Ученые впервые синтезировали оптические композитные материалы, содержащие наноалмазы в матрице аэрогеля диоксида кремния

Ученые из Москвы, Черноголовки и Санкт-Петербурга получили новые прозрачные композитные материалы, содержащие нанокристаллические алмазы, равномерно распределенные в матрице аэрогеля диоксида кремния. Концентрация наноалмазов в композитах составляла 0.01 – 1%, что позволило контролируемо изменять оптические характеристики материалов. Такие композиты являются перспективными функциональными материалами для оптики и оптоэлектроники. Результаты исследования опубликованы в журнале ChemNanoMat.

Нанокристаллы алмаза, полученные детонационным методом (так называемые детонационные наноалмазы) привлекают значительное внимание, что определяется многообразием их возможных применений, к которым относятся, например, квантовая фотоника, высокоточное зондирование окружающей среды, биовизуализация, адресная доставка лекарственных препаратов, катализ. Одним из перспективных подходов к созданию наноматериалов на основе наноалмазов является синтез нанокомпозитов, сочетающих наноалмазы и аэрогели, в которых наноалмазы будут иммобилизованы в поры аэрогеля. Иммобилизация наноразмерных кристаллов алмаза в аэрогель может привести к появлению новых функциональных свойств у таких композитов.

Именно такой подход был впервые реализован учеными из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Института физиологически активных веществ ФИЦ ПХФ и МХ РАН, Института химии силикатов РАН, Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова ФИЦ КИ, Института физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН, Факультета наук о материалах МГУ им. М.В. Ломоносова, Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН.

Коллектив авторов в совместной работе впервые синтезировал композитные материалы, содержащие неагрегированные нанокристаллические алмазы, в различных концентрациях равномерно распределенные в аэрогеле диоксида кремния. Варьирование концентрации наноалмазов позволило контролируемо изменять оптические характеристики материалов.

Работу прокомментировала один из авторов исследования, старший научный сотрудник Лаборатории химии координационных полиядерных соединений ИОНХ РАН, кандидат химических наук Ирина Фомина: «Нами впервые получены композитные материалы на основе поверхностно модифицированных наноалмазов с размером 5 нм и аэрогеля диоксида кремния, для этого мы разработали простой одностадийный способ синтеза при комнатной температуре по золь-гель протоколу.

Отличительной особенностью синтеза является использование диметилсульфоксида в качестве как сорастворителя, обеспечивающего гомогенность реакционной смеси в ходе золь-гель процесса, так и стабилизатора нанокристаллических алмазов. Для нанокомпозитов изучены основные физико-химические свойства, определены текстурные и оптические характеристики. Варьирование содержания наноалмазов в высокопористом аэрогеле диоксида кремния позволяет получать нанокомпозиты с контролируемыми оптическими характеристиками, что делает их перспективными функциональными материалами для оптики и оптоэлектроники». Авторы работы считают, что иммобилизация наноалмазов в прозрачной пористой матрице открывает возможности для детального исследования их химических и физико-химических свойств (химия поверхности, квантовые эффекты др.). Более того, полученные нанокомпозиты благодаря своей высокой пористости перспективны для дальнейшей химической модификации внедренных монокристаллов наноалмазов с применением координационных соединений, что открывает возможность получения материалов нового типа с настраиваемыми магнитными, оптическими, в том числе люминесцентными, каталитическими и другими функциональными свойствами.