9. Електрохімічні нанотехнології

Електрохімічне конструювання об’єктів із малими розмірами займає важливе місце в системі хімічного матеріалознавства і дизайну нових матеріалів зі спеціальними властивостями. У галузі електрохімічних нанотехнологій головну роль відіграє природа процесів утворення або видалення окремих малих областей твердих фаз. Вона залишається ще не досить зрозуміла, що обмежує використання найважливіших переваг електрохімічних методів формування нанооб’єктів – контрольованості й можливості реалізації поточного кількісного моніторингу. Контрольованість забезпечують здійсненням процесів за фіксованого потенціалу (аналогічні режими постійного відхилення від рівноваги практично неможливо реалізувати в променевих та інших технологіях). Моніторинг здійснюють шляхом реєстрації струму й заряду, чутливість системи до швидкості нагромадження продукту зумовлена межами вимірювання цих величин. Додаткові можливості моніторингу з’являються у випадку застосування методу кварцового мікробалансу, що досить просто реалізувати в електрохімічних системах.

Існуючі нанотехнології можна класифікувати як локальні і нелокальні. Останні найчастіше становлять різні варіанти літографічних методів, тобто багатостадійні комбіновані технології із застосуванням фотоіндукованих процесів. Альтернатива літографії – нелокальні нанотехнології, що ґрунтуються на різних процесах самоорганізації в електрохімічних системах. Типовий приклад – анодний електросинтез алюміній оксиду, у якому впорядковані циліндричні пори діаметром близько кількох десятків нанометрів мають винятково вузький розподіл за розмірами. Цей нанотрубчастий матеріал, що становить інтерес для каталітичних процесів, використовують у комбінованих технологіях як нанорозмірну матрицю. У пори такої матриці з алюміній оксиду можна внести метали або вуглецеві матеріали, а потім видалити алюміній оксид за кімнатної температури розчинивши його в лузі або плавиковій кислоті. Аналогічні процеси можна здійснити з використанням деяких полімерних матриць.

Електроосадження металу в пористі матриці (темплейтний процес) і співосадження металу й матриці (псевдотемплейтний процес) лежать в основі технологій отримання металізованих провідних полімерів. Окрему групу складають процеси електроосадження шаруватих біметалевих наноструктур (здійснювані в різних ступеневих режимах) із багатокомпонентного електроліту або їх послідовного осадження з різних розчинів. Суцільні шари товщиною від 2 нм, що чергуються один з одним, отримують у системах, для яких характерний двовимірний ріст. Пошарове осадження часто застосовують у технологіях отримання магнітних біметалевих матеріалів.

Слід згадати також методи диспергування металів шляхом анодного розчинення. Уперше отримання стійких колоїдів платини у водному середовищі було реалізовано в електричній дузі; здійснення аналогічного процесу в менш складних умовах можливе для паладію в неводних розчинниках. Актуальна, проте, є проблема стабілізації колоїдів, яку здебільшого можна вирішити введенням органічних додатків.

До електрохімічних нанотехнологій слід також віднести процеси іммобілізації молекулярних ансамблів, кластерів і металевих частинок на електродних поверхнях. Зв’язування з поверхнею відбувається шляхом індукованої потенціалом (зарядом) електрода адсорбції, у деяких випадках – в умовах електрофоретичного підведення, при цьому часто застосовують попередню функціоналізацію поверхні. Найбільш розроблені є методи іммобілізації колоїдних частинок, що забезпечують отримання практично монодисперсних покриттів. У випадку використання слабких стабілізаторів, наприклад цитратів, вдається одночасно забезпечити вузький розподіл частинок за розмірами і їх високу адсорбційну здатність.