Синтез наночастиц сверху-вниз заключается в формировании наноструктур путём разрушения или разделения исходного объемного материала на частицы нанометрового размера. Данные методы востребованы благодаря своей относительной простоте и возможности получать частицы из широкого спектра материалов.
Механическое дробление (механическое измельчение) — используется для получения наночастиц путем размола твердых материалов с помощью мельниц (шаровые, планетарные и др.). Частицы уменьшаются в размере за счёт ударов и трения.
Механохимический синтез — сочетание измельчения с химическими реакциями, что позволяет получать композитные или легированные наночастицы.
Литография (электронно-лучевая, ионно-лучевая) — направленное создание наноструктур на поверхности путем селективного удаления или модификации материала.
Лазерная абляция — воздействие мощным лазерным импульсом на металлическую поверхность или порошок, что приводит к образованию плазмы и последующему конденсированию наночастиц.
Испарение с последующей конденсацией — испарение материала в вакууме или инертной атмосфере с образованием конденсата наночастиц.
Мокрое измельчение — аналогично механическому дроблению, но с применением жидкой среды для предотвращения агломерации и улучшения дисперсности.
Гранулирование и распыление — превращение расплава или раствора материала в капли и их охлаждение для образования наночастиц.
Контроль размера и морфологии достигается изменением параметров процесса: времени обработки, скорости измельчения, температуры, состава среды.
Проблема агломерации — высокая удельная поверхность способствует слипанию частиц, что требует применения стабилизаторов или дополнительных этапов диспергирования.
Чистота продукта — необходимо учитывать возможное загрязнение из-за износа оборудования и взаимодействия с рабочей средой.
Энергозатраты и масштабируемость — физические методы часто требуют больших энергозатрат и специализированного оборудования, тогда как механические — проще масштабируются.
| Метод | Контроль размера | Чистота | Масштабируемость | Применимость к материалам |
|---|---|---|---|---|
| Механическое измельчение | Средний | Низкая | Высокая | Широкий спектр |
| Лазерная абляция | Высокий | Высокая | Низкая | Металлы, сплавы |
| Испарение с конденсацией | Высокий | Высокая | Средняя | Металлы, полупроводники |
| Литография | Очень высокий | Очень высокая | Низкая | Тонкие пленки, поверхности |
Таким образом, выбор метода сверху-вниз зависит от требований к конечному продукту — размеру, морфологии, чистоте, и масштабируемости производства. В дальнейшем для достижения более узкого контроля размеров часто применяют комбинированные методы, совмещающие синтез сверху-вниз с методами снизу-вверх.