Un chimiste de RUDN a créé la technologie pour la synthèse de nanosphères polymères pour une utilisation dans la production de dispositifs électrochimiques. Le procédé ne nécessite aucun tensioactif et produit des nanoparticules d'une taille prédéterminée. Les résultats de l'étude ont été publiés dans Chimie des polymères .

Les nanoparticules utilisées pour des applications industrielles doivent avoir la même forme et la même taille, quel que soit le matériau dont ils sont faits. C'est un défi difficile à relever aussi bien en laboratoire que pour la production industrielle. Dans certains cas, des nanoparticules avec même quelques dizaines de nanomètres de différence de taille ne remplissent pas les fonctions requises. Rafael Luke de l'Université RUDN, avec des collègues de Chine et du Pakistan, ont proposé une méthode simplifiée pour créer des nanosphères de polymère de taille contrôlée.

La nouvelle technologie est basée sur le procédé sol-gel de synthèse de polymères. Les scientifiques mélangent une série de monomères et lancent des réactions d'hydrolyse et de polycondensation. Ces processus conduisent à la formation d'un sol, une solution de minuscules particules, y compris des particules nanométriques d'une substance solide ou des bulles de gaz. Lors d'un traitement ultérieur, le sol se concentre à l'état de gel homogène ou exsude les nanoparticules individuelles (par exemple, par centrifugation). Afin de rendre les particules résultantes homogènes, il est nécessaire d'appliquer des tensioactifs sur le sol ou d'utiliser une matrice.

Les chercheurs ont obtenu des nanoparticules en synthétisant des composés de polybenzoxazine, un groupe de polymères qui peuvent être produits à partir de divers monomères dans des conditions assez douces. Contrairement à la plupart des chercheurs précédents, les chimistes de RUDN ont réussi à synthétiser la polybenzoxazine sous forme de nanoparticules sans utiliser de matrices ou de tensioactifs. Les chimistes ont trouvé des concentrations spécifiques des monomères (phloroglucine, para-phénylènediamine, et formaldéhyde) dissous dans de l'eau et de l'éthanol qui, en combinaison avec un chauffage doux (jusqu'à 75 ° C), conduit à la formation de nanosphères de taille uniforme. Les auteurs suggèrent que l'effet est obtenu grâce à l'utilisation de paraphénylènediamine. Il participe à la réaction et agit comme un catalyseur. Les chercheurs et les fabricants peuvent définir la taille souhaitée des nanoparticules en faisant varier la concentration des monomères initiaux et le rapport dans les solutions d'eau et d'éthanol. C'est un avantage supplémentaire de la nouvelle méthode. Dans l'expérience, les chercheurs de la section ont réussi à produire des nanosphères d'un diamètre de 105, 157 et 186 nm.

Des nanoparticules de ce type peuvent être utilisées en électrochimie. Les chercheurs de RUDN ont carbonisé les nanosphères polymériques dans une atmosphère d'azote à 800°C et ont obtenu des nanosphères de carbone contenant de l'azote, qui a conservé la même taille et la même forme. Ces nanoparticules ont été utilisées pour créer des électrodes. Les nanosphères de carbone ont démontré une capacité électrique élevée. À l'avenir, ils peuvent être utilisés pour créer des supercondensateurs et des sources de courant chimiques.

« L'approche traditionnelle de la synthèse de tels polymères nécessite l'utilisation de tensioactifs ou de matrices. Ils contrôlent directement la taille des particules et construisent la structure du matériau, " explique Rafael Luka, directeur de la conception moléculaire et de la synthèse de composés innovants pour la médecine. "Notre approche permet de ne plus les utiliser. Nous avons déjà testé l'une des applications possibles des nanoparticules obtenues. Des nanosphères de carbone contenant de l'azote sans activation supplémentaire ont été utilisées comme supercondensateur et ont démontré le potentiel d'être utilisé dans le domaine de la conversion d'énergie et espace de rangement."