КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-23-00225
НазваниеРазработка синтетических подходов к получению палитры мультифункциональных пигментов на основе наночастиц гидроксиапатита и апробация полученных материалов
РуководительБобрышева Наталья Петровна, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2025 г. |
Конкурс№89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов
Ключевые словаГидроксиапатит, Наночастицы, Допирование, Зонная структура, Осаждение, Гидротермальная обработка, Люминесценция, Биосовместимые пигменты, Колористические свойства
Код ГРНТИ31.15.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Наночастицы гидроксиапатита являются потенциальной матрицей для допирования и получения биосовместимых, мультифункциональных и экологичных пигментов, которые можно применять в косметической промышленности (помады, румяна, тени, пудры, консилеры, солнцезащитные средства и т.п.).
К настоящему моменту не вызывает сомнений, что особенности взаимодействия неорганических пигментов со светом (и в конечном итоге их колористические параметры) обусловлены их зонной структурой, которая зависит от природы материала, размеров и формы составляющих его частиц, природы и концентрации допанта. Регулирование данных параметров позволит получить пигменты с заданными характеристиками; проект направление на установление данной зависимости.
Для регулирования размера и формы допированных наночастиц перспективно использовать процесс ориентированного присоединения, который представляет собой неклассический механизм формирования наночастиц, основанный на процессах самоорганизации первичных блоков (структуру которых можно установить) и их последующем срастании в гидротермальных условиях. Несмотря на его активное изучение в последнее время, потенциал этого метода для получения объектов с заданным размерами и формой остается полностью не раскрытым, особенно для гидроксиапатита. В цели проекта входит тщательное изучение закономерностей формирования наночастиц по данному механизму, что позволит в будущем целенаправленно использовать его при производстве наноматериалов.
Проект направлен на разработку методологии управления процессом самосборки наночастиц (механизм ориентированного присоединения) в гидротермальных условиях с целью получения допированных наночастиц гидроксиапатита с необходимыми колористическими и физико-химическими характеристиками, позволяющими использовать их как мультифункциональные пигменты. В качестве допантов будут использоваться ионы железа в степени окисления 2 и 3 и хром в степени окисления 3 как наиболее биосовместимые допанты, которые при этом позволяют получить две основные для экокосметики палитры – желто-красную и зеленую.
В ходе выполнения проекта будет проведено:
• Изучение механизма ориентированного присоединения первичных блоков с различным составом поверхности и иными параметрами с целью выявления закономерностей данного процесса;
• Определение положения допанта в структуре матрицы, квантово-химическое описание зонной структуры и плотности состояний с использованием оригинального подхода, разработанного заявителем, экспериментальное определение энергий прямых и непрямых переходов, моделирование состава поверхности наночастиц;
• Установление взаимосвязи между условиями инициирования процесса ориентированного присоединения (температура и состав реакционной среды) и параметрами первичных и конечных наночастиц;
• Исследование колористических свойств полученных образцов с использованием протокола, разработанного под руководством заявителя, в том числе включающего регистрацию спектров поглощения и отражения;
• Установление взаимосвязи между параметрами цвета пигмента, полученными по модели RGB, и морфологическими и структурными параметрами наночастиц;
• Оценка экологичности разработанного метода синтеза пигмента.
• Апробация полученных пигментов как компонентом помады и тонального крема.
Новизна данной работы заключается в выдвинутой гипотезе о возможности регулирования колористических свойств пигментов путем варьирования структурных параметров исходных блоков и состава реакционной среды в методе ориентированного присоединения, а также в тщательном изучении взаимосвязи между параметрами наночастиц и параметрами цвета полученных пигментов, что позволит с новой точки зрения взглянуть на уже существующие наноматериалы и откроет возможности улучшения их свойств. Создание комплексного подхода, описывающего взаимосвязи между колористическими свойствами и условиями синтеза позволит привнести научно обоснованные методики в промышленное производство.
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут получены и систематизированы данные о влиянии условий синтеза на процесс ориентированного присоединения в суспензиях наночастиц гидроксиапатита, на основании чего будет предложено и развито описание этого процесса. Значимость указанных результатов заключается в возможности целенаправленно планировать синтезы в зависимости от требуемых параметров наночастиц, а также в совокупности с существующими и будущими результатами для других систем, например наочастиц SnO2 и ZnO, позволит сформировать глубокое понимание и теоретическое описание процесса ориентированного присоединения.
В результате проведённых экспериментов будут получены серии образцов с различными структурным и морфологическими параметрами, что позволит после их комплексной характеризации сделать выводы о взаимосвязи параметров наночастиц и их колористических свойств. Значимость этих результатов связана с отсутствием четкого понимания того, как процессы допирования влияют на параметры цвета материалов, построение хотя бы качественного описания существующих закономерностей даст существенный вклад в развитие тематики направленного синтеза наночастиц с заданными свойствами.
Также будут установлены границы термической устойчивости полученных образцов и изучены их антибактериальные свойства с прицелом на создание пигментов для многофункциональной косметики. Значимость понимания путей получения нужных оттенка и интенсивности, а также дополнительных свойств неорганических красителей, помимо материаловедения имеет прикладное значение для косметической промышленности.
Полученные пигменты будут использованы при производстве линейки помады красно-оранжевой гаммы и линейки тонального крема бежевой гаммы с зеленым маскирующим компонентом.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ