Механическое измельчение Один из старейших способов получения наночастиц — дробление исходного материала до нанометровых размеров. Применяются высокоэнергетические мельницы, шаровые и планетарные устройства. Эффективность метода определяется исходной твердостью материала, длительностью помола и размером мельничных тел. Основным ограничением является возникновение широкого распределения размеров частиц и наличие дефектов кристаллической решётки.
Испарение и конденсация Метод основан на испарении материала в вакууме или инертной атмосфере с последующей конденсацией в виде наночастиц. Часто используется для получения металлических и оксидных наночастиц. Контроль размера достигается регулированием температуры испарения, давления газа и скорости охлаждения конденсата.
Лазерная абляция Использование высокоинтенсивного лазерного излучения для разрушения поверхности твёрдого материала в жидкости или газовой среде. Метод позволяет получать частицы с узким распределением размеров и высокой чистотой, включая сложные металлы, сплавы и оксиды.
Солвотермальное и гидротермальное осаждение Процессы осаждения веществ из растворов при высоких давлениях и температурах. Обеспечивают формирование кристаллов с контролируемой морфологией и размерами, часто применяются для синтеза оксидных наноматериалов, включая TiO₂, ZnO и другие полупроводники.
Химическое восстановление Метод получения металлических наночастиц из солей металлов с использованием восстановителей (например, NaBH₄, гидразин). Позволяет контролировать размер и форму частиц путем выбора концентраций реагентов, температуры реакции и наличия стабилизаторов.
Сол-гель метод Основан на превращении коллоидного раствора (соля) в гель с последующим термическим или химическим воздействием для получения нанокристаллических порошков. Метод эффективен для синтеза оксидов металлов с высокой поверхностной площадью и пористостью. Основные параметры — рН раствора, концентрация прекурсора и температура геляционирования.
Методы микроэмульсий Использование микроэмульсий вода/масло с поверхностно-активными веществами в качестве нанореакторов для образования частиц заданного размера. Характерной особенностью является возможность синтеза одноразмерных наночастиц металлов, оксидов и сульфидов. Размер частиц регулируется концентрацией ПАВ, соотношением фаз и временем реакции.
Химическое осаждение из газовой фазы (CVD, PVD) Методы химического и физического осаждения из газовой фазы позволяют получать пленки и наночастицы на подложках с высокой однородностью. В CVD происходит термическое или плазменное разложение газообразных прекурсоров, а в PVD — перенос вещества с испаряющейся или разрушающейся поверхности. Методы широко применяются для изготовления полупроводниковых и защитных покрытий.
Биосинтез наночастиц Использование микроорганизмов, грибов и растительных экстрактов для синтеза металлов и оксидов в виде наночастиц. Биосинтез отличается экологичностью, низкой энергозатратностью и возможностью формирования частиц сложной морфологии. Основными механизмами являются ферментативное восстановление и связывание ионов металлов биополимерами.
Использование полисахаридов и белков как шаблонов Биополимеры служат матрицей для формирования наночастиц, обеспечивая контроль размера и предотвращение агрегации. Этот подход позволяет создавать функциональные наноматериалы с заданными свойствами, включая биосовместимость и каталитическую активность.
Стабилизация коллоидов Для предотвращения агрегации используются поверхностно-активные вещества, полимеры и ионные стабилизаторы. Тип стабилизации (электростатическая, стерическая или комбинированная) напрямую влияет на размер и распределение частиц.
Температурный и химический контроль Температура, pH и концентрация реагентов определяют скорость нуклеации и роста частиц. Высокая скорость нуклеации при низкой скорости роста обеспечивает формирование малых и однородных частиц, в то время как медленная нуклеация приводит к полидисперсным системам.
Методы постобработки Сюда включены термообработка, облучение, обработка ультразвуком и центрифугирование, позволяющие корректировать размер, форму и кристаллическую структуру наночастиц после их синтеза.
Наноматериалы, полученные перечисленными методами, находят широкое применение в катализе, оптоэлектронике, биомедицине, сенсорике и энергетике. Контроль размера, морфологии и поверхности критически важен для оптимизации их функциональных свойств.