Рис.1. Схематическое изображения экспериментальной установки.
Рис.2. Термодинамика формирования шариков вдоль волокна (L – длина, r – радиус проволочки).
Рис.3. Морфология композитных нановолокон PVP/H2PtCl6 при различных концентрациях PVP. (a) 35, (b) 24.5, (c) 17.5 и (d) 10.5 мг/мл.
Рис.4. Морфология композитных нановолокон PVP/H2PtCl6 при различных концентрациях H2PtCl6. (a) 16.8, (b) 11.2, (c) 5.6 и (d) 2.8 мг/мл.
Рис.5. Морфология композитных нановолокон PVP/H2PtCl6 при различных соотношениях PVP/H2PtCl6. (a) 33.1 мг/мл и 10.6 мг/мл, (b) 33.1 мг/мл и 2.6 мг/мл, (c) 9.9 мг/мл и 10.6 мг/мл, (d) 9.9 мг/мл и 2.6 мг/мл.
Рис.6. Морфология композитных нановолокон PVP/H2PtCl6 при различных соотношениях H2O/C2H5OH. (a) 0.036, (b) 0.075, (c) 0.117, (d) 0.163, (e) 0.212 и (f) 0.265.
Рис.7. Морфология композитных нановолокон PVP/H2PtCl6 при различных скоростях подачи реагентов. (a) 0.1, (b) 0.2, (c) 0.3 и (d) 0.4 мл/ч.
Рис.8. Морфология композитных нановолокон PVP/H2PtCl6 при различных величинах электрического поля. (a) 5, (b) 6, (c) 7 и (d) 8 кВ/6 см.
Рис.9. Материал электродов топливных элементов на основе платины,
полученный при следующих условиях: 17.5 мг/мл (PVP), 5.6 мг/мл H2PtCl6, H2O/C2H5OH
= 0.12, скорости подачи реагентов 0.25 мл/ч, расстоянии до подложки 6
см, приложенном напряжении 1 кВ/см, относительной влажности воздуха 30%
и температуре 20 C.
Электроформование, или электроспиннинг (electrospinning),
– один из наиболее востребованных методов получения материалов,
состоящих из наноразмерных волокон.
Полученные таким образом нановолокна могут использоваться в самых
различных областях науки и техники, например, в качестве строительных
блоков в нанокомпьютерах будущего, в наноразмерных сенсорах,
нанофотонике и т.д. Благодаря высокой каталитической активности,
платиновую нанопроволоку применяют для создания электродов топливных
элементов, однако для этого необходима подложка, носитель для данного
катализатора, что существенно затрудняет и усложняет производство.
Авторы работы, опубликованной недавно в NanoLetters,
разработали методику получения платиновых волокон сантиметровой длины
диаметром несколько десятков нанометров с помощью метода
электроспиннинга (рис.1). Основная проблема, которую решили учёные,
заключается в том, что при формировании волокон происходит образование
нежелательных сфер, в том числе и на поверхности проволочек, поскольку
тонкое волокно, состоящее фактически из вязкой жидкости, весьма
нестабильно (рис.2). В ходе экспериментальной работы и путем анализа
литературных источников исследователи определили оптимальные количества
полимера (в данной работе использовался поливинилпирролидон (PVP))
(рис.3), хлорплатиновой кислоты (рис.4, 5), воды (рис.6), а также
рассмотрели эффекты, связанные со скоростью подачи реагентов и
величиной электрического поля (рис.7 и рис.8, соответственно). На рис.
9 представлен полученный материал, который предполагается использовать
в качестве электрода в топливных элементах.
Продолжение исследований в этой области, как уверяют
учёные, позволит в скором будущем уменьшить толщину нановолокон, а
также практически полностью решить проблему получения подобного рода
структур.