (ang.).