Наночастицы привлекают внимание своими оптоэлектронными, каталитическими, магнитными свойствами, которые усиливаются благодаря большой удельной поверхности этих частиц. Синтез, проводимый в мицеллярных системах поверхностно-активных веществ (ПАВ), позволяет получать частицы с небольшим распределением по размерам. Он протекает в мягких условиях и не требует создания дорогостоящих установок и оборудования. Для целей прогнозирования синтеза в обратных мицеллах необходим поиск взаимосвязи вода/ПАВ с размерами наночастиц и выяснение роли воды в синтезе. Синтез в прямых мицеллах возможен только из функциональных ПАВ. Например, для синтеза магнитных частиц, содержащих железо и кобальт необходимо использование ПАВ додецилсульфата железа и такой же соли кобальта. Возможность получения наночастиц без предварительного синтеза функциональных ПАВ значительно бы ускорило и удешевило процесс.

Для решения этих проблем были синтезированы реакцией обмена ионов наночастицы сульфида кадмия в обратных мицеллах системы вода-АОТ-изооктан,
определены их размеры в зависимости от соотношения вода/АОТ, распределение по размерам и найдена корреляция размера наночастиц с соотношением вода/АОТ. Диаметр наночастиц изменялся от 2,2 нм до 4.5 нм при W=[H₂O]/[AOT] 5-18. При W=18 диаметры от 4 до 5 нм имеют 63 % наночастиц сульфида кадмия. Из уравнения зависимости диаметра водного пула (капельки воды) от W

следует, что средний диаметр водного пула не равен нулю, если отношение W=0.То есть в обратной мицелле существует кажущийся пустой объем. Это можно объяснить тетраэдрическим строением молекул воды с свободными полостями. Зависимость между средними диаметрами наночастиц и средними диаметрами водных пулов подчиняется уравнению:

Диаметры водных пулов микрофаз на 26 % больше диаметров наночастиц сульфида кадмия. Полученная зависимость подтверждает, что при выбранных условиях при W=5-18 нет различий в структуре дисперсии (мицеллярный раствор или микроэмульсия).

Далее с помощью двойного термодинамического цикла, сопровождающего процесс растворения и солюбилизации н-углеводородов в воде и мицеллярных растворов ПАВ показано существование контактного и разделенного водой гидрофобного взаимодействия в прямых мицеллах ионогеннных ПАВ. К контактному гидрофобному взаимодействию следует отнести процесс ассоциации метиленовых групп, когда они входят в контакт посредством дисперсионных сил (-3,0 кДж·моль^-1) и получают дополнительное усиление ассоциации за счет «чистого» гидрофобного взаимодействи (-0,7 кДж·моль^-1) или иначе межмолекулярного взаимодействия воды. К разделенному водой гидрофобному взаимодействию относят объединение метиленовых групп, когда они разделены хотя бы одним слоем молекул воды. Такой процесс может произойти в том случае, если метиленовые группы переходят из состояния гидрофобной гидратации (+0,7 кДж⋅моль^-1) в состояние ассоциации (– 0,7 кДж⋅моль^-1), когда вода, окружающая метиленовые группы, изменила свое
состояние.

Если следовать классической модели строения мицелл, то положительно заряженный ион Ni²⁺ не может находиться на поверхности и проникать внутрь сферических и стержнеобразных мицелл из-за отталкивания с положительно заряженным ионом цетилтриметиламмония (СТАВ). Но, если принять, что мицелла может находиться в гидратированном состоянии, это становится возможным. Вода, проникающая внутрь такой мицеллы, находится в деструктурированном состоянии, водородные связи ослабевают, поэтому кластерам Pt, ионам Ni²⁺, гидразингидрату и растущим наногибридам выгоднее концентрироваться внутри мицеллы. Это и объясняет возможности синтеза наногибридов Ni-Pt в сферических и стержнеобразных прямых мицеллах СТАВ. Выполнение роли темплат мицеллами подтверждает, что равновесие в мицеллярных растворах СТАВ в присутствии кластеров Pt и ионов Ni²⁺ сдвинуто в сторону разделенного водой ассоциата.

Выполненный эксперимент подтверждает вышеизложенное. Синтез наногибридов Ni-Pt осуществляли в мицеллярных растворах СТАВ трех концентраций – 0,005, 0,02 и 0,15 М – по уравнениям:

2H⁺ +[PtCl₆]^2- + N₂H₄ + 6OH^- = Pt + 6Cl^- + N₂ + 6H₂О;

Ni²⁺ + N₂H₄ + 4OH^- = Ni + N₂ + 4H₂O.

При данных концентрациях образуются сферические, стержнеобразные мицеллы и гексогональные фазы стержнеобразных мицелл. Полученные нанодисперсии в присутствии СТАВ оказались нестабильными. Наночастицы в дисперсии сближались и агрегировали, что затрудняло экспериментальную процедуру получения их микрофотографий. Для стабилизации нанодисперсий использовали специальне ПАВ. Сферические и стержнеобразные мицеллы ПАВ формируют сферические и стержнеобразные наночастицы гибридов Ni-Pt. Уменьшение петли на кривой гистерезиса указывает на суперпарамагнитные свойства наногибридов Ni-Pt. Петля гистерезиса так мала, что не наблюдается из-за погрешности прибора. С постепенным уменьшением размера магнитной частицы до нанометрового диапазона она превращается из частицы, состоящей из множества доменов, в единственный домен. Вследствие этого векторы индукции магнитных полей наногибридов оказываются направленными примерно вдоль вектора индукции внешнего поля, и магнитное поле в полученном наноматериале усиливается.

В результате исследования термодинамических циклов и синтеза наночастиц в прямых мицеллах подтверждены двойственные свойства прямых мицелл ионогенных детргентов. Развита дуалистическая модель мицелл, представляющая собой суперпозицию двух структур: контактную и разделенную водой. Разработаны условия синтеза наногибрида Ni-Pt восстановлением соответствующих солей гидразин гидратом в зависимости от концентрации в его мицеллярных растворах. Экспериментально показано, что сферические и стержнеобразные прямые мицеллы выполняют функции темплат при получении сферических и стержнеобразных наногибридов Ni-Pt, а Pt играет роль катализатора при восстановлении Ni²⁺. Получены данные о размере, форме, распределении по размерам, а также кривая намагничивания наногибридов Ni-Pt. Синтезированы наночастицы CdS реакцией обмена между электролитами в обратных мицеллах системы вода-АОТ-изооктан при w=5; 9; 15, 18 Исследованы размер, форма и распределение наночастиц по размерам. Установлена корреляционная зависимость между средним диаметром наночастиц сульфида кадмия и средним диаметром водных пулов.