Химические методы. 
Материаловедение и технология материалов

К химическим методам получения НРЧ относятся синтез НРЧ в реакциях восстановления; образование НРЧ в жидкофазных окислительно-восстановительных реакциях, стимулированных высокоэнергетическим излучением; радиационно-химический; криохимический синтез; электрохимические методы воздействия; реакции термического распада.

Синтез НРЧ в реакциях восстановления.

Восстановление до чистых металлов может производиться в разнообразных средах, в том числе водных и неводных. Реакцию в неводной среде используют для восстановления металлов, активных по отношению к ней. В качестве неводных сред применяют диэтиловый эфир, бензол, толуол и др.

В газовой и конденсированной фазах восстановление возможно водородом, особенно это касается благородных и некоторых других металлов, а также тугоплавких металлов с целью получения их НРЧ.

Получение НРЧ в реакциях, стимулированных высокоэнергетическим излучением.

Дополнительное воздействие на вещество в процессе протекания химических реакций может не только увеличить скорость их протекания, но даже инициировать начало самой реакции, например при более низкой температуре и в различных средах, в том числе в твердых телах. Так, фотохимическое восстановление в растворах при облучении светом позволяет получать НРЧ серебра с размерами 10—50 нм. Фотохимический метод перспективен в производстве оптически прозрачных металлосодержащих пленок (Си, Rh, Ag, Аи).

Метод опробован и для восстановления металлов в твердой фазе. В твердом теле взаимодействие, например, с ультрафиолетовым излучением протекает естественно на поверхности материала и на его глубине в слое толщиной не более нескольких микрометров. В результате такого взаимодействия могут происходить реакции распада компонентов вещества с образованием твердых металлосодержащих ультрадисперсных частиц. Так, под действием ультрафиолетового облучения на поверхности гипофосфита меди Си (Н₂Р0₂)₂ образуется в конечном итоге гелевидная масса со средним размером в ней частиц меди около 8 нм.

Радиационно-химический метод восстановления. Метод основан на использовании чаще всего у-излучения, и его эффективность в основном определяется поглощенной дозой облучения. Процесс облучения производится как при постоянном потоке излучения, так и импульсно. В последнем случае доза облучения в импульсе может быть довольно высокой.

Радиационно-химический метод может быть применим для жидкой среды (образование металлических коллоидов в растворах) и для твердых тел.

В результате у-облучения металлических коллоидов в водных растворах были получены субколлоидные частицы, содержащие всего один-два десятка атомов.

Ионизирующее излучение на твердые вещества действует несколько по-иному, так как структура твердого тела имеет кристаллическое, упорядоченное строение, электронное взаимодействие между атомами. Отсюда другая кинетика химических взаимодействий, в том числе и из-за медленно протекающих в твердом теле диффузионных процессов. В отличие от фотохимии при радиационном у-облучении многократно возрастает глубина его воздействия в твердом веществе, а также отличаются и размеры получаемых частиц.

Так, частицы серебра после у-облучения его солей имеют размеры меньше 60 нм. Это лучше, чем при фотохимической технологии.

Облучение можно проводить потоком быстрых электронов. Имеются примеры использования этого метода для получения НРЧ алюминия размером 20 нм. Однако установки для получения быстрых электронов дороги и сложны, что снижает возможности метода.

Криохимический синтез. Это способ получения металлосодержащих НРЧ в условиях низких температур. Все существующие варианты этого способа основаны на конденсации атомов на охлажденную подложку. Пары металлов и органического растворителя конденсируются на охлажденную до 77 К поверхность, после чего полученный так называемый соконденсат нагревают до комнатной температуры. Таким образом были получены кластеры серебра с размерами частиц 9,4—21 нм, кобальта — 4,0—50 нм. Несмотря на ряд ограничений, криохимические методы позволяют получать стабилизированные металлические кластеры многих металлов.