دوره های آموزشی از راه دور شکلی مدرن از آموزش اضافی موثر و آموزش پیشرفته در زمینه تربیت متخصصان برای توسعه فناوری های امیدوارکننده برای به دست آوردن مواد کاربردی و نانومواد است. این یکی از امیدوارکننده ترین اشکال آموزش مدرن است که در سراسر جهان در حال توسعه است. این شکل از کسب دانش در زمینه‌ای میان رشته‌ای مانند نانومواد و فناوری‌های نانو به ویژه مرتبط است. از مزایای دوره های از راه دور می توان به در دسترس بودن آن ها، انعطاف پذیری در ساخت مسیرهای آموزشی، بهبود کارایی و اثربخشی فرآیند تعامل با دانشجویان، مقرون به صرفه بودن نسبت به دوره های تمام وقت اشاره کرد که با این وجود، می تواند به طور هماهنگ با آموزش از راه دور ترکیب شود. در زمینه اصول بنیادی نانوشیمی و نانومواد، مطالب ویدئویی مرکز علمی و آموزشی فناوری نانو دانشگاه دولتی مسکو تهیه شده است:

• . مفاهیم و تعاریف اساسی علوم در مورد نانو سیستم و فناوری نانو. تاریخچه پیدایش فناوری نانو و علوم نانوسیستم ها. بین رشته ای و چند رشته ای. نمونه هایی از نانو اشیاء و نانوسیستم ها، ویژگی ها و کاربردهای تکنولوژیکی آنها. اشیاء و روش های نانوتکنولوژی. اصول و چشم انداز توسعه فناوری نانو.
• . اصول اساسی برای تشکیل نانوسیستم ها. روشهای فیزیکی و شیمیایی فرآیندهای به دست آوردن نانو اشیاء "از بالا به پایین". کلاسیک، "نرم"، میکروسفر، پرتو یونی (FIB)، AFM - لیتوگرافی و نانو تورفتگی. فعال سازی مکانیکی و مکانوسنتز نانو اشیاء. فرآیندهای به دست آوردن نانو اشیاء "از پایین به بالا". فرآیندهای هسته‌زایی در محیط‌های گازی و متراکم هسته زایی ناهمگن، اپیتاکسی و هترواپیتاکسی. فروپاشی اسپینودال سنتز نانو اجسام در ماتریس های آمورف (شیشه ای). روش‌های همگن‌سازی شیمیایی (هم‌رسوب، روش سل-ژل، فناوری کرایوشیمیایی، پیرولیز آئروسل، عملیات حل‌وفرامی، خشک‌کردن فوق بحرانی). طبقه بندی نانوذرات و نانو اشیاء تکنیک های بدست آوردن و تثبیت نانوذرات. تجمع و تفکیک نانوذرات. سنتز نانومواد در نانوراکتورهای یک و دو بعدی.
• . فیزیک آماری نانوسیستم ها ویژگی های انتقال فاز در سیستم های کوچک انواع برهمکنش های درون و بین مولکولی. آبگریزی و آب دوستی. خود مونتاژ و خود سازماندهی. میسلیزاسیون تک لایه های خود مونتاژ شده فیلم های لانگمویر-بلاجت سازماندهی فوق مولکولی مولکولها تشخیص مولکولی ماکرومولکول های پلیمری، روش های تهیه آنها. خود سازماندهی در سیستم های پلیمری جداسازی میکروفاز کوپلیمرهای بلوک دندریمرها، برس های پلیمری. خود مونتاژ لایه ای پلی الکترولیت ها. پلیمرهای فوق مولکولی
• . ماده، فاز، مواد. ساختار سلسله مراتبی مواد. نانومواد و طبقه بندی آنها نانومواد کاربردی غیر آلی و آلی مواد ترکیبی (آلی - معدنی و معدنی - آلی). بیومرینالیزاسیون و بیوسرامیک. مواد نانوساختار یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی. مواد مزوپور غربال های مولکولی نانوکامپوزیت ها و خواص هم افزایی آنها نانومواد ساختاری
• . کاتالیزور و نانوتکنولوژی اصول و مفاهیم اساسی در کاتالیز ناهمگن تأثیر شرایط آماده‌سازی و فعال‌سازی بر تشکیل سطح فعال کاتالیزورهای ناهمگن. واکنش های حساس به ساختار و غیر حساس به ساختار. ویژگی خواص ترمودینامیکی و جنبشی نانوذرات. الکتروکاتالیز. کاتالیز روی زئولیت ها و غربال های مولکولی کاتالیز غشایی
• . پلیمرها برای مواد ساختاری و برای سیستم های کاربردی. سیستم های پلیمری "هوشمند" که قادر به انجام عملکردهای پیچیده هستند. نمونه هایی از سیستم های "هوشمند" (سیالات پلیمری برای تولید روغن، پنجره های هوشمند، غشاهای نانوساختار برای سلول های سوختی). پلیمرهای زیستی به عنوان "هوشمندترین" سیستم ها. رویکرد بیومیمتیک طراحی توالی برای بهینه سازی خواص پلیمرهای "هوشمند". مشکلات تکامل مولکولی توالی ها در پلیمرهای زیستی.
• . وضعیت فعلی و مشکلات ایجاد مواد جدید برای منابع انرژی شیمیایی: سلول های سوختی اکسید جامد (SOFC) و باتری های لیتیومی در نظر گرفته شده است. عوامل ساختاری کلیدی که بر خواص ترکیبات معدنی مختلف تأثیر می‌گذارند، که امکان استفاده از آنها را به عنوان مواد الکترود تعیین می‌کنند، تجزیه و تحلیل می‌شوند: پروسکایت‌های پیچیده در SOFC و ترکیبات فلزات واسطه (اکسیدهای پیچیده و فسفات‌ها) در باتری‌های لیتیومی. مواد اصلی آند و کاتد مورد استفاده در باتری های لیتیومی و به عنوان نویدبخش شناخته می شوند: مزایا و محدودیت های آنها و همچنین امکان غلبه بر محدودیت ها با تغییرات جهت دار در ساختار اتمی و ریزساختار مواد کامپوزیتی با نانوساختار به منظور بهبود ویژگی های منابع جاری

برخی از موضوعات در فصول زیر کتاب (انتشارات بینوم) مورد بحث قرار گرفته است:

مواد گویا در نانوشیمی، خودآرایی و سطوح نانوساختار:

"کتاب های ویدئویی" علمی - محبوب:

فصول منتخب نانوشیمی و نانومواد کاربردی.

شاید برای مفهوم نانوتکنولوژی تعریف جامعی وجود نداشته باشد، اما بر اساس قیاس با میکروفناوری های موجود در حال حاضر، چنین استنباط می شود که نانوتکنولوژی ها فناوری هایی هستند که بر اساس مقادیری در حد یک نانومتر عمل می کنند. بنابراین، گذار از «میکرو» به «نانو» یک گذار کیفی از دستکاری ماده به دستکاری اتم های منفرد است. وقتی صحبت از توسعه فناوری نانو می شود، سه حوزه در ذهن وجود دارد: ساخت مدارهای الکترونیکی (از جمله مدارهای حجمی) با عناصر فعال که از نظر اندازه با مولکول ها و اتم ها قابل مقایسه هستند. توسعه و ساخت نانوماشین ها؛ دستکاری اتم ها و مولکول های منفرد و جمع آوری کلان اجسام از آنها. تحولات در این زمینه ها مدت زیادی است که ادامه داشته است. در سال 1981، یک میکروسکوپ تونلی ایجاد شد که امکان انتقال اتم های جداگانه را فراهم می کرد. اثر تونل یک پدیده کوانتومی نفوذ یک ریزذره از یک ناحیه حرکتی کلاسیک در دسترس به ناحیه دیگر است که با یک مانع بالقوه از اولین قسمت جدا شده است. اساس میکروسکوپ اختراع شده یک سوزن بسیار تیز است که روی سطح مورد مطالعه با شکاف کمتر از یک نانومتر می لغزد. در این حالت، الکترون‌ها از نوک سوزن از طریق این شکاف وارد زیرلایه می‌شوند.

با این حال، علاوه بر مطالعه سطح، ایجاد نوع جدیدی از میکروسکوپ، راه اساسی جدیدی را برای تشکیل عناصر به اندازه نانومتر باز کرد. نتایج منحصر به فردی در مورد حرکت اتم ها، حذف و رسوب آنها در یک نقطه مشخص و همچنین تحریک موضعی فرآیندهای شیمیایی به دست آمد. از آن زمان به بعد، این فناوری تا حد زیادی بهبود یافته است. امروزه از این دستاوردها در زندگی روزمره استفاده می شود: تولید هر دیسک لیزری و حتی بیشتر از آن، تولید دی وی دی بدون استفاده از روش های کنترل نانوتکنیکی غیرممکن است.

نانوشیمی سنتز مواد و مواد نانو پراکنده، تنظیم دگرگونی های شیمیایی اجسام به اندازه نانومتر، جلوگیری از تخریب شیمیایی نانوساختارها، روش های درمان بیماری ها با استفاده از نانوبلورها است.

زمینه های تحقیق در نانوشیمی به شرح زیر است:

• - توسعه روش‌هایی برای جمع‌آوری مولکول‌های بزرگ از اتم‌ها با استفاده از دستکاری‌کننده‌های نانو؛
• - مطالعه بازآرایی های درون مولکولی اتم ها تحت تأثیر مکانیکی، الکتریکی و مغناطیسی. سنتز نانوساختارها در جریان سیال فوق بحرانی. توسعه روش‌هایی برای مونتاژ مستقیم با تشکیل نانوساختارهای فراکتال، فریم سیمی، لوله‌ای و ستونی.
• - توسعه تئوری تکامل فیزیکی و شیمیایی مواد بسیار ریز و نانوساختارها. ایجاد راه هایی برای جلوگیری از تخریب شیمیایی نانوساختارها.
• - دستیابی به نانوکاتالیست های جدید برای صنایع شیمیایی و پتروشیمی. بررسی مکانیسم واکنش های کاتالیزوری بر روی نانوبلورها.
• - مطالعه مکانیسم‌های نانوبلورسازی در محیط‌های متخلخل در میدان‌های صوتی. سنتز نانوساختارها در بافت های بیولوژیکی؛ توسعه روش هایی برای درمان بیماری ها با تشکیل نانوساختارها در بافت های دارای آسیب شناسی.
• - مطالعه پدیده خودسازماندهی در گروه های نانوبلورها. جستجوی راه‌های جدید برای طولانی‌تر کردن تثبیت نانوساختارها توسط اصلاح‌کننده‌های شیمیایی.
• - نتیجه مورد انتظار طیف عملکردی ماشین ها خواهد بود که فراهم می کند:
• - روش شناسی برای مطالعه بازآرایی های درون مولکولی تحت تأثیرات موضعی روی مولکول ها.
• - کاتالیزورهای جدید برای صنایع شیمیایی و آزمایشگاه.
• - نانوکاتالیزورهای اکسید خاکی کمیاب و وانادیوم با طیف وسیعی از عملکرد.
• - روش برای جلوگیری از تخریب شیمیایی نانوساختارهای فنی؛
• - روش های پیش بینی تجزیه شیمیایی.
• - نانوداروها برای درمان و جراحی، آماده سازی مبتنی بر هیدروکسی آپاتیت برای دندانپزشکی.
• - روشی برای درمان بیماری های انکولوژیک با انجام نانوکریستالیزاسیون داخل توموری و اعمال میدان صوتی.
• - روش‌هایی برای ایجاد نانوساختارها با تجمع مستقیم نانوبلورها.
• - روشهای تنظیم سازمان فضایی نانوساختارها.
• - سنسورهای شیمیایی جدید با فاز فعال بسیار ریز؛ روش‌هایی برای افزایش حساسیت حسگرها با اصلاح شیمیایی

برنامه درسی دوره

شماره روزنامه	مطالب آموزشی
17	سخنرانی شماره 1.پشت پیشوند «نانو» چه چیزی پنهان شده است؟ علم نانو و نانو شیمی. اثر اندازه طبقه بندی نانو اشیاء(Eremin V.V., Drozdov A.A.)
18	سخنرانی شماره 2.روش‌های سنتز و مطالعه نانوذرات. طبقه بندی روش های سنتز نانوذرات. روش های شیمیایی سنتز ("پایین به بالا"). روشهای تجسم و تحقیق نانوذرات.(Eremin V.V., Drozdov A.A.)
19	سخنرانی شماره 3.نانوتکنولوژی. تحقیقات بنیادی و کاربردی: ارتباط بین علم نانو و فناوری نانو. نانو دستگاه های مکانیکی نانومواد مغناطیسی فناوری نانو در پزشکی توسعه فناوری نانو.(Eremin V.V., Drozdov A.A.) تست شماره 1(مهلت - 25 نوامبر 2009)
20	سخنرانی شماره 4.نانومواد کربنی اشکال آلوتروپیک کربن "نانو" هستند و نه "نانو". نانوالماس. فولرن ها و مشتقات آنها نانولوله ها، طبقه بندی و خواص آنها خواص عمومی نانوفرم های کربنی(Eremin V.V.)
21	سخنرانی شماره 5.نانومواد برای انرژی منابع انرژی سنتی و جایگزین نانومواد در پیل های سوختی نانومواد برای ذخیره هیدروژن(Eremin V.V.)
22	سخنرانی شماره 6.نانوکاتالیز. خواص عمومی کاتالیزورها طبقه بندی واکنش های کاتالیزوری اصول مکاتبات ساختاری و انرژی. کاتالیز بر روی نانوذرات و زئولیت ها(Eremin V.V.) تست شماره 2(مهلت - تا 30 دسامبر 2009)
23	سخنرانی شماره 7.نانو شیمی در مسائل المپیاد. 1. کارهای ساده روشهای بدست آوردن نانوذرات ساختار نانوذرات خواص نانوذرات(Eremin V.V.)
24	سخنرانی شماره 8.نانو شیمی در مسائل المپیاد. 2. مشکلات ترکیبی پیچیده. (Eremin V.V.)
کار نهایی گزارش مختصری از کار نهایی به همراه گواهی موسسه آموزشی باید حداکثر تا تاریخ 28 فوریه 2010 به دانشگاه آموزشی ارسال شود. (جزئیات بیشتر در مورد اثر نهایی پس از سخنرانی شماره 8 منتشر خواهد شد.)

V.V. EREMIN،
A.A. DROZDOV

سخنرانی شماره 1
پشت پیشوند «نانو» چه چیزی پنهان شده است؟

علم نانو و نانو شیمی

در سال‌های اخیر در سرفصل‌های روزنامه‌ها و مقالات مجلات به‌طور فزاینده‌ای با کلماتی مواجه می‌شویم که با پیشوند «نانو» شروع می‌شوند. در رادیو و تلویزیون، تقریباً هر روز از چشم انداز توسعه فناوری نانو و اولین نتایج به دست آمده مطلع می شویم. کلمه نانو به چه معناست؟ از کلمه لاتین آمده است نانوس- "کوتوله" و به معنای واقعی کلمه اندازه ذرات کوچک را نشان می دهد. دانشمندان در پیشوند "نانو" معنای دقیق تری، یعنی یک میلیاردم بخش، قرار داده اند. برای مثال، یک نانومتر یک میلیاردم متر یا 0.000.000.001 متر (10-9 متر) است.

چرا مقیاس نانو توجه دانشمندان را به خود جلب کرد؟ بیایید یک آزمایش فکری انجام دهیم. یک مکعب طلا را با لبه 1 متر تصور کنید که 19.3 تن وزن دارد و دارای تعداد زیادی اتم است. بیایید این مکعب را به هشت قسمت مساوی تقسیم کنیم. هر یک از آنها مکعبی است که لبه آن نصف اندازه اصلی است. سطح کل دو برابر شده است. با این حال، خواص خود فلز در این مورد تغییر نمی کند (شکل 1). ما این روند را بیشتر ادامه خواهیم داد. به محض اینکه طول لبه مکعب به اندازه مولکول های بزرگ نزدیک شود، خواص ماده کاملاً متفاوت می شود. ما به سطح نانو رسیده ایم، یعنی. نانوذرات طلای مکعبی به دست آورد. آنها دارای سطح کلی بزرگی هستند که منجر به بسیاری از خواص غیرعادی می شود و آنها را به هیچ وجه شبیه طلای معمولی نمی کند. به عنوان مثال، نانوذرات طلا می توانند به طور مساوی در آب توزیع شوند و یک محلول کلوئیدی - یک سل تشکیل دهند. بسته به اندازه ذرات، سل طلا ممکن است رنگ نارنجی، بنفش، قرمز یا حتی سبز داشته باشد (شکل 2).

تاریخچه تهیه نمک طلا با احیای ترکیبات شیمیایی آن ریشه در گذشته های دور دارد. این احتمال وجود دارد که آنها «اکسیر حیات» باشند که گذشتگان ذکر کرده اند و از طلا به دست آمده اند. پزشک معروف پاراسلسوس که در قرن شانزدهم می زیسته از تهیه «طلای محلول» و استفاده از آن در پزشکی یاد می کند. تحقیقات علمی روی طلای کلوئیدی تنها در قرن نوزدهم آغاز شد. جالب اینجاست که برخی از محلول های تهیه شده در آن زمان هنوز حفظ شده اند. در سال 1857، فیزیکدان انگلیسی M. Faraday ثابت کرد که رنگ روشن محلول به دلیل ذرات کوچک طلا در حالت تعلیق است. در حال حاضر، طلای کلوئیدی از اسید کلرواوریک با احیاء با بوروهیدرید سدیم در تولوئن به همراه یک سورفکتانت اضافه شده به آن به دست می‌آید که باعث افزایش پایداری سل می‌شود (به سخنرانی شماره 7، کار 1 مراجعه کنید).

توجه داشته باشید که چنین رویکردی برای به دست آوردن نانوذرات از اتم های منفرد، به عنوان مثال. از نظر اندازه از پایین به بالا، که اغلب صعودی نامیده می شود (انگلیسی - پایین به بالا). این ویژگی روش های شیمیایی برای سنتز نانوذرات است. در آزمایش فکری که در مورد تقسیم یک شمش طلا توضیح دادیم، رویکرد مخالف را در پیش گرفتیم - از بالا به پایین ( بالا پایین) که بر اساس تکه تکه شدن ذرات است، به عنوان یک قاعده، با روش های فیزیکی (شکل 3).

ما می توانیم با نانوذرات طلا نه تنها در آزمایشگاه شیمی، بلکه در موزه نیز ملاقات کنیم. ورود مقدار کمی از ترکیبات طلا به شیشه مذاب منجر به تجزیه آنها با تشکیل نانوذرات می شود. آنها هستند که به شیشه آن رنگ قرمز روشن می دهند که به آن "یقوت طلایی" می گویند.

قرن ها پیش بشر با مواد حاوی نانو اشیاء آشنا شد. در سوریه (در پایتخت آن دمشق و سایر شهرها) در قرون وسطی یاد گرفتند که چگونه تیغه ها و شمشیرهای قوی، تیز و پر صدا بسازند. راز ساخت فولاد دمشق برای سالیان متمادی توسط استادان در پنهانی عمیق به یکدیگر منتقل می شد. فولاد تسلیحاتی که از نظر خواص کمتر از دمشق نبود، در کشورهای دیگر - در هند و ژاپن - نیز تهیه شد. تجزیه و تحلیل کمی و کیفی چنین فولادهایی به دانشمندان اجازه نمی دهد که خواص منحصر به فرد این مواد را توضیح دهند. مانند فولاد معمولی، همراه با آهن، کربن به مقدار حدود 1.5 درصد وزنی دارند. در ترکیب فولاد دمشق، ناخالصی های فلزی نیز یافت شد، به عنوان مثال، منگنز، که همراه با آهن در برخی از سنگ معدن است، و سیمانیت، کاربید آهن Fe 3 C، که در طی برهمکنش آهن با زغال سنگ در فرآیند بازیابی آن از سنگ معدن تشکیل شده است. . با این حال، دانشمندان با تهیه فولاد با ترکیب کمی دقیقاً مشابه دمشق، نتوانستند خواصی را که در اصل ذاتی است به دست آورند.

هنگام تجزیه و تحلیل یک ماده، قبل از هر چیز لازم است به ساختار آن توجه شود! دانشمندان آلمانی پس از حل کردن یک قطعه فولاد دمشق در اسید کلریدریک دریافتند که کربن موجود در آن، تکه های گرافیت معمولی را تشکیل نمی دهد، بلکه کربن را تشکیل می دهد. نانولوله ها. این نام ذراتی است که از چرخاندن یک یا چند لایه گرافیت در یک استوانه به دست می آیند. در داخل نانولوله ها حفره هایی وجود دارد که در فولاد دمشق با سمنتیت پر شده است. نازک ترین رشته های این ماده نانولوله های مجزا را به یکدیگر متصل می کند و به ماده استحکام، ویسکوزیته و خاصیت ارتجاعی فوق العاده ای می بخشد. اکنون آنها یاد گرفته‌اند که چگونه نانولوله‌های کربنی را در مقادیر زیاد تولید کنند، اما اینکه چگونه "تکنولوژیست‌های" قرون وسطایی موفق به دستیابی به آنها شده‌اند هنوز یک راز است. دانشمندان پیشنهاد می‌کنند که تشکیل نانولوله‌هایی از زغال سنگ، که از یک درخت در حال سوختن به فولاد می‌افتد، توسط برخی ناخالصی‌ها و یک رژیم دمایی خاص با گرم کردن و سرد کردن مکرر محصول تسهیل شده است. این دقیقاً رازی بود که در طول سالها گم شد و صنعتگران صاحب آن بودند.

همانطور که می بینیم، خواص یک نانو ماده و یک نانو ماده به طور قابل توجهی با خواص اجسامی با ترکیب کمی و کیفی یکسان، اما فاقد نانوذرات متفاوت است.

در قرون وسطی، ایجاد موادی که امروزه آنها را نانومواد می‌نامیم، به صورت تجربی مورد توجه قرار گرفت، یعنی. از طریق چندین سال تجربه، که بسیاری از آنها با شکست به پایان رسید. صنعتگران به معنای اعمالی که انجام می دادند فکر نمی کردند، حتی تصور ابتدایی در مورد ساختار این مواد و مواد نداشتند. در حال حاضر، ایجاد نانومواد به موضوع فعالیت علمی تبدیل شده است. زبان علمی قبلاً اصطلاح "نانو علم" را ایجاد کرده است (Eng. علم نانو) که بیانگر ناحیه مورد مطالعه ذرات نانومتری است. از آنجایی که از نظر آوایی زبان روسی این نام چندان موفق نیست، می توانید از یکی دیگر، همچنین به طور کلی پذیرفته شده - "علم در مقیاس نانو" استفاده کنید (eng. - علم در مقیاس نانو).

علم نانو در تقاطع شیمی، فیزیک، علم مواد و فناوری کامپیوتر در حال توسعه است. کاربردهای زیادی دارد. انتظار می‌رود استفاده از نانومواد در الکترونیک ظرفیت دستگاه‌های ذخیره‌سازی را تا هزار برابر افزایش دهد و در نتیجه اندازه آنها را کاهش دهد. ثابت شده است که ورود نانوذرات طلا به بدن در ترکیب با تابش اشعه ایکس از رشد سلول های سرطانی جلوگیری می کند. جالب اینجاست که خود نانوذرات طلا اثر شفابخشی ندارند. نقش آنها به جذب اشعه ایکس و هدایت آن به تومور کاهش می یابد.

پزشکان همچنین منتظر تکمیل آزمایشات بالینی حسگرهای زیستی برای تشخیص بیماری های سرطانی هستند. در حال حاضر از نانوذرات برای رساندن دارو به بافت‌های بدن و افزایش کارایی جذب داروهای کم محلول استفاده می‌شود. استفاده از نانوذرات نقره در فیلم های بسته بندی می تواند عمر مفید محصولات را افزایش دهد. نانوذرات در انواع جدیدی از سلول های خورشیدی و سلول های سوختی استفاده می شوند - دستگاه هایی که انرژی احتراق سوخت را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. در آینده، استفاده از آنها امکان رها کردن احتراق سوخت های هیدروکربنی در نیروگاه های حرارتی و موتورهای احتراق داخلی وسایل نقلیه را فراهم می کند - و این آنها هستند که بیشترین سهم را در بدتر شدن وضعیت زیست محیطی در سیاره ما دارند. بنابراین نانوذرات وظیفه ایجاد مواد سازگار با محیط زیست و راه های تولید انرژی را بر عهده دارند.

وظایف علم نانو به مطالعه خواص مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی، نوری و شیمیایی نانو اشیاء - مواد و مواد خلاصه می شود. نانو شیمیبه عنوان یکی از اجزای علم نانو، به توسعه روش های سنتز و مطالعه خواص شیمیایی نانو اشیاء مشغول است. از آنجایی که نانو اجسام بخشی از بسیاری از مواد هستند، ارتباط نزدیکی با علم مواد دارد. کاربردهای پزشکی نانوشیمی بسیار مهم است، از جمله سنتز مواد مرتبط با پروتئین های طبیعی یا نانوکپسول هایی که برای حمل دارو استفاده می شوند.

دستاوردهای علم نانو مبنای توسعه است فناوری نانو- فرآیندهای تکنولوژیکی تولید و کاربرد اشیاء نانو. فناوری نانو با نمونه هایی از صنایع شیمیایی که در درس شیمی مدارس در نظر گرفته می شوند، اشتراک چندانی ندارند. این تعجب آور نیست - به هر حال، نانوتکنولوژیست ها باید اجسام با اندازه 1 تا 100 نانومتر را دستکاری کنند، یعنی. داشتن اندازه مولکول های بزرگ منفرد.

تعریف دقیقی از نانوتکنولوژی وجود دارد: این مجموعه ای از روش ها و تکنیک های مورد استفاده در مطالعه، طراحی، تولید و استفاده از سازه ها، دستگاه ها و سیستم ها، از جمله کنترل هدفمند و اصلاح شکل، اندازه، یکپارچگی و تعامل عناصر تشکیل دهنده در مقیاس نانو (1 تا 100 نانومتر) است. برای به دست آوردن اجسام با خواص فیزیکی و بیولوژیکی شیمیایی جدید.نکته کلیدی در این تعریف قسمت آخر است که تاکید می کند وظیفه اصلی نانوتکنولوژی به دست آوردن اشیایی با خواص جدید است.

جلوه بعدی

نانوذرات معمولاً به اجسامی گفته می شود که از اتم، یون یا مولکول تشکیل شده و اندازه آنها کمتر از 100 نانومتر است. ذرات فلزی یک نمونه است. قبلاً در مورد نانو ذرات طلا صحبت کرده ایم. و در عکاسی سیاه و سفید، وقتی نور به فیلم برخورد می کند، برمید نقره تجزیه می شود. منجر به ظهور ذرات نقره فلزی می شود که از چند ده یا صدها اتم تشکیل شده است. از زمان های قدیم، مشخص شده است که آب در تماس با نقره می تواند باکتری های بیماری زا را از بین ببرد. قدرت شفابخشی چنین آبی با محتوای کوچکترین ذرات نقره در آن توضیح داده می شود، اینها نانوذرات هستند! این ذرات به دلیل اندازه کوچکشان از نظر خصوصیات هم از اتم های منفرد و هم از مواد توده ای متشکل از میلیاردها میلیارد اتم، مانند شمش نقره، متفاوت هستند.

مشخص است که بسیاری از خواص فیزیکی یک ماده مانند رنگ، هدایت حرارتی و الکتریکی و نقطه ذوب آن به اندازه ذرات بستگی دارد. به عنوان مثال، دمای ذوب نانوذرات طلا با اندازه 5 نانومتر 250 درجه کمتر از دمای ذوب طلای معمولی است (شکل 4). با افزایش اندازه نانوذرات طلا، نقطه ذوب افزایش می یابد و به مقدار 1337 کلوین می رسد که برای یک ماده معمولی (که فاز توده یا ماکروفاز نیز نامیده می شود) معمول است.

شیشه زمانی رنگ می گیرد که دارای ذراتی باشد که ابعاد آنها با طول موج نور مرئی قابل مقایسه باشد، یعنی. در اندازه نانو هستند. این موضوع رنگ روشن پنجره‌های رنگی قرون وسطایی را توضیح می‌دهد که حاوی اندازه‌های مختلفی از نانوذرات فلزی یا اکسیدهای آن‌ها هستند. و هدایت الکتریکی یک ماده با میانگین مسیر آزاد تعیین می شود - فاصله ای که یک الکترون بین دو برخورد با اتم ها طی می کند. همچنین در نانومتر اندازه گیری می شود. اگر اندازه یک نانوذره فلزی کمتر از این فاصله باشد، باید انتظار داشت که خواص الکتریکی خاصی در ماده ظاهر شود که مشخصه یک فلز معمولی نیست.

بنابراین، نانو اشیاء نه تنها با اندازه کوچکشان مشخص می شوند، بلکه با خواص ویژه ای که از خود نشان می دهند و به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از مواد عمل می کنند، مشخص می شوند. به عنوان مثال، رنگ شیشه "یاقوت طلایی" یا محلول کلوئیدی طلا نه توسط یک نانوذره طلا، بلکه توسط مجموعه آنها ایجاد می شود، یعنی. تعداد زیادی ذرات که در فاصله معینی از یکدیگر قرار دارند.

نانوذرات مجزا که حاوی بیش از 1000 اتم نباشند نامیده می شوند نانو خوشه ها. خواص چنین ذرات به طور قابل توجهی با خواص یک کریستال که حاوی تعداد زیادی اتم است متفاوت است. این به دلیل نقش ویژه سطح است. در واقع، واکنش‌هایی که شامل جامدات می‌شوند در حجم اتفاق نمی‌افتند، بلکه روی سطح اتفاق می‌افتند. یک مثال برهمکنش روی با اسید هیدروکلریک است. اگر دقت کنید، می‌بینید که حباب‌های هیدروژن روی سطح روی تشکیل می‌شوند و اتم‌های واقع در عمق در واکنش شرکت نمی‌کنند. اتم هایی که روی سطح قرار دارند انرژی بیشتری دارند، زیرا. آنها همسایگان کمتری در شبکه کریستالی دارند. کاهش تدریجی اندازه ذرات منجر به افزایش سطح کل، افزایش کسر اتم ها در سطح (شکل 5) و افزایش نقش انرژی سطح می شود. به ویژه در نانو خوشه ها، جایی که بیشتر اتم ها روی سطح هستند، بسیار زیاد است. بنابراین، جای تعجب نیست که مثلاً نانوگلد چند برابر طلای معمولی از نظر شیمیایی فعالتر است. به عنوان مثال، نانوذرات طلا حاوی 55 اتم (قطر 1.4 نانومتر) که روی سطح TiO 2 رسوب کرده اند، به عنوان کاتالیزور خوبی برای اکسیداسیون انتخابی استایرن با اکسیژن اتمسفر به بنزآلدئید عمل می کنند. طبیعت, 2008):

C 6 H 5 -CH \u003d CH 2 + O 2 -> C 6 H 5 -CH \u003d O + H 2 O،

در حالی که ذرات با قطر بیش از 2 نانومتر و حتی بیشتر از آن طلای معمولی، اصلاً فعالیت کاتالیزوری نشان نمی دهند.

آلومینیوم در هوا پایدار است و نانوذرات آلومینیوم فوراً توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شوند و به اکسید Al 2 O 3 تبدیل می شوند. مطالعات نشان داده است که نانوذرات آلومینیوم با قطر 80 نانومتر در هوا با لایه اکسیدی به ضخامت 3 تا 5 نانومتر رشد می‌کنند. مثال دیگر: معروف است که نقره معمولی در اسیدهای رقیق (به جز نیتریک) نامحلول است. با این حال، نانوذرات نقره بسیار کوچک (بیش از 5 اتم) با آزاد شدن هیدروژن حتی در اسیدهای ضعیف مانند اسید استیک حل می شوند، برای این کار کافی است اسیدیته محلول pH = 5 ایجاد شود (به سخنرانی شماره 8 مراجعه کنید. ، وظیفه 4).

وابستگی خواص فیزیکی و شیمیایی نانوذرات به اندازه آنها نامیده می شود اثر اندازه. این یکی از مهمترین اثرات در نانوشیمی است. او قبلاً توضیحی نظری از دیدگاه علم کلاسیک پیدا کرده است، یعنی ترمودینامیک شیمیایی. بنابراین، وابستگی نقطه ذوب به اندازه با این واقعیت توضیح داده می شود که اتم های داخل نانوذرات فشار سطحی اضافی را تجربه می کنند، که انرژی گیبس آنها را تغییر می دهد (به سخنرانی شماره 8، کار 5 مراجعه کنید). با تجزیه و تحلیل وابستگی انرژی گیبس به فشار و دما، می توان به راحتی معادله ای را به دست آورد که دمای ذوب و شعاع نانوذرات را در بر می گیرد که به آن معادله گیبس-تامسون می گویند:

جایی که تی pl ( r) دمای ذوب یک نانو جسم با شعاع نانوذرات است r, تی pl () - نقطه ذوب فلز معمولی (فاز حجیم)، جامد-l - کشش سطحی بین فاز مایع و جامد، اچ pl گرمای ویژه همجوشی است، تلویزیون چگالی جامد است.

با استفاده از این معادله، می توان تخمین زد که خواص نانوفاز از چه اندازه با خواص یک ماده معمولی متفاوت است. به عنوان یک معیار، اختلاف نقطه ذوب 1٪ را در نظر می گیریم (برای طلا، این حدود 14 درجه سانتیگراد است). در "مرجع شیمیایی مختصر" (نویسندگان - V.A. Rabinovich، Z.Ya. Khavin) برای طلا پیدا می کنیم: اچ pl \u003d 12.55 کیلوژول / مول \u003d 63.71 J / g، تلویزیون \u003d 19.3 گرم / سانتی متر 3. در ادبیات علمی برای کشش سطحی، مقدار جامد-l \u003d 0.55 N / m \u003d 5.5-10 -5 J / cm 2 آورده شده است. بیایید نابرابری را با این داده ها حل کنیم:

این تخمین، اگرچه نسبتاً خشن است، اما به خوبی با مقدار 100 نانومتر، که معمولاً در مورد اندازه محدود نانوذرات صحبت می‌شود، همبستگی دارد. البته، در اینجا ما وابستگی گرمای همجوشی به دما و کشش سطحی به اندازه ذرات را در نظر نگرفتیم و اثر اخیر می تواند کاملاً قابل توجه باشد، همانطور که نتایج تحقیقات علمی نشان می دهد.

بسیاری از نمونه های دیگر از اثر اندازه با محاسبات و توضیحات کیفی در سخنرانی های #7 و #8 ارائه خواهد شد.

طبقه بندی نانو اشیاء

روش های مختلفی برای طبقه بندی نانو اشیاء وجود دارد. با توجه به ساده ترین آنها، همه نانو اشیاء به دو کلاس بزرگ - جامد ("خارجی") و متخلخل ("داخلی") (طرح) تقسیم می شوند.

طرح

طبقه بندی نانو اشیاء
(برگرفته از سخنرانی پروفسور B.V. Romanovsky)

اجسام جامد بر اساس ابعاد طبقه بندی می شوند: 1) ساختارهای سه بعدی (3 بعدی) که به آنها نانوخوشه می گویند. خوشه- انباشت، دسته)؛ 2) اشیاء مسطح دو بعدی (2 بعدی) - نانوفیلم. 3) ساختارهای خطی یک بعدی (1D) - نانوسیم ها یا نانوسیم ها (نانوسیم); 4) اجسام صفر بعدی (0D) - نانو نقطه ها یا نقاط کوانتومی. ساختارهای متخلخل شامل نانولوله ها (به سخنرانی 4 مراجعه کنید) و مواد نانومتخلخل مانند سیلیکات های آمورف (به سخنرانی شماره 8، وظیفه 2 مراجعه کنید).

البته، این طبقه بندی، مانند هر طبقه بندی دیگر، جامع نیست. این طبقه نسبتاً مهمی از نانوذرات - دانه های مولکولی به دست آمده با روش های شیمی فوق مولکولی را پوشش نمی دهد. در سخنرانی بعدی به آن خواهیم پرداخت.

برخی از ساختارهایی که به طور فعال مورد مطالعه قرار گرفته اند عبارتند از نانو خوشه ها- از اتم های فلز یا مولکول های نسبتا ساده تشکیل شده است. از آنجایی که ویژگی‌های خوشه‌ها به شدت به اندازه آنها (اثر اندازه) بستگی دارد، طبقه‌بندی خاص آنها - بر اساس اندازه (جدول) - برای آنها ایجاد شده است.

جدول

طبقه بندی نانو خوشه های فلزی بر اساس اندازه
(برگرفته از سخنرانی پروفسور B.V. Romanovsky)

تعداد اتم های یک نانو خوشه	قطر، نانومتر	کسر اتم روی سطح، %	تعداد لایه های داخلی	نوع خوشه
1	0,24 – 0,34	100	0	–
2	0,45 – 0,60	100	0	–
3 – 12	0,55 – 0,80	100	0	کم اهمیت
13 – 100	0,8 – 2,0	92 – 63	1 – 3	وسط
10 2 – 10 4	2 – 10	63 – 15	4 – 18	بزرگ
10 4 – 10 5	10 – 30	15 – 2	> 18	غول
> 10 6	> 30	< 2	زیاد	کلوئیدی ذره

مشخص شد که شکل نانو خوشه ها به طور قابل توجهی به اندازه آنها بستگی دارد، به خصوص برای تعداد کمی از اتم ها. نتایج مطالعات تجربی همراه با محاسبات نظری نشان داد که نانوخوشه‌های طلا حاوی 13 و 14 اتم دارای ساختار مسطح، در مورد 16 اتم ساختار سه‌بعدی و در مورد 20 اتم یک چهره تشکیل می‌دهند. سلول مکعبی متمرکز شبیه ساختار طلای معمولی. به نظر می رسد که با افزایش بیشتر تعداد اتم ها، این ساختار باید حفظ شود. با این حال، اینطور نیست. ذره ای متشکل از 24 اتم طلا در فاز گاز شکل کشیده و غیرمعمولی دارد (شکل 6). با استفاده از روش‌های شیمیایی، می‌توان مولکول‌های دیگری را به خوشه‌هایی از سطح متصل کرد که می‌توانند آنها را در ساختارهای پیچیده‌تری سازمان‌دهی کنند. مشخص شد که نانوذرات طلا با قطعاتی از مولکول‌های پلی استایرن ترکیب می‌شوند [–CH2–CH(C6H5)–] nیا پلی اتیلن اکسید (–CH 2 CH 2 O–) nهنگامی که آنها وارد آب می شوند، توسط قطعات پلی استایرن خود به دانه های استوانه ای شبیه ذرات کلوئیدی - میسل ترکیب می شوند و طول برخی از آنها به 1000 نانومتر می رسد. دانشمندان پیشنهاد می کنند که از چنین اشیایی می توان به عنوان داروهای ضد سرطان و کاتالیزور استفاده کرد.

از پلیمرهای طبیعی مانند ژلاتین یا آگار آگار نیز به عنوان موادی استفاده می شود که نانوذرات طلا را به محلول منتقل می کند. با تصفیه آنها با اسید کلرواوریک یا نمک آن و سپس با یک عامل احیا کننده، نانو پودرهایی به دست می آیند که با تشکیل محلول های قرمز روشن حاوی ذرات طلای کلوئیدی محلول در آب هستند. (برای جزئیات بیشتر در مورد ساختار و خواص نانوخوشه های فلزی، به سخنرانی شماره 7، وظایف 1 و 4 مراجعه کنید.)

جالب اینجاست که نانوخوشه ها حتی در آب معمولی نیز وجود دارند. آنها توده ای از مولکول های آب جداگانه هستند که توسط پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل شده اند. محاسبه شده است که در بخار آب اشباع شده در دمای اتاق و فشار اتمسفر، 10000 (H 2 O ) 2 دایمر، 10 تریمر حلقوی (H 2 O ) 3 و یک تترامر (H 2 O ) 4 در هر 10 میلیون تک مولکول آب وجود دارد. . در آب مایع، ذرات با وزن مولکولی بسیار بزرگتر که از چند ده و حتی صدها مولکول آب تشکیل شده اند نیز یافت شده است. برخی از آنها در چندین تغییر ایزومری وجود دارند که در شکل و ترتیب اتصال مولکول های جداگانه متفاوت است. به خصوص بسیاری از خوشه ها در آب در دمای پایین، نزدیک به نقطه ذوب یافت می شوند. چنین آبی با خواص ویژه مشخص می شود - در مقایسه با یخ چگالی بالاتری دارد و بهتر توسط گیاهان جذب می شود. این مثال دیگری از این واقعیت است که خواص یک ماده نه تنها با ترکیب کیفی یا کمی آن تعیین می شود، یعنی. فرمول شیمیایی، بلکه ساختار آن، از جمله در سطح نانو.

در میان سایر نانو اشیاء، نانولوله ها به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته اند. این نامی است که به سازه های استوانه ای ماندگار با ابعاد چند نانومتر داده شده است. نانولوله های کربنی برای اولین بار در سال 1951 توسط فیزیکدانان شوروی ال. و. رادوشکویچ و وی. ام. لوکیانوویچ کشف شدند، اما انتشار آنها که یک سال بعد در یک مجله علمی داخلی منتشر شد، مورد توجه قرار نگرفت. علاقه به آنها دوباره پس از کار محققان خارجی در دهه 1990 افزایش یافت. نانولوله های کربنی صد برابر قوی تر از فولاد هستند و بسیاری از آنها رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته هستند. ما قبلاً در مورد تیغه های دمشق به آنها اشاره کردیم. در سخنرانی شماره 4 با نانولوله های کربنی بیشتر آشنا خواهید شد.

اخیراً دانشمندان موفق به سنتز نانولوله هایی از نیترید بور و همچنین برخی فلزات مانند طلا شده اند (شکل 7، ص را ببینید. چهارده). از نظر استحکام، آنها به طور قابل توجهی پایین تر از کربن هستند، اما، به دلیل قطر بسیار بزرگتر، می توانند مولکول های نسبتاً بزرگی را نیز شامل شوند. برای به دست آوردن نانولوله های طلا، گرمایش لازم نیست - تمام عملیات در دمای اتاق انجام می شود. محلول کلوئیدی طلا با اندازه ذرات 14 نانومتر از یک ستون پر از آلومینا متخلخل عبور داده می شود. در این حالت، خوشه‌های طلا در منافذ موجود در ساختار اکسید آلومینیوم گیر می‌کنند و به نانولوله‌ها با یکدیگر متحد می‌شوند. برای آزاد کردن نانولوله‌های تشکیل‌شده از اکسید آلومینیوم، پودر با اسید پردازش می‌شود - اکسید آلومینیوم حل می‌شود و نانولوله‌های طلا در پایین ظرف می‌نشینند و شبیه جلبک‌ها در یک میکروگراف هستند.

نمونه ای از نانو اجسام تک بعدی هستند نانو نخ ها، یا نانوسیم ها- این نام نانوساختارهای توسعه یافته با سطح مقطع کمتر از 10 نانومتر است. با این مرتبه بزرگی، جسم شروع به نشان دادن ویژگی‌های کوانتومی خاص می‌کند. اجازه دهید یک نانوسیم مسی به طول 10 سانتی متر و قطر 3.6 نانومتر را با همان سیم، اما 0.5 میلی متر قطر مقایسه کنیم. اندازه یک سیم معمولی چندین برابر بیشتر از فاصله بین اتم ها است، بنابراین الکترون ها آزادانه در همه جهات حرکت می کنند. در یک نانوسیم، الکترون‌ها می‌توانند آزادانه تنها در یک جهت حرکت کنند - در طول سیم، اما نه در عرض، زیرا قطر آن تنها چند برابر فاصله بین اتم ها است. فیزیکدانان می‌گویند که در نانوسیم، الکترون‌ها در جهات عرضی و در جهت‌های طولی غیرمحلی هستند.

نانوسیم های شناخته شده فلزات (نیکل، طلا، مس) و نیمه هادی ها (سیلیکون)، دی الکتریک ها (اکسید سیلیکون). برهمکنش آهسته بخار سیلیکون با اکسیژن در شرایط خاص، به دست آوردن نانوسیم‌های اکسید سیلیکون را ممکن می‌سازد، که مانند شاخه‌ها، تشکیلات سیلیس کروی شبیه به گیلاس روی آنها آویزان است. اندازه چنین "توت" تنها 20 میکرون (μm) است. نانوسیم‌های مولکولی تا حدودی از هم جدا هستند که نمونه‌ای از آن‌ها مولکول DNA است - نگهدارنده اطلاعات ارثی. تعداد کمی از نانوسیم های مولکولی معدنی سولفیدهای مولیبدن یا سلنیدها هستند. بخشی از ساختار یکی از این ترکیبات در شکل نشان داده شده است. 8. با تشکر از حضور د-الکترون ها در اتم های مولیبدن و همپوشانی تا حدی پر شده است داوربیتال این ماده جریان الکتریکی را هدایت می کند.

تحقیقات روی نانوسیم ها در حال حاضر در سطح آزمایشگاهی در حال انجام است. با این حال، از قبل مشخص است که آنها هنگام ایجاد رایانه های نسل جدید مورد تقاضا خواهند بود. نانوسیم های نیمه هادی، مانند نیمه هادی های معمولی، می توانند دوپینگ شوند** آر- یا n-نوع در حال حاضر بر اساس نانوسیم ها ایجاد شده است پ–n-انتقال با اندازه غیرمعمول کوچک. بنابراین، پایه های توسعه نانوالکترونیک به تدریج ایجاد می شود.

استحکام بالای نانوالیاف این امکان را به وجود می آورد که مواد مختلف از جمله پلیمرها را به منظور افزایش سفتی آنها تقویت کرد. و جایگزینی آند کربن سنتی در باتری‌های لیتیوم یونی با یک آند فولادی با پوشش نانوسیم‌های سیلیکونی امکان افزایش ظرفیت این منبع جریان را تا حدی فراهم کرد.

نمونه ای از نانو اجسام دو بعدی هستند نانوفیلم ها. به دلیل ضخامت بسیار کمی که دارند (فقط یک یا دو مولکول)، نور را از خود عبور می دهند و برای چشم نامرئی هستند. نانوپوشش های پلیمری ساخته شده از پلی استایرن و سایر پلیمرها به طور قابل اعتمادی از بسیاری از اقلام مورد استفاده در زندگی روزمره محافظت می کند - صفحه نمایش کامپیوتر، پنجره های تلفن همراه، لنزهای عینک.

تک نانوکریستال های نیمه هادی (به عنوان مثال، سولفید روی ZnS یا سلنید کادمیوم CdSe) تا اندازه 10 تا 50 نانومتر نامیده می شوند. نقاط کوانتومی. آنها به عنوان اجسام نانوبعدی صفر در نظر گرفته می شوند. چنین نانو اجسامی از صد تا صد هزار اتم دارند. هنگامی که یک نیمه رسانای کوانتومی تحت تابش قرار می گیرد، یک جفت "الکترون-حفره" (اکسیتون) ظاهر می شود که حرکت آن در یک نقطه کوانتومی در همه جهات محدود است. به همین دلیل، سطوح انرژی اکسایتون گسسته است. با عبور از حالت برانگیخته به حالت پایه، نقطه کوانتومی نور ساطع می کند و طول موج به اندازه نقطه بستگی دارد. این توانایی برای توسعه لیزرها و نمایشگرهای نسل بعدی استفاده می شود. نقاط کوانتومی همچنین می توانند به عنوان برچسب های بیولوژیکی (نشانگر) استفاده شوند و آنها را به پروتئین های خاصی متصل می کند. کادمیوم نسبتاً سمی است، بنابراین، در تولید نقاط کوانتومی بر اساس سلنید کادمیوم، آنها با یک پوسته محافظ سولفید روی پوشانده می شوند. و برای به دست آوردن نقاط کوانتومی محلول در آب، که برای کاربردهای بیولوژیکی ضروری است، روی با لیگاندهای آلی کوچک ترکیب می شود.

دنیای نانوساختارهایی که قبلاً توسط دانشمندان ایجاد شده است بسیار غنی و متنوع است. در آن می توانید آنالوگ های تقریباً تمام اشیاء کلان دنیای معمولی ما را پیدا کنید. گیاهان و جانوران خاص خود، مناظر ماه و هزارتوهای خاص خود، هرج و مرج و نظم خود را دارد. مجموعه بزرگی از تصاویر مختلف از نانوساختارها در www.nanometer.ru موجود است. آیا همه اینها کاربرد عملی پیدا می کند؟ البته که نه. علم نانو هنوز خیلی جوان است - فقط حدود 20 سال سن دارد! و مانند هر ارگانیسم جوانی، خیلی سریع رشد می کند و تازه شروع به سودمندی می کند. تاکنون تنها بخش کوچکی از دستاوردهای علم نانو به سطح فناوری نانو رسیده است، اما درصد پیاده‌سازی دائماً در حال افزایش است و چند دهه دیگر فرزندان ما گیج خواهند شد - چگونه می‌توانستیم بدون فناوری نانو وجود داشته باشیم!

سوالات

1. علم نانو به چه چیزی گفته می شود؟ نانوتکنولوژی؟

2. در مورد عبارت "هر ماده ای یک سطح نانویی دارد" نظر دهید.

3. جایگاه نانو شیمی را در علم نانو توضیح دهید.

4. با استفاده از اطلاعات داده شده در متن سخنرانی، تعداد اتم های طلا را در 1 متر مکعب و در 1 نانومتر 3 تخمین بزنید.

پاسخ. 5,9 10 28 ; 59.

5. یکی از بنیانگذاران علم نانو، فیزیکدان آمریکایی، آر. فاینمن، در مورد امکان نظری دستکاری مکانیکی اتم های منفرد، در سال 1959 این جمله را گفت که معروف شد: "فضای زیادی در پایین وجود دارد". ("در پایین فضای زیادی وجود دارد"). اظهارات دانشمند را چگونه می فهمید؟

6. تفاوت بین روش های فیزیکی و شیمیایی بدست آوردن نانوذرات چیست؟

7. معنی اصطلاحات: نانوذره، خوشه، نانولوله، نانوسیم، نانوفیلم، نانوپودر، نقطه کوانتومی را توضیح دهید.

8. معنی اصطلاح اثر اندازه را توضیح دهید. چه خواصی را نشان می دهد؟

9. نانو پودر مس برخلاف سیم مسی به سرعت در اسید هیدرویدیک حل می شود. چگونه آن را توضیح دهیم؟

10. چرا رنگ محلول های کلوئیدی طلا حاوی نانوذرات با رنگ فلز معمولی متفاوت است؟

11. شعاع یک نانوذره طلای کروی 1.5 نانومتر، شعاع اتم طلا 0.15 نانومتر است. تخمین بزنید که چند اتم طلا در یک نانوذره وجود دارد.

پاسخ. 1000.

12. ذره Au 55 متعلق به چه نوع خوشه هایی است؟

13. علاوه بر بنزآلدئید، چه محصولات دیگری در طی اکسیداسیون استایرن با اکسیژن اتمسفر ایجاد می شود؟

14. شباهت ها و تفاوت های بین آب به دست آمده از ذوب یخ و آبی که از تراکم بخار ایجاد می شود چیست؟

15. نمونه هایی از نانو اشیاء با ابعاد 3 را ذکر کنید. 2 یک 0.

ادبیات

نانوتکنولوژی ها ABC برای همه اد. آکادمی یو.د.ترتیاکوف. مسکو: فیزمتلیت، 2008; سرگیف G.B.نانو شیمی. م.: دانشگاه خانه کتاب، 1385; راتنر ام.، رتنر دی.نانوتکنولوژی. توضیحی ساده از یک ایده درخشان دیگر. مسکو: ویلیامز، 2007; ریبالکینا ام.فناوری نانو برای همه م.، 2005; منشوتینا N.V.. مقدمه ای بر فناوری نانو. کالوگا: انتشارات ادبیات علمی Bochkareva N.F.، 2006; Lalayants I.E.نانو شیمی. شیمی (انتشارات «اول شهریور»)، 1381، شماره 46، ص. یک راکوف E.G.شیمی و نانوتکنولوژی: دو دیدگاه شیمی (انتشارات «اول شهریور»)، 1383، شماره 36، ص. 29.

منابع اینترنتی

www.nanometer.ru – سایت اطلاع رسانی اختصاص داده شده به فناوری نانو؛

www.nauka.name - پرتال علوم مردمی;

www.nanojournal.ru - نانوژورنال الکترونیکی روسی.

* رسماً توسط شرکت دولتی روسی Rosnanotech به تصویب رسید.

** دوپینگ وارد کردن مقادیر کمی ناخالصی است که ساختار الکترونیکی مواد را تغییر می دهد. - توجه داشته باشید. ویرایش

نانوشیمی شاخه‌ای از شیمی است که به بررسی خواص، ساختار و ویژگی‌های تبدیل‌های شیمیایی نانوذرات می‌پردازد. یکی از ویژگی های متمایز نانوشیمی وجود اثر اندازه است - یک تغییر کیفی در خواص فیزیکوشیمیایی و واکنش پذیری با تغییر در تعداد اتم ها یا مولکول ها در یک ذره. معمولاً این تأثیر برای ذرات کوچکتر از 10 نانومتر مشاهده می شود، اگرچه این مقدار دارای مقدار شرطی است.

مسیرهای تحقیق در نانوشیمی

توسعه روش‌هایی برای جمع‌آوری مولکول‌های بزرگ از اتم‌ها با استفاده از دستکاری‌کننده‌های نانو؛ مطالعه بازآرایی های درون مولکولی اتم ها تحت تأثیرات مکانیکی، الکتریکی و مغناطیسی.

سنتز نانوساختارها در جریان سیال فوق بحرانی. توسعه روش هایی برای مونتاژ مستقیم نانوبلورها

توسعه تئوری تکامل فیزیکی و شیمیایی مواد بسیار ریز و نانوساختارها. ایجاد راه هایی برای جلوگیری از تخریب شیمیایی نانوساختارها.

تهیه کاتالیزورهای جدید برای صنایع شیمیایی و پتروشیمی. بررسی مکانیسم واکنش های کاتالیزوری بر روی نانوبلورها.

بررسی مکانیسم‌های نانوبلورسازی در محیط‌های متخلخل در میدان‌های صوتی. سنتز نانوساختارها در بافت های بیولوژیکی

بررسی پدیده خودسازماندهی در گروههای نانوبلور; جستجوی راه‌های جدید برای طولانی‌تر کردن تثبیت نانوساختارها توسط اصلاح‌کننده‌های شیمیایی.

هدف از این تحقیق توسعه طیف عملکردی ماشین‌هایی است که ارائه می‌کنند:

کاتالیزورهای جدید برای صنایع شیمیایی و عمل آزمایشگاهی.

روش‌شناسی برای جلوگیری از تخریب شیمیایی نانوساختارهای فنی؛ روش های پیش بینی تخریب شیمیایی

دریافت داروهای جدید

روشی برای درمان بیماری های انکولوژیک با انجام نانوکریستالیزاسیون داخل توموری و اعمال میدان صوتی.

سنسورهای شیمیایی جدید؛ روش های افزایش حساسیت سنسورها

فناوری نانو در انرژی و صنایع شیمیایی

نانوتکنولوژی (یونانی نانو - "کوتوله" + "تکنو" - هنر، + "لوگو" - دکترین، مفهوم) یک حوزه بین رشته ای از علم و فناوری بنیادی و کاربردی است که با روش های نوآورانه (در زمینه های اثبات نظری، روش های تجربی) سروکار دارد. تحقیق، تجزیه و تحلیل و سنتز و همچنین در زمینه صنایع جدید) به دست آوردن مواد جدید با خواص مطلوب. نانوتکنولوژی از جدیدترین فناوری‌ها برای دستکاری اتم‌ها یا مولکول‌های منفرد (حرکت، جایگشت، ترکیب‌های جدید) استفاده می‌کند. روش‌های مختلفی (مکانیکی، شیمیایی، الکتروشیمیایی، الکتریکی، بیوشیمیایی، پرتو الکترونی، لیزر) برای سازمان‌دهی مصنوعی یک ساختار اتمی و مولکولی معین از نانو اجسام استفاده می‌شود.

فناوری نانو در انرژی

فناوری نانو در زمینه انرژی و مهندسی مکانیک

در این زمینه، توسعه NT در دو جهت است:

1- ایجاد مصالح سازه ای

2- نانومهندسی سطح

ایجاد مصالح ساختمانی,

برای ایجاد مواد ساختاری اساساً جدید با گنجاندن عناصر فوق پراکنده (یا نانو پراکنده)، مسیر زیر را طی کردیم. اولین مورد اضافه کردن عناصر بسیار ریز به عنوان مواد ناخالص است. برای مصالح ساختاری در مهندسی مکانیک و انرژی، فولرن ها عجیب و غریب هستند، بسیار گران هستند.جهت دوم ایجاد سیستم های فوق ریز (UDS) از اجزاء غیر فلزی در فولادها و آلیاژها است که توسط تغییر شکل ترموپلاستیک، حرارتی یا پلاستیکی انجام می شود. مشخص شد که خواص عملکرد مواد ساختاری را می توان نه تنها با معرفی اجزای آلیاژی، که به گفته متالورژیست ها تقریباً خسته شده اند، بلکه با تغییر شکل هر ماهیتی نیز کنترل کرد. با چنین ضربه ای، خرد شدن آخال های غیر فلزی رخ می دهد. پخت و پز سنتی چیزی جز فناوری نانو در متالورژی نیست.

در نتیجه چنین تأثیراتی، می توان فولادهایی را به دست آورد (فولادهای نیتروژنی در پرومتئوس) که در آنها استحکام بالا با شکل پذیری ترکیب می شود، یعنی دقیقاً آن خصوصیاتی که در بخش انرژی، در مهندسی مکانیک، برای به دست آوردن مواد وجود ندارد. با مشخصات دلخواه و نانوتکنولوژی دستیابی به چنین موادی را با موفقیت ممکن می سازد.

نانو شیمی

شیمی و فارماکولوژی

علم نانو به عنوان یک رشته مستقل تنها در 7-10 سال گذشته ظهور کرده است. مطالعه نانوساختارها جهت مشترک بسیاری از رشته های علمی کلاسیک است. نانوشیمی یکی از جایگاه های پیشرو در میان آنها را به خود اختصاص داده است، زیرا امکانات تقریبا نامحدودی را برای توسعه، تولید و تحقیق ...

آژانس فدرال آموزش و پرورش دانشگاه علوم تربیتی دولتی اومسک دانشکده شیمی و زیست شناسی
گروه شیمی و روش های تدریس شیمی

نانو شیمی

تکمیل شده توسط: دانشجو 1-XO Kuklina N.E.

بررسی شده توسط: داوطلب علوم شیمی، دانشیار Bryansky B.Ya.

اومسک 2008

§یک. تاریخچه شکل گیری علم نانو………………………………………………………………………

§2. مفاهیم پایه علم نانو………………………………………………………………….

§3. ویژگی های ساختار و رفتار برخی از نانوذرات……………………………………

§4. انواع کاربردهای نانوشیمی……………………………………………………………………

§پنج روش های بدست آوردن نانوذرات………………………………………………………………………………………………………………………

§6. نانومواد و چشم انداز کاربرد آنها………………………………………………………………………

منابع اطلاعات………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

§یک. تاریخچه شکل گیری علم نانو

1905 آلبرت اینشتین از نظر تئوری ثابت کرد که اندازه یک مولکول قند p استو رگه ها 1 نانومتر هستند.

1931 فیزیکدانان آلمانی ارنست روسکا و مکس نول یک میکروفون الکترونیکی ساختنددر باره ارائه دامنه 10 15 افزایش برابری

1932 پروفسور هلندی فریتز زرنیک، مای کنتراست فاز را اختراع کردبه roscope - نوعی از میکروسکوپ نوری که کیفیت نمایش جزئیات تصاویر را بهبود می بخشد.ولی zheniya، و سلول های زنده را با کمک آن بررسی کرد.

1939 زیمنس، جایی که ارنست روسکا کار می کرد، اولین میکروسکوپ الکترونی تجاری را با وضوح 10 نانومتر تولید کرد.

1966 فیزیکدان آمریکایی راسل یانگ، که در دفتر ملی کار می کرد n دارت، موتوری را اختراع کرد که امروزه در اسکن میکروفون های تونل استفاده می شوددر باره محدوده و برای موقعیت یابی نانوابزارها با دقت 0.01 آنگستروم (1 نانومتر = 10 آنگستروم).

1968 آلفرد چو، معاون اجرایی بل، و جان آرتور، کارمند بخش تحقیقات نیمه هادی بل، امکان نظری استفاده از فناوری نانو را برای حل مشکلات تصفیه سطح و دستیابی به دقت اتمی در ایجاد دستگاه های الکترونیکی اثبات کردند.

1974 نوریو تانیگوچی، فیزیکدان ژاپنی، که در دانشگاه توکیو کار می کرد، اصطلاح «نانو فناوری» (فرایند جداسازی، مونتاژ و تغییر مادر) را پیشنهاد کرد.ولی گرفتن با قرار دادن آنها در معرض یک اتم یا یک مولکول)، که به سرعت در محافل علمی محبوبیت یافت.

1982 در مرکز تحقیقاتی IBM زوریخ برای فیزیکدانان گرد بینینگ و جی n ریچ رورر میکروسکوپ تونل زنی روبشی (STM) ایجاد کرد که امکان ساخت تصویری سه بعدی از آرایش اتم ها بر روی سطوح مواد رسانا را فراهم می کند.

1985 سه شیمیدان آمریکایی: ریچارد اسمالی، استاد دانشگاه رایس، و همچنین رابرت کارل و هارولد کروتو، فولرن ها را کشف کردند - مولکول های متشکل ازمن متشکل از 60 اتم کربن است که به شکل یک کره قرار گرفته اند. این دانشمندان همچنین توانستند برای اولین بار یک شی 1 نانومتری را اندازه گیری کنند.

1986 Gerd Binnig پروب نیروی اتمی میکروسکوپی را توسعه داددر باره دامنه، که در نهایت امکان تجسم اتم های هر ماده (نه تنها) را فراهم کرددر باره پیشرو)، و همچنین آنها را دستکاری کنید.

1987-1988 در پژوهشکده «دلتا» به سرپرستی پ.ن. لوسکینوویچ، اولین تاسیسات نانوتکنولوژی روسی راه اندازی شد، که خروج مستقیم ذرات را از نوک کاوشگر میکروسکوپ تحت تأثیر گرما انجام داد.

1989 دانشمندان دونالد ایگلر و ارهارد شوتزر از مرکز علمی IBM کالیفرنیا موفق شدند 35 اتم زنون را بر روی یک کریستال نیکل با نام شرکت خود قرار دهند.

1991 پروفسور ژاپنی سومیو لیجیما که در NEC کار می کرد واز جانب از فولرن ها برای ایجاد لوله های کربنی (یا نانولوله ها) با قطر 0.8 نانومتر استفاده کرد.

1991 اولین برنامه فناوری نانو بنیاد ملی علوم در ایالات متحده آمریکا راه اندازی شد. دولت ژاپن نیز فعالیت های مشابهی را انجام داده است.

1998 سیس دکر، استاد هلندی دانشگاه صنعتی دلفت، ترانزیستوری را بر پایه نانولوله ها ساخت. برای انجام این کار، او باید اولین کسی در جهان باشد که تغییر می کنده رسانایی الکتریکی چنین مولکولی را اندازه گیری کنید.

2000 فیزیکدان آلمانی فرانتس گیسیبل ذرات زیر اتمی را در سیلیکون دید. همکار او رابرت ماگرل فناوری نانوتوموگرافی را پیشنهاد کرد - ایجاد سهآر تصویری از ساختار داخلی ماده با وضوح 100 نانومتر.

2000 دولت آمریکا موسسه ملی نانوتکنولوژی را افتتاح کردو ابتکار (NNI). بودجه آمریکا 270 میلیون دلار برای این جهت تجاری اختصاص داده استه شرکت های روسی 10 برابر بیشتر در آن سرمایه گذاری کردند.

2002 Cees Dekker یک لوله کربنی را با DNA ترکیب کرد و یک نانو واحد بدست آوردخانیسم است

2003 پروفسور فنگ لیو از دانشگاه یوتا، با استفاده از دستاوردهای فرانتس گیسیبل، با استفاده از یک میکروسکوپ اتمی، تصاویری از مدارهای الکترون ها را با تجزیه و تحلیل آشفتگی های آنها در حین حرکت آنها در اطراف هسته، ساخت.

§2. مفاهیم اولیه علم نانو

علم نانو به عنوان یک رشته مستقل تنها پس از آن پدیدار شدد نه 7-10 سال مطالعه نانوساختارها جهت مشترک بسیاری از رشته های علمی کلاسیک است. نانوشیمی یکی از مکان‌های پیشرو در میان آنها را به خود اختصاص داده است، زیرا امکان عملاً نامحدودی را برای توسعه، تولید و تحقیق نانومواد جدید با خواص مطلوب، اغلب از نظر کیفیت نسبت به مواد طبیعی، باز می‌کند.

نانو شیمی - علمی است که به بررسی خواص نانوذرات مختلف می پردازدتی ruktur، و همچنین توسعه روش های جدید برای تولید، مطالعه و اصلاح آنها.

وظیفه اولویت دار نانوشیمی استایجاد رابطه بین اندازه نانومترولی استیس و خواص آن

اشیاء تحقیقاتی نانوشیمیاجسامی با چنین جرمی هستند که معادل آنهاستو اندازه ظرفیت در محدوده نانو پرتقال (0.1 - 100 نانومتر) باقی می ماند.

اجسام در مقیاس نانو یک موقعیت میانی بین مواد حجیم از یک سو و اتم ها و مولکول ها از سوی دیگر اشغال می کنند. حضور چنینب پروژه ها در مواد به آنها خواص شیمیایی و فیزیکی جدیدی می دهد. نانو اشیاء حلقه واسط و ارتباطی بین دنیایی هستند که در آن قوانین وجود دارددر باره از مکانیک کوانتومی و جهانی که قوانین فیزیک کلاسیک در آن عمل می کنند.

اندازه های مشخصه اشیاء دنیای اطراف

نانوشیمی به بررسی تولید و خواص نانوسیستم‌های مختلف می‌پردازد.نانو سیستم ها مجموعه ای از اجسام هستند که توسط یک گاز یا مایع احاطه شده اند. چنین تیه خوشه ها و مولکول های چند اتمی، نانوذرات و نانوبلورها می توانند به عنوان لاما استفاده شوند. اینها اشکال میانی بین اتم ها و اجسام ماکروسکوپی هستند. اندازه سیستم ها در حدوداز جانب در 0.1 - 100 نانومتر ذوب می شود.

طبقه بندی اشیاء نانوشیمی بر اساس حالت فاز

حالت فاز	اتم های منفرد	خوشه ها	نانو ذرات	ماده فشرده
قطر، نانومتر	0,1-0,3	0,3-10	10-100	بیش از 100
تعداد اتم ها	1-10	10-10 6	10 6 -10 9	بیش از 10 9

دامنه اشیاء مورد مطالعه توسط نانوشیمی به طور مداوم در حال گسترش است. شیمیدانان همیشه به دنبال این بوده اند که بفهمند اجسام در ابعاد نانومتر چه ویژگی هایی دارند. این منجر به توسعه سریع شیمی کلوئیدی و ماکرومولکولی شد.

در دهه 80-90 قرن بیستم، به لطف روش های الکترونیکی، نیروی اتمی و آن n با میکروسکوپ، می توان رفتار نانوبلورهای فلزی را مشاهده کرد وه نمک های آلی، مولکول های پروتئین، فولرن ها و نانولوله ها و در سال های اخیر تیولی این مشاهدات گسترده شده است.

اهداف تحقیقات نانوشیمیایی

نانو ذرات	نانو سیستم ها
فولرن ها	کریستال ها، محلول ها
توبولن ها	مصالح، راه حل ها
مولکول های پروتئین	محلول ها، کریستال ها
مولکول های پلیمری	سلس، ژل
نانو کریستال های معدنیموجودات	آئروسل ها، محلول های کلوئیدی، بارش
میسل ها	محلول های کلوئیدی
نانو بلوک ها	مواد جامد
فیلم های لانگمویر-بلاجت	اجسام با یک فیلم روی سطح
خوشه ها در گازها	آئروسل ها
نانوذرات در لایه های مختلفموجودات	فیلم های نانوساختار

بنابراین، ویژگی های اصلی نانوشیمی زیر قابل تشخیص است:

1. ابعاد هندسی اجسام در مقیاس نانومتری قرار دارد.
2. تجلی خصوصیات جدید توسط اشیاء و مجموعه آنها.
3. امکان کنترل و دستکاری دقیق اجسام;
4. اشیا و دستگاه هایی که بر اساس اشیاء مونتاژ می شوند، مصرف کنندگان جدیدی دریافت می کنندخواص bsky

§3. ویژگی های ساختار و رفتار برخی از نانوذرات

نانوذرات از اتم های گازهای بی اثرساده ترین نانو اشیاء هستندب پروژه ها. اتم‌های گازهای بی‌اثر با لایه‌های الکترونی کاملاً پر شده، از طریق نیروهای واندروالسی با یکدیگر تعامل ضعیفی دارند. هنگام توصیف چنین ذرات، از مدل کره های سخت استفاده می شود.

نانو ذرات فلزی. در خوشه های فلزی چند اتم، هر دو نوع پیوند کووالانسی و فلزی قابل تحقق است. نانوذرات فلزی بسیار واکنش پذیر هستند و اغلب به عنوان کاتالیزور استفاده می شوند.ولی توری نانوذرات فلزی معمولاً شکل صحیح را به خود می گیرند - هشت وجهی، ikosولی هدرا، چهار وجهی.

خوشه های فراکتالاجسامی با ساختار منشعب هستند: دوده، شرکتل لویدها، آئروسل های مختلف و آئروژل ها. فراکتال جسمی است که در آن هنگام افزایشاز جانب با ذوب بزرگنمایی، می توانید ببینید که چگونه همان ساختار در آن در همه سطوح و در هر مقیاسی تکرار می شود.

خوشه های مولکولیخوشه هایی از مولکول ها هستند. باکلاس ترینه خندق مولکولی هستند. تعداد و تنوع آنها بسیار زیاد است. به ویژه، به مولکول هادر بسیاری از ماکرومولکول های بیولوژیکی متعلق به خوشه های قطبی هستند.

فولرن ها درون ذرات توخالی هستند که توسط چند وجهی تشکیل شده اند n نام مستعار اتم های کربن که توسط پیوند کووالانسی به هم متصل شده اند. جایگاه ویژه در بین فول دارانه جدید اشغال شده توسط ذره ای با 60 اتم کربن - C 60 شبیه یک توپ فوتبال میکروسکوپی

نانولوله ها - اینها مولکولهای توخالی در داخل هستند که تقریباً از 1,000,000 at تشکیل شده انددر باره mov کربن و نشان دهنده لوله های تک لایه با قطر حدود یک نانومتر و طول چند ده میکرون است. در سطح نانولوله، اتم های کربن پراکنده می شونددر باره در رأس شش ضلعی های منظم قرار دارند.

§4. کاربردهای کاربردی نانوشیمی

به طور معمول، نانو شیمی را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

• نظری
• تجربی
• کاربردی

نانو شیمی نظریروش هایی را برای محاسبه رفتار نانو اجسام با در نظر گرفتن پارامترهایی از وضعیت ذرات مانند مختصات فضایی و سرعت توسعه می دهد.در باره sti، جرم، ویژگی های ترکیب، شکل و ساختار هر نانوذره.

نانو شیمی تجربیدر سه جهت توسعه می یابد.در چارچوب اول روش های طیفی فوق حساس در حال توسعه و استفاده هستند، بلهیو که فرصتی برای قضاوت در مورد ساختار مولکول ها از جمله ده ها و صدها اتم می دهد.در چارچوب دومجهت، پدیده ها در الکتریکی محلی (محلی) مطالعه می شونده تأثیرات فیزیکی، مغناطیسی یا مکانیکی بر روی نانو اجسام که با کمک نانوکاوشگرها و دستکاری‌کننده‌های ویژه اجرا می‌شوند.زیر سومیمن جهت ها را تعریف می کنمتی ویژگی‌های ماکروسینتیکی مجموعه‌های نانو اجسام و توابع توزیعولی یادداشت بر اساس پارامترهای حالت.

نانو شیمی کاربردیشامل می شود:

• توسعه مبانی نظری برای استفاده از نانوسیستم ها در مهندسی و فناوری نانودر باره شناسی، روش هایی برای پیش بینی توسعه نانوسیستم های خاص تحت شرایط آنها واز جانب استفاده، و همچنین جستجوی روش های بهینه عملیات (فنیاما نوشیمی).
• ایجاد مدل‌های نظری رفتار نانوسیستم‌ها در سنتز نانومتده ریال و جستجوی شرایط بهینه برای تولید آنها (نانو شیمی مصنوعی).
• بررسی نانوسیستم‌های بیولوژیکی و ایجاد روش‌هایی برای استفاده از نانوو ساقه برای اهداف دارویی (نانو شیمی پزشکی).
• توسعه مدل های نظری برای تشکیل و مهاجرت نانوذرات در محیطدر محیط زندگی و روشهای تصفیه آبهای طبیعی یا هوا از نانوذرات (مثلاًدر باره نانو شیمی منطقی).

§پنج روشهای بدست آوردن نانوذرات

در اصل، تمام روش های سنتز نانوذرات را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد:

روش های پراکندگییا روش هایی برای به دست آوردن نانوذرات با آسیاب کردن یک ماکرو نمونه معمولی

روش های تراکم، یا روش های "رشد" نانوذرات از اتم های منفرد.

روش های پراکندگی

با روش های پراکندگی، اجسام اولیه به نانوذرات آسیاب می شوند. این رویکرد برای به دست آوردن نانوذرات توسط برخی از دانشمندان به صورت مجازی نامیده می شود"رویکرد بالا به پایین" . این ساده ترین راه برای ایجاد نانوذرات، نوعی «گوشت» است.در باره قطع کردن» برای ماکروبدی ها. این روش به طور گسترده ای در تولید مواد برای میکروالکترونیک استفاده می شود، این روش شامل کاهش اندازه اشیاء به مقیاس نانو در محدوده قابلیت های تجهیزات صنعتی و مواد مورد استفاده است. وساعت خرد کردن یک ماده به نانوذرات نه تنها به صورت مکانیکی امکان پذیر است. شرکت روسی Advanced Powder Technologies نانوذرات را با انفجار یک نخ فلزی با یک پالس جریان قوی بدست می آورد.

همچنین راه های عجیب تری برای به دست آوردن نانوذرات وجود دارد. دانشمندان آمریکایی در سال 2003 میکروارگانیسم هایی را از برگ های یک درخت انجیر جمع آوری کردندرودوکوکوس - و آنها را در محلول حاوی طلا قرار دهید. این باکتری به عنوان یک ماده شیمیایی عمل می کنداز جانب اولی، نانوذرات تمیز با قطر حدود 10 نانومتر را از یون های نقره جمع آوری می کند. با ساختن نانوذرات، باکتری احساس طبیعی کرد و به تکثیر ادامه داد.

متراکم شدنمواد و روش ها

با روش های تراکم ("رویکرد پایین به بالا") نانوذرات n می گیرنددر موضوعات اتحاد اتم های منفرد روش در این واقعیت نهفته است که در کنترل شدهاز جانب شرایط، مجموعه ای از اتم ها و یون ها تشکیل می شود. در نتیجه، اشیاء جدید با ساختارهای جدید و بر این اساس، با ویژگی های جدید تشکیل می شوند که می توان با تغییر شرایط برای تشکیل مجموعه ها برنامه ریزی کرد. این یکی توسطد این حرکت حل مشکل کوچک سازی اجسام را تسهیل می کند، به حل تعدادی از مشکلات لیتوگرافی با وضوح بالا، ایجاد ریزپردازنده های جدید، لایه های پلیمری نازک و نیمه هادی های جدید نزدیک تر می شود.

§6. نانومواد و چشم انداز کاربرد آنها

مفهوم نانومواد برای اولین بار در سال فرموله شددهه 80 قرن بیستم توسط G. Gleiter، که خود این اصطلاح را به استفاده علمی معرفی کرد -مواد نانو ". علاوه بر نانومواد سنتی (مانند عناصر و ترکیبات شیمیایی، مواد آمورف، فلزات و آلیاژهای آنها)، نانو نیمه هادی ها، نانو پلیمرها،ولی مواد متخلخل، نانوپودرها، نانوساختارهای کربنی متعدد،ولی مواد غیر زیستی، ساختارهای فوق مولکولی و کاتالیزورها.

عواملی که خواص منحصر به فرد نانومواد را تعیین می کنند، اثرات ابعادی، الکترونیکی و کوانتومی نانوذرات تشکیل دهنده آنها و همچنین سطح بسیار توسعه یافته آنها هستند. مطالعات متعدد نشان داده است کهب تغییرات قابل توجه و از لحاظ فنی جالب در خواص فیزیکی و مکانیکی نانومواد (استحکام، سختی و غیره) در محدوده اندازه ذرات از چندین مورد رخ می دهد.ولی اعداد تا 100 نانومتر در حال حاضر، بسیاری از نانومواد مبتنی بر نیتریدها و بوریدها با اندازه کریستالیت حدود 1 تا 2 نانومتر یا کمتر از قبل به دست آمده اند.

با توجه به خواص خاص نانوذرات زیر آنها، چنین حصیره ریال اغلب از بسیاری جهات بر ریال های "معمولی" برتری دارد. به عنوان مثال، قدرتل استحکام فولاد معمولی به دست آمده با فناوری نانو 1.5 تا 3 برابر، سختی آن 50 تا 70 برابر و مقاومت در برابر خوردگی آن 10 تا 12 برابر بیشتر است.

کاربردهای نانومواد:

• عناصر نانوالکترونیک و نانوفوتونیک (ترانزیستورهای نیمه هادی و لیزر، آشکارسازهای نوری، سلول های خورشیدی، حسگرهای مختلف)
• دستگاه های ضبط اطلاعات فوق متراکم
• مخابرات، فناوری اطلاعات و محاسبات، فوقکامپیوترهای r
• تجهیزات ویدئویی - صفحه نمایش تخت، مانیتور، ویدئو پروژکتور
• دستگاه های الکترونیکی مولکولی، از جمله سوئیچ ها و مدارهای الکترونیکی در سطح مولکولی
• سلول های سوختی و دستگاه های ذخیره انرژی
• دستگاه های میکرو و نانومکانیک، از جمله موتورهای مولکولی و نانوموتورها، نانوروبات ها
• نانو شیمی و کاتالیز، از جمله کنترل احتراق، پوشش، الکتریکیبه تروشیمی و داروسازی
• کاربردهای هوانوردی، فضایی و دفاعیمن محیط
• تحویل دارو و پروتئین هدفمند، بیوپلیمرها و بهبود بافت بیولوژیکی، تشخیص بالینی و پزشکی، ایجاد عضلات مصنوعیدر ماهیگیری، استخوان، کاشت اندام های زنده
• بیومکانیک، ژنومیک، بیوانفورماتیک، بیوانفورماتیک
• ثبت و شناسایی بافت های سرطان زا، پاتوژن ها و عوامل مضر بیولوژیکی؛ ایمنی در کشاورزی و تولید مواد غذایی

منطقه اومسک آماده توسعه فناوری نانو است

توسعه فناوری نانو یکی از حوزه های اولویت دار برای توسعه علم، فناوری و مهندسی در منطقه امسک است.

بنابراین، در شعبه امسک موسسه فیزیک نیمه هادی شعبه سیبری آکادمی روسیهساعت توسعه نانوالکترونیک، و در مؤسسه مشکلات پردازش هیدروکربن، شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه، کار برای به دست آوردن حامل‌ها و کاتالیزورهای کربن نانومتخلخل در حال انجام است.

منبع اطلاعات:

• http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
• http://www.rambler.ru/news
• ht tp: // Nanometer.ru
• http://www.nanonewsnet.ru/ 67 کیلوبایت تجهیزات درسی: ارائه آغاز جنگ بزرگ میهنی، که در آن از نقشه دوره اولیه جنگ استفاده می شود؛ قطعاتی از فیلم های مستند در مورد جنگ؛ طرحی در مورد آمادگی آلمان و اتحاد جماهیر شوروی برای جنگ؛ نمایشگاهی از کتاب های اختصاص داده شده به جنگ بزرگ میهنی ...