Плазмохимические методы представляют собой область синтеза и модификации наноматериалов с использованием ионизированного газа — плазмы. Плазма обладает уникальными физико-химическими свойствами: высокой энергией электронов, наличием свободных радикалов, ионов и возбуждённых молекул, что позволяет осуществлять реакции, недоступные в традиционных условиях. Эти методы обеспечивают высокий контроль над структурой, морфологией и химическим составом наносистем.
1. Газоразрядная плазма: Используется для синтеза наночастиц металлов, оксидов и карбидов. Основные разновидности включают высокочастотные (RF), микроволновые (MW) и дуговые разряды. Преимущество газоразрядной плазмы заключается в высокой чистоте получаемых материалов и возможности работы при относительно низких температурах под вакуумом.
2. Плазменная химическая осадка из паровой фазы (PECVD): Процесс основан на ионизации газообразных прекурсоров и их реактивном осаждении на подложке. PECVD применяется для формирования тонких нанопленок, наноструктурированных покрытий и композитов с контролируемой пористостью и химическим составом.
3. Плазменное распыление и абляция: Позволяет получать наночастицы и нанопорошки металлов, оксидов и сложных соединений. Материал-мишень подвергается действию плазменного разряда, при котором происходит её ионизация и конденсация в форме наночастиц.
В плазме доминируют процессы активации химических связей, образование радикалов и ионов, что приводит к:
Нуклеация и рост наночастиц в плазменной среде регулируются плотностью энергии разряда, давлением и составом газовой смеси. Высокая концентрация электронов способствует дроблению молекул прекурсоров на активные фрагменты, что ускоряет рост частиц с контролем размера 1–100 нм.
Плазмохимические методы обеспечивают точное регулирование:
1. Катализаторы: наноструктурированные металлы и оксиды, синтезированные в плазме, обладают высокой активностью за счёт большой удельной поверхности и дефектной структуры.
2. Покрытия и пленки: износостойкие, антикоррозионные и антибактериальные покрытия с наноструктурой получают методом PECVD и плазменного напыления.
3. Сенсоры и электроника: плазменный синтез обеспечивает производство тонких нанопленок и нанопроволок для газовых сенсоров, транзисторов и аккумуляторных материалов.
4. Медицинские и биоинженерные материалы: плазменная обработка поверхностей улучшает адгезию клеток, вводит биологически активные группы, создавая наноструктурированные покрытия для имплантатов и лекарственных систем доставки.
Плазмохимические методы остаются одной из самых перспективных технологий для синтеза наноматериалов с уникальными свойствами, сочетая высокую управляемость процессов с возможностью получения функционализированных и структурно сложных систем.