Синтез наночастиц TiO₂ в воде с использованием лазерной плазмы и характеристика частиц

Наножидкости, содержащие коллоидные суспензии конденсированных наноматериалов, характеризуются значительно улучшенными физическими, химическими, тепловыми и транспортными свойствами, что свидетельствует об их значительном потенциале во многих областях. В данной работе исследованы лазерно-индуцированные плазмы на границах раздела жидкость–металл для синтеза наночастиц диоксида титана (TiO₂) в воде без использования поверхностно-активных веществ. Наночастицы получали абляцией с использованием Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм в плазме, ограниченной водой, при энергии лазерного импульса 1,5 Дж, частоте следования импульсов 10 Гц и времени облучения 4 мин; размер полученных наночастиц составлял от 5 до 35 нм. Синтезированные в воде наночастицы TiO₂ характеризовали по размеру, морфологии поверхности, кристаллической структуре и элементному составу. Измерения методом динамического рассеяния света (DLS) показали, что средний размер синтезированных наночастиц TiO₂ составляет 18 нм. Данные сканирующей электронной микроскопии (SEM) показали наличие изолированных и агломерированных наночастиц TiO₂ с близкой к сферической и неправильной морфологией поверхности. Исследования методом просвечивающей электронной микроскопии (TEM) выявили наночастицы TiO₂ близкой к сферической и неправильной формы; их средний размер составил приблизительно 17 нм. Данные дифракции электронов на выбранной области (SAED) показали наличие монокристаллических и поликристаллических структур в наночастицах TiO₂. Измерения методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) подтвердили чистоту наночастиц TiO₂ посредством идентификации элементов Ti и O. Измерения методом рентгеновской дифракции (XRD) подтвердили кристаллическую природу наночастиц TiO₂, а также наличие и сосуществование двух кристаллических фаз TiO₂ — анатаза и рутила; расчетный размер наночастиц находился в диапазоне от 11 до 31 нм.