Masofaviy ta'lim kurslari funktsional materiallar va nanomateriallarni olishning istiqbolli texnologiyalarini ishlab chiqish uchun mutaxassislar tayyorlash sohasida samarali qo'shimcha ta'lim va malaka oshirishning zamonaviy shaklidir. Bu butun dunyoda rivojlanayotgan zamonaviy ta'limning eng istiqbolli shakllaridan biridir. Nanomateryallar va nanotexnologiyalar kabi fanlararo sohada bilim olishning ushbu shakli ayniqsa dolzarbdir. Masofaviy kurslarning afzalliklari ularning mavjudligi, ta'lim yo'nalishlarini qurishda moslashuvchanligi, talabalar bilan o'zaro munosabatlar jarayonining samaradorligi va samaradorligini oshirish, kunduzgi ta'lim bilan solishtirganda iqtisodiy samaradorlik, shunga qaramay, masofaviy ta'lim bilan uyg'un tarzda birlashtirilishi mumkin. Nanotexnologiyalar bo'yicha Moskva davlat universitetining ilmiy va o'quv markazining nanokimyo va nanomateriallarning fundamental tamoyillari sohasida videomateriallar tayyorlandi:

• . Nanotizimlar va nanotexnologiyalar haqidagi fanlarning asosiy tushunchalari va ta'riflari. Nanotexnologiya va nanotizimlar fanlarining paydo bo'lish tarixi. Fanlararolik va ko‘p tarmoqlilik. Nanoob'ektlar va nanosistemalarga misollar, ularning xususiyatlari va texnologik qo'llanilishi. Nanotexnologiyalarning ob'ektlari va usullari. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish tamoyillari va istiqbollari.
• . Nanotizimlarni shakllantirishning asosiy tamoyillari. Fizikaviy va kimyoviy usullar. Nano-ob'ektlarni "yuqoridan pastga" olish jarayonlari. Klassik, "yumshoq", mikrosfera, ion-nur (FIB), AFM - litografiya va nanoindentatsiya. Nanoob'ektlarning mexanoaktivatsiyasi va mexanosintezi. Nano-ob'ektlarni "pastdan yuqoriga" olish jarayonlari. Gazsimon va kondensatsiyalangan muhitda yadrolanish jarayonlari. Geterogen yadrolanish, epitaksiya va geteroepitaksiya. Spinodal qulash. Amorf (shisha) matritsalarda nanoob'ektlar sintezi. Kimyoviy gomogenlash usullari (koʻp choʻktirish, sol-gel usuli, kriokimyoviy texnologiya, aerozol piroliz, solvotermik ishlov berish, oʻta kritik quritish). Nanozarrachalar va nanoob'ektlarning tasnifi. Nanozarrachalarni olish va barqarorlashtirish texnikasi. Nanozarrachalarning agregatsiyasi va parchalanishi. Bir va ikki o'lchovli nanoreaktorlarda nanomateriallarning sintezi.
• . Nanotizimlarning statistik fizikasi. Kichik tizimlarda fazali o'tishlarning xususiyatlari. Molekulyar va molekulalararo o'zaro ta'sir turlari. hidrofobiklik va gidrofillik. O'z-o'zini yig'ish va o'z-o'zini tashkil qilish. Miselizatsiya. O'z-o'zidan yig'iladigan mono qatlamlar. Langmuir-Blodgett filmlari. Molekulalarning supramolekulyar tashkil etilishi. Molekulyar tanib olish. Polimer makromolekulalari, ularni olish usullari. Polimer tizimlarida o'z-o'zini tashkil etish. Blok sopolimerlarini mikrofazali ajratish. Dendrimerlar, polimer cho'tkalar. Polielektrolitlarning qatlamli o'z-o'zidan yig'ilishi. supramolekulyar polimerlar.
• . Modda, faza, material. Materiallarning ierarxik tuzilishi. Nanomateriallar va ularning tasnifi. Noorganik va organik funktsional nanomateriallar. Gibrid (organik-noorganik va noorganik-organik) materiallar. Biomineralizatsiya va biokeramika. Nanostrukturali 1D, 2D va 3D materiallar. mezoporli materiallar. Molekulyar elaklar. Nanokompozitlar va ularning sinergetik xususiyatlari. Strukturaviy nanomateriallar.
• . Kataliz va nanotexnologiya. Geterogen katalizning asosiy tamoyillari va tushunchalari. Geterogen katalizatorlarning faol sirtining hosil bo'lishiga tayyorgarlik va faollashuv sharoitlarining ta'siri. Strukturaga sezgir va tuzilishga sezgir bo'lmagan reaktsiyalar. Nanozarrachalarning termodinamik va kinetik xossalarining o'ziga xosligi. Elektrokataliz. Tseolitlar va molekulyar elaklarda kataliz. membrana katalizi.
• . Strukturaviy materiallar va funktsional tizimlar uchun polimerlar. Murakkab funktsiyalarni bajarishga qodir "aqlli" polimer tizimlari. "Aqlli" tizimlarga misollar (neft ishlab chiqarish uchun polimer suyuqliklar, aqlli oynalar, yonilg'i xujayralari uchun nanostrukturali membranalar). Biopolimerlar eng "aqlli" tizimlar sifatida. biomimetik yondashuv. "Aqlli" polimerlarning xususiyatlarini optimallashtirish uchun ketma-ketlik dizayni. Biopolimerlardagi ketma-ketliklarning molekulyar evolyutsiyasi muammolari.
• . Kimyoviy energiya manbalari uchun yangi materiallarni yaratishning hozirgi holati va muammolari: qattiq oksidli yonilg'i xujayralari (SOFC) va lityum batareyalar ko'rib chiqiladi. Turli noorganik birikmalarning xususiyatlariga ta'sir qiluvchi, ularni elektrod materiallari sifatida ishlatish imkoniyatini aniqlaydigan asosiy tarkibiy omillar tahlil qilinadi: SOFCdagi murakkab perovskitlar va lityum batareyalardagi o'tish metallarining birikmalari (murakkab oksidlar va fosfatlar). Lityum batareyalarda ishlatiladigan va istiqbolli deb e'tirof etilgan asosiy anod va katod materiallari ko'rib chiqiladi: ularning afzalliklari va cheklovlari, shuningdek, kompozit materiallarning atom tuzilishi va mikro tuzilishidagi yo'naltirilgan o'zgarishlar orqali cheklovlarni nanostrukturalash orqali engib o'tish imkoniyati. joriy manbalarning xususiyatlari.

Ba'zi masalalar kitobning quyidagi boblarida (Binom nashriyoti) muhokama qilinadi:

Nanokimyo, o'z-o'zini yig'ish va nanostrukturali yuzalar bo'yicha illyustrativ materiallar:

Ilmiy-mashhur "video kitoblar":

Nanokimyo va funktsional nanomateriallarning tanlangan boblari.

Nanotexnologiya kontseptsiyasi uchun, ehtimol, to'liq ta'rif yo'q, ammo mavjud mikrotexnologiyalarga o'xshab, nanotexnologiyalar nanometr darajasidagi qiymatlarda ishlaydigan texnologiyalardir. Shuning uchun "mikro" dan "nano" ga o'tish moddaning manipulyatsiyasidan individual atomlarning manipulyatsiyasiga sifatli o'tishdir. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish haqida gap ketganda, uchta yo'nalishni hisobga olish kerak: o'lchamlari bo'yicha molekulalar va atomlar bilan taqqoslanadigan faol elementlarga ega elektron sxemalar (jumladan, hajmli) ishlab chiqarish; nanomachinlarni ishlab chiqish va ishlab chiqarish; alohida atomlar va molekulalarni manipulyatsiya qilish va ulardan makroob'ektlarni yig'ish. Bu sohalarda rivojlanish uzoq vaqtdan beri davom etmoqda. 1981 yilda alohida atomlarni uzatish imkonini beruvchi tunnel mikroskopi yaratildi. Tunnel effekti - potentsial to'siq bilan birinchisidan ajratilgan, klassik kirish mumkin bo'lgan harakat maydonidan ikkinchisiga mikrozarrachaning kirib borishining kvant hodisasi. Ixtiro qilingan mikroskopning asosi - bir nanometrdan kam bo'shliq bilan o'rganilayotgan sirt ustida sirpanadigan juda o'tkir igna. Bunday holda, igna tunnelining uchidan elektronlar ushbu bo'shliq orqali substratga o'tadi.

Biroq, sirtni o'rganish bilan bir qatorda, mikroskopning yangi turini yaratish nanometr o'lchamdagi elementlarni shakllantirish uchun printsipial jihatdan yangi yo'l ochdi. Atomlarning harakati, ularni ma'lum bir nuqtada olib tashlash va cho'ktirish, shuningdek, kimyoviy jarayonlarni mahalliy rag'batlantirish bo'yicha noyob natijalarga erishildi. O'shandan beri texnologiya juda yaxshilandi. Bugungi kunda bu yutuqlar kundalik hayotda qo'llaniladi: har qanday lazer disklarini ishlab chiqarish va undan ham ko'proq, nanotexnik nazorat usullarini qo'llamasdan DVD ishlab chiqarish mumkin emas.

Nanokimyo - nanodispersli moddalar va materiallarni sintez qilish, nanometr o'lchamdagi jismlarning kimyoviy o'zgarishlarini tartibga solish, nanostrukturalarning kimyoviy degradatsiyasining oldini olish, nanokristallar yordamida kasalliklarni davolash usullari.

Nanokimyoda quyidagi tadqiqot yo'nalishlari mavjud:

• - nanomanipulyatorlar yordamida atomlardan yirik molekulalarni yig‘ish usullarini ishlab chiqish;
• - mexanik, elektr va magnit ta'sirlar ostida atomlarning molekula ichidagi o'zgarishini o'rganish. Superkritik suyuqlik oqimlarida nanostrukturalarni sintez qilish; fraktal, simli, quvurli va ustunli nanostrukturalarni shakllantirish bilan yo'naltirilgan yig'ish usullarini ishlab chiqish.
• - o‘ta nozik moddalar va nanostrukturalarning fizik-kimyoviy evolyutsiyasi nazariyasini ishlab chiqish; nanostrukturalarning kimyoviy degradatsiyasini oldini olish usullarini yaratish.
• - kimyo va neft-kimyo sanoati uchun yangi nanokatalizatorlar olish; nanokristallarda katalitik reaktsiyalar mexanizmini o'rganish.
• - akustik maydonlarda g'ovak muhitda nanokristallanish mexanizmlarini o'rganish; biologik to'qimalarda nanostrukturalarni sintez qilish; patologiyasi bo'lgan to'qimalarda nanostrukturalar hosil qilish orqali kasalliklarni davolash usullarini ishlab chiqish.
• - nanokristallar guruhlarida o'z-o'zini tashkil qilish hodisasini o'rganish; kimyoviy modifikatorlar yordamida nanostrukturalarni barqarorlashtirishni uzaytirishning yangi usullarini izlash.
• - Kutilayotgan natija mashinalarning funktsional assortimenti bo'ladi, ular quyidagilarni ta'minlaydi:
• - molekulalarga mahalliy ta'sir ostida molekula ichidagi o'zgarishlarni o'rganish metodikasi.
• - kimyo sanoati va laboratoriya amaliyoti uchun yangi katalizatorlar;
• - keng spektrli ta'sir doirasiga ega bo'lgan oksid-nodir-er va vanadiy nanokatalizatorlari.
• - texnik nanostrukturalarning kimyoviy degradatsiyasining oldini olish metodologiyasi;
• - Kimyoviy degradatsiyani bashorat qilish usullari.
• - terapiya va jarrohlik uchun nanopreparatlar, stomatologiya uchun gidroksiapatit asosidagi preparatlar;
• - intratumoral nanokristallanishni amalga oshirish va akustik maydonni qo'llash orqali onkologik kasalliklarni davolash usuli.
• - nanokristallarni yo'naltirilgan agregatsiyalash yo'li bilan nanostrukturalarni yaratish usullari;
• - nanostrukturalarning fazoviy tashkil etilishini tartibga solish usullari.
• - o'ta nozik faol fazali yangi kimyoviy sensorlar; kimyoviy modifikatsiya orqali sensorlarning sezgirligini oshirish usullari.

Kurs dasturi

gazeta raqami	O'quv materiali
17	Dars raqami 1."Nano" prefiksi ortida nima yashiringan? Nanofan va nanokimyo. o'lcham effekti. Nanoob'ektlarning tasnifi.(Eremin V.V., Drozdov A.A.)
18	Dars raqami 2. Nanozarrachalarni sintez qilish va o'rganish usullari. Nanozarrachalarni sintez qilish usullarining tasnifi. Sintezning kimyoviy usullari ("pastdan yuqoriga"). Nanozarrachalarni vizuallashtirish va tadqiq qilish usullari.(Eremin V.V., Drozdov A.A.)
19	Dars raqami 3. Nanotexnologiya. Fundamental va amaliy tadqiqotlar: nanofan va nanotexnologiya o'rtasidagi bog'liqlik. Mexanik nanoqurilmalar. Magnit nanomateriallar. Tibbiyotda nanotexnologiyalar. Nanotexnologiyalarning rivojlanishi.(Eremin V.V., Drozdov A.A.) Test № 1(Muddati - 2009 yil 25 noyabr)
20	Dars raqami 4. Uglerodli nanomateriallar. Uglerodning allotropik shakllari "nano" emas, balki "nano" dir. Nano olmoslar. Fullerenlar va ularning hosilalari. Nanotubalar, ularning tasnifi va xossalari. Uglerod nanoformalarining umumiy xossalari.(Eremin V.V.)
21	Dars raqami 5. Energiya uchun nanomateriallar. An'anaviy va muqobil energiya manbalari. Yoqilg'i xujayralaridagi nanomateriallar. Vodorodni saqlash uchun nanomateriallar.(Eremin V.V.)
22	Dars raqami 6. Nanokataliz. Katalizatorlarning umumiy xossalari. Katalitik reaksiyalarning tasnifi. Strukturaviy va energiya muvofiqligi tamoyillari. Nanozarrachalar va zeolitlarda kataliz.(Eremin V.V.) Test № 2(muddati - 2009 yil 30 dekabrgacha)
23	Dars raqami 7. Olimpiada masalalarida nanokimyo. 1. Oddiy vazifalar. Nanozarrachalarni olish usullari. Nanozarrachalarning tuzilishi. Nanozarrachalarning xossalari.(Eremin V.V.)
24	Dars raqami 8. Olimpiada masalalarida nanokimyo. 2. Murakkab birlashtirilgan masalalar. (Eremin V.V.)
Yakuniy ish. Bitiruv ishi bo‘yicha qisqacha hisobot, ta’lim muassasasining ma’lumotnomasi bilan 2010-yil 28-fevraldan kechiktirmay Pedagogika universitetiga yuborilishi kerak. (Yakuniy ish haqida batafsil ma’lumot 8-ma’ruzadan keyin e’lon qilinadi).

V.V. EREMIN,
A.A.DROZDOV

1-MA'RUZA
"Nano" prefiksi ortida nima yashiringan?

Nanofan va nanokimyo

So‘nggi yillarda gazeta sarlavhalari va jurnal maqolalarida “nano” prefiksi bilan boshlanadigan so‘zlarni ko‘proq uchratamiz. Radio va televideniye orqali biz nanotexnologiyani rivojlantirish istiqbollari va olingan dastlabki natijalar haqida deyarli har kuni xabardor bo‘lib turamiz. "Nano" so'zi nimani anglatadi? Bu lotin so'zidan kelib chiqqan nanus- "mitti" va tom ma'noda kichik zarracha hajmini bildiradi. "Nano" prefiksida olimlar aniqroq ma'noni, ya'ni milliarddan bir qismini qo'yishdi. Masalan, bir nanometr metrning milliarddan bir qismi yoki 0,000 000 001 m (10–9 m).

Nima uchun nano o'lchov olimlarning e'tiborini tortdi? Keling, fikrlash tajribasini qilaylik. Tasavvur qiling-a, cheti 1 m bo'lgan oltin kubikning og'irligi 19,3 tonna va juda ko'p atomlarni o'z ichiga oladi. Keling, bu kubni sakkizta teng qismga ajratamiz. Ularning har biri qirrasi asl nusxaning yarmiga teng bo'lgan kubdir. Umumiy sirt ikki baravar ko'paydi. Biroq, bu holda metallning o'zi xossalari o'zgarmaydi (1-rasm). Biz bu jarayonni bundan keyin ham davom ettiramiz. Kub chetining uzunligi katta molekulalarning o'lchamiga yaqinlashishi bilan moddaning xossalari butunlay boshqacha bo'ladi. Biz nano darajaga yetdik, ya'ni. kub oltin nanozarrachalar olingan. Ular juda katta umumiy sirt maydoniga ega, bu ko'plab noodatiy xususiyatlarga olib keladi va ularni oddiy oltinga o'xshamaydi. Masalan, oltin nanozarrachalari suvda bir tekis taqsimlanib, kolloid eritma - zol hosil qiladi. Zarrachalar hajmiga qarab, oltin zol to'q sariq, binafsha, qizil va hatto yashil rangga ega bo'lishi mumkin (2-rasm).

Kimyoviy birikmalaridan qaytarilish yoʻli bilan oltin zollarini olish tarixi uzoq oʻtmishga borib taqaladi. Ehtimol, ular qadimgi odamlar tomonidan tilga olingan va oltindan olingan "hayot eliksiri" bo'lgan. 16-asrda yashagan mashhur tabib Paracels "eruvchan oltin" ni tayyorlash va uni tibbiyotda qo'llash haqida gapiradi. Kolloid oltin bo'yicha ilmiy tadqiqotlar faqat 19-asrda boshlangan. Qizig'i shundaki, o'sha paytda tayyorlangan ba'zi echimlar hali ham saqlanib qolgan. 1857 yilda ingliz fizigi M. Faraday eritmaning yorqin rangi suspenziyadagi oltinning kichik zarralari tufayli ekanligini isbotladi. Hozirgi vaqtda xloraurik kislotadan kolloid oltinni toluolda natriy borgidrid bilan qaytarilishi, unga sirt faol modda qo'shilishi natijasida zolning barqarorligini oshiradi (qarang: 7-ma'ruza, 1-topshiriq).

E'tibor bering, nanozarrachalarni alohida atomlardan olish uchun bunday yondashuv, ya'ni. pastdan yuqoriga qarab, ko'pincha ko'tarilgan deb ataladi (ing. - ostin-ustin). Nanozarrachalarni sintez qilishning kimyoviy usullariga xosdir. Biz oltin quyma bo'linish bo'yicha tasvirlangan fikrlash tajribasida biz qarama-qarshi yondashuvni oldik - yuqoridan pastga ( tepadan pastga), bu zarrachalarni, qoida tariqasida, fizik usullar bilan parchalashga asoslangan (3-rasm).

Biz oltin nanozarrachalar bilan nafaqat kimyoviy laboratoriyada, balki muzeyda ham uchrashishimiz mumkin. Eritilgan oynaga oz miqdordagi oltin birikmalarining kiritilishi ularning nanozarrachalar hosil bo'lishi bilan parchalanishiga olib keladi. Aynan ular stakanga yorqin qizil rang beradi, buning uchun u "oltin yoqut" deb ataladi.

Nano-ob'ektlarni o'z ichiga olgan materiallar bilan insoniyat ko'p asrlar oldin tanishgan. Suriyada (poytaxti Damashqda va boshqa shaharlarda) o'rta asrlarda kuchli, o'tkir va jarangdor pichoqlar va qilichlar yasashni o'rgandilar. Damashq po‘latini ko‘p yillar davomida yasash sirini ustalar bir-birlariga chuqur sirlikda yetkazishgan. Xususiyatlari bo'yicha Damashqdan kam bo'lmagan po'lat qurol boshqa mamlakatlarda - Hindiston, Yaponiyada ham tayyorlangan. Bunday po'latlarning sifat va miqdoriy tahlili olimlarga ushbu materiallarning o'ziga xos xususiyatlarini tushuntirishga imkon bermadi. Oddiy po'latda bo'lgani kabi, ular tarkibida temir bilan birga og'irlik bo'yicha taxminan 1,5% uglerod mavjud. Damashq po'latining tarkibida metall aralashmalari ham topilgan, masalan, ba'zi rudalarda temir bilan birga bo'lgan marganets va temirning rudadan olinishi jarayonida ko'mir bilan o'zaro ta'sirida hosil bo'lgan sementit, Fe 3 C temir karbid. . Biroq, Damashq bilan bir xil miqdoriy tarkibdagi po'latni tayyorlab, olimlar asliyatga xos bo'lgan xususiyatlarga erisha olmadilar.

Materialni tahlil qilishda birinchi navbatda uning tuzilishiga e'tibor berish kerak! Nemis olimlari Damashq po'latining bir bo'lagini xlorid kislotada eritib, undagi uglerod oddiy tekis grafit parchalarini emas, balki uglerodni hosil qilishini aniqladilar. nanotubalar. Bu grafitning bir yoki bir nechta qatlamini silindrga burish natijasida olingan zarrachalarning nomi. Damashq po'latida sementit bilan to'ldirilgan nanotubalar ichida bo'shliqlar mavjud. Ushbu moddaning eng nozik iplari alohida nanotubalarni bir-biriga bog'lab, materialga ajoyib kuch, yopishqoqlik va elastiklik beradi. Endi ular qanday qilib ko'p miqdorda uglerod nanotubalarini ishlab chiqarishni o'rganishdi, ammo o'rta asrlardagi "texnologlar" ularni qanday qilib qo'lga kiritishgani haligacha sir bo'lib qolmoqda. Olimlarning ta'kidlashicha, yonayotgan daraxtdan po'latga tushgan ko'mirdan nanotubalarning paydo bo'lishiga ba'zi aralashmalar va mahsulotni qayta-qayta isitish va sovutish bilan maxsus harorat rejimi yordam bergan. Bu hunarmandlar egalik qilgan yillar davomida yo'qolgan sir edi.

Ko'rib turganimizdek, nanomodda va nanomaterialning xossalari bir xil sifat va miqdoriy tarkibga ega, lekin tarkibida nanozarrachalar bo'lmagan ob'ektlarning xususiyatlaridan sezilarli darajada farq qiladi.

O'rta asrlarda biz bugungi kunda nanomateriallar deb ataydigan moddalarni yaratishga empirik tarzda yondashilgan, ya'ni. ko'p yillik tajriba orqali, ularning aksariyati muvaffaqiyatsiz yakunlandi. Hunarmandlar o'zlari bajargan harakatlarning ma'nosi haqida o'ylamaganlar, bu moddalar va materiallarning tuzilishi haqida elementar tasavvurga ham ega bo'lmaganlar. Hozirgi vaqtda nanomateriallarni yaratish ilmiy faoliyat ob'ektiga aylandi. Ilmiy tilda allaqachon "nanologiya" atamasi o'rnatilgan (ing. nanofan), bu nanometr o'lchamdagi zarrachalarni o'rganish maydonini bildiradi. Rus tilining fonetikasi nuqtai nazaridan bu nom unchalik muvaffaqiyatli emasligi sababli, siz boshqa umumiy qabul qilingan "nano-miqyosli fan" dan foydalanishingiz mumkin (ing. - nano o'lchamdagi fan).

Nanofan kimyo, fizika, materialshunoslik va kompyuter texnologiyalari chorrahasida rivojlanmoqda. Unda ko'plab ilovalar mavjud. Elektronikada nanomateriallardan foydalanish xotira qurilmalari sig‘imini ming barobar oshirishi va shu bois ularning hajmini kamaytirishi kutilmoqda. Oltin nanozarrachalarining rentgen nurlanishi bilan birgalikda organizmga kiritilishi saraton hujayralarining o'sishiga to'sqinlik qilishi isbotlangan. Qizig'i shundaki, oltin nanozarrachalarning o'zi shifobaxsh ta'sirga ega emas. Ularning roli rentgen nurlarini singdirish va uni o'simtaga yo'naltirish uchun kamayadi.

Shifokorlar, shuningdek, onkologik kasalliklar diagnostikasi uchun biosensorlarning klinik sinovlari yakunlanishini kutishmoqda. Nanozarrachalar allaqachon tana to'qimalariga dori-darmonlarni etkazib berish va kam eriydigan dori-darmonlarni so'rilish samaradorligini oshirish uchun foydalanilmoqda. Kumush nanozarrachalarni qadoqlash plyonkalariga qo'llash mahsulotlarning saqlash muddatini uzaytirishi mumkin. Nanozarrachalar yangi turdagi quyosh xujayralari va yonilg'i xujayralari - yoqilg'ining yonish energiyasini elektr energiyasiga aylantiruvchi qurilmalarda qo'llaniladi. Kelajakda ulardan foydalanish issiqlik elektr stantsiyalarida va transport vositalarining ichki yonuv dvigatellarida uglevodorod yoqilg'ilarini yoqishdan voz kechishga imkon beradi - va aynan ular sayyoramizdagi ekologik vaziyatning yomonlashishiga eng katta hissa qo'shadilar. Shunday qilib, nanozarralar ekologik toza materiallar va energiya ishlab chiqarish usullarini yaratish vazifasini bajaradi.

Nanofanning vazifalari nanoob'ektlar - moddalar va materiallarning mexanik, elektr, magnit, optik va kimyoviy xususiyatlarini o'rganishga qisqartiriladi. Nanokimyo nanofanning tarkibiy qismlaridan biri sifatida sintez usullarini ishlab chiqish va nanoob'ektlarning kimyoviy xossalarini o'rganish bilan shug'ullanadi. Bu materialshunoslik bilan chambarchas bog'liq, chunki nanoob'ektlar ko'plab materiallarning bir qismidir. Nanokimyoning tibbiy qo'llanilishi, jumladan, tabiiy oqsillar yoki giyohvand moddalarni tashish uchun xizmat qiluvchi nanokapsulalar bilan bog'liq moddalar sintezi juda muhimdir.

Nanofan yutuqlari rivojlanish uchun asos bo'lib xizmat qiladi nanotexnologiya– nanoobyektlarni ishlab chiqarish va qo‘llashning texnologik jarayonlari. Nanotexnologiyalar maktab kimyo kursida ko'rib chiqiladigan kimyo sanoati misollari bilan juda kam umumiylikka ega. Buning ajablanarli joyi yo'q - axir, nanotexnologlar 1–100 nm o'lchamdagi ob'ektlarni manipulyatsiya qilishlari kerak, ya'ni. alohida yirik molekulalar hajmiga ega.

Nanotexnologiyaning qat'iy ta'rifi mavjud*: bu tuzilmalar, qurilmalar va tizimlarni o'rganish, loyihalash, ishlab chiqarish va ulardan foydalanishda qo'llaniladigan usullar va usullar majmui, shu jumladan ularning tarkibidagi nano o'lchamdagi elementlarning (1-100 nm) shakli, o'lchami, integratsiyasi va o'zaro ta'sirini maqsadli boshqarish va o'zgartirish. yangi kimyoviy fizik va biologik xususiyatlarga ega bo'lgan ob'ektlarni olish. Ushbu ta'rifdagi kalit oxirgi qism bo'lib, unda nanotexnologiyaning asosiy vazifasi yangi xususiyatlarga ega bo'lgan ob'ektlarni olish ekanligini ta'kidlaydi.

O'lchovli effekt

Nanozarrachalar odatda atomlar, ionlar yoki molekulalardan tashkil topgan va hajmi 100 nm dan kam bo'lgan ob'ektlar deb ataladi. Bunga metall zarralar misol bo'la oladi. Biz allaqachon oltin nanozarrachalar haqida gapirgan edik. Qora va oq fotosuratda esa yorug'lik plyonkaga tushganda kumush bromid parchalanadi. Bu bir necha o'nlab yoki yuzlab atomlardan tashkil topgan metall kumush zarralari paydo bo'lishiga olib keladi. Qadim zamonlardan beri kumush bilan aloqa qilgan suv patogen bakteriyalarni o'ldirishi mumkinligi ma'lum. Bunday suvning shifobaxsh kuchi undagi kumushning eng kichik zarralari tarkibi bilan izohlanadi, bu nanozarralar! Kichik o'lchamlari tufayli, bu zarralar alohida atomlardan ham, kumush quyma kabi ko'p milliardlab milliard atomlardan tashkil topgan ommaviy materialdan ham xossalari bilan farq qiladi.

Ma'lumki, moddaning ko'pgina fizik xususiyatlari, masalan, rangi, issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi, erish nuqtasi zarracha hajmiga bog'liq. Masalan, oʻlchami 5 nm boʻlgan oltin nanozarrachalarining erish harorati oddiy oltinnikidan 250° past (4-rasm). Oltin nanozarrachalarining kattaligi oshgani sayin, erish harorati ortadi va 1337 K qiymatiga etadi, bu an'anaviy material uchun xosdir (bu ommaviy faza yoki makrofaza deb ham ataladi).

Shisha o'lchamlari ko'rinadigan yorug'likning to'lqin uzunligi bilan taqqoslanadigan zarralarni o'z ichiga olgan bo'lsa, rangga ega bo'ladi, ya'ni. nano o'lchamlarga ega. Bu turli o'lchamdagi metall nanozarrachalar yoki ularning oksidlarini o'z ichiga olgan o'rta asrlardagi vitrajlarning yorqin rangini tushuntiradi. Va materialning elektr o'tkazuvchanligi o'rtacha erkin yo'l bilan belgilanadi - elektronning atomlar bilan ikki to'qnashuvi orasidagi masofa. Bundan tashqari, u nanometrlarda o'lchanadi. Agar metall nanozarrachaning o'lchami bu masofadan kichikroq bo'lib chiqsa, u holda materialda oddiy metallga xos bo'lmagan maxsus elektr xususiyatlarining paydo bo'lishini kutish kerak.

Shunday qilib, nanoob'ektlar nafaqat kichik o'lchamlari bilan, balki ular ko'rsatadigan, materialning ajralmas qismi sifatida ishlaydigan maxsus xususiyatlar bilan ham ajralib turadi. Misol uchun, "oltin yoqut" shishasining rangi yoki oltinning kolloid eritmasi bitta oltin nanozarrachadan emas, balki ularning ansambli bilan, ya'ni. bir-biridan ma'lum masofada joylashgan ko'p sonli zarralar.

Tarkibida 1000 dan ortiq atom boʻlmagan alohida nanozarrachalar deyiladi nanoklasterlar. Bunday zarrachalarning xususiyatlari juda ko'p atomlarni o'z ichiga olgan kristalning xususiyatlaridan sezilarli darajada farq qiladi. Bu sirtning alohida roli bilan bog'liq. Darhaqiqat, qattiq moddalar ishtirokidagi reaktsiyalar hajmda emas, balki sirtda sodir bo'ladi. Bunga sinkning xlorid kislota bilan o'zaro ta'siri misol bo'la oladi. Agar diqqat bilan qarasangiz, rux yuzasida vodorod pufakchalari paydo bo'lishini va chuqurlikda joylashgan atomlarning reaksiyada ishtirok etmasligini ko'rishingiz mumkin. Sirtda yotgan atomlar ko'proq energiyaga ega, chunki. ularning kristall panjarada qo'shnilari kamroq. Zarrachalar hajmining asta-sekin kamayishi umumiy sirt maydonining oshishiga, sirtdagi atomlar ulushining oshishiga (5-rasm) va sirt energiyasining rolini oshirishga olib keladi. Ayniqsa, atomlarning ko'p qismi sirtda joylashgan nanoklasterlarda yuqori. Shuning uchun, masalan, nanogold oddiy oltindan ko'ra ko'p marta kimyoviy faol bo'lishi ajablanarli emas. Masalan, TiO 2 yuzasida yotqizilgan 55 atomli (diametri 1,4 nm) oltin nanozarrachalari stirolni atmosfera kislorodi bilan benzaldegidgacha tanlab oksidlanishi uchun yaxshi katalizator bo'lib xizmat qiladi. Tabiat, 2008):

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

diametri 2 nm dan ortiq bo'lgan va undan ham oddiy oltin zarrachalar esa umuman katalitik faollik ko'rsatmaydi.

Alyuminiy havoda barqaror, alyuminiy nanozarrachalari esa atmosfera kislorodi bilan bir zumda oksidlanib, Al 2 O 3 oksidiga aylanadi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, havoda diametri 80 nm bo'lgan alyuminiy nanozarrachalari qalinligi 3 dan 5 nm gacha bo'lgan oksid qatlami bilan o'sib chiqqan. Yana bir misol: ma'lumki, oddiy kumush suyultirilgan kislotalarda (nitratdan tashqari) erimaydi. Biroq, juda kichik kumush nanozarrachalar (5 atomdan ko'p bo'lmagan) hatto sirka kislotasi kabi kuchsiz kislotalarda ham vodorod ajralib chiqishi bilan eriydi, buning uchun eritmaning kislotaliligini pH = 5 hosil qilish kifoya (8-sonli ma'ruzaga qarang). , vazifa 4).

Nanozarrachalarning fizik-kimyoviy xossalarining ularning o'lchamiga bog'liqligi deyiladi o'lcham effekti. Bu nanokimyodagi eng muhim effektlardan biridir. U allaqachon klassik fan, ya'ni kimyoviy termodinamika nuqtai nazaridan nazariy tushuntirishni topdi. Shunday qilib, erish nuqtasining o'lchamga bog'liqligi nanozarrachalar ichidagi atomlar qo'shimcha sirt bosimini boshdan kechirishi, ularning Gibbs energiyasini o'zgartirishi bilan izohlanadi (8-ma'ruza, 5-topshiriqga qarang). Gibbs energiyasining bosim va haroratga bog'liqligini tahlil qilib, erish harorati va nanozarrachalar radiusi bilan bog'liq tenglamani osongina olish mumkin - bu Gibbs-Tomson tenglamasi deb ataladi:

qayerda T pl ( r) - nanozarrachalar radiusi bo'lgan nanoob'ektning erish harorati r, T pl () - oddiy metallning erish nuqtasi (quyma faza), qattiq-l - suyuq va qattiq fazalar orasidagi sirt tarangligi, H pl - sintezning solishtirma issiqligi, tv - qattiq jismning zichligi.

Ushbu tenglamadan foydalanib, nanofazaning xossalari qanday o'lchamdan an'anaviy materialning xususiyatlaridan farq qila boshlaganini taxmin qilish mumkin. Mezon sifatida biz erish nuqtasidagi farqni 1% ni olamiz (oltin uchun bu taxminan 14 ° C). "Qisqacha kimyoviy ma'lumotnoma"da (mualliflar - V.A. Rabinovich, Z.Ya. Xavin) biz oltin uchun: H pl \u003d 12,55 kJ / mol \u003d 63,71 J / g, televizor \u003d 19,3 g / sm 3. Sirt tarangligi bo'yicha ilmiy adabiyotlarda qattiq-l \u003d 0,55 N / m \u003d 5,5-10 -5 J / sm 2 qiymati berilgan. Keling, ushbu ma'lumotlar bilan tengsizlikni hal qilaylik:

Bu taxmin, juda qo'pol bo'lsa-da, 100 nm qiymatiga yaxshi mos keladi, odatda nanozarrachalarning chegaralangan o'lchamlari haqida gapirganda ishlatiladi. Albatta, bu erda biz termoyadroviy issiqlikning haroratga va sirt tarangligining zarracha hajmiga bog'liqligini hisobga olmadik va oxirgi ta'sir juda muhim bo'lishi mumkin, bu ilmiy tadqiqotlar natijalaridan dalolat beradi.

Hisob-kitoblar va sifatli tushuntirishlar bilan o'lcham effektining ko'plab boshqa misollari №7 va №8 ma'ruzalarda keltirilgan.

Nanoob'ektlarning tasnifi

Nanoob'ektlarni tasniflashning turli usullari mavjud. Ularning eng oddiylariga ko'ra, barcha nanoob'ektlar ikkita katta sinfga bo'linadi - qattiq ("tashqi") va g'ovakli ("ichki") (sxema).

Sxema

Nanoob'ektlarning tasnifi
(prof. B.V. Romanovskiyning ma'ruzasidan)

Qattiq jismlar o'lchamlari bo'yicha tasniflanadi: 1) uch o'lchovli (3D) tuzilmalar, ular nanoklasterlar deb ataladi ( klaster- to'planish, to'da); 2) tekis ikki o'lchovli (2D) ob'ektlar - nanofilmlar; 3) chiziqli bir o'lchovli (1D) tuzilmalar - nanosimlar yoki nanosimlar (nano simlar); 4) nol o'lchovli (0D) ob'ektlar - nanodotlar yoki kvant nuqtalari. G'ovakli tuzilmalarga nanotubalar (4-ma'ruzaga qarang) va amorf silikatlar kabi nano gözenekli materiallar kiradi (8-ma'ruza, 2-topshiriqga qarang).

Albatta, bu tasnif, boshqa har qanday kabi, to'liq emas. U juda muhim nanozarrachalar sinfini - supramolekulyar kimyo usullari bilan olingan molekulyar agregatlarni qamrab olmaydi. Buni keyingi ma'ruzada ko'rib chiqamiz.

Eng faol o'rganilayotgan tuzilmalardan ba'zilari nanoklasterlar- metall atomlari yoki nisbatan oddiy molekulalardan iborat. Klasterlarning xususiyatlari ularning kattaligiga (kattalik effekti) juda bog'liq bo'lganligi sababli, ular uchun o'z tasnifi ishlab chiqilgan - o'lchamiga ko'ra (jadval).

Jadval

Metall nanoklasterlarning o'lchamlari bo'yicha tasnifi
(prof. B.V. Romanovskiyning ma'ruzasidan)

Nanoklasterdagi atomlar soni	Diametri, nm	Atomlarning sirtdagi ulushi, %	Ichki qatlamlar soni	Klaster turi
1	0,24 – 0,34	100	0	–
2	0,45 – 0,60	100	0	–
3 – 12	0,55 – 0,80	100	0	Kichik
13 – 100	0,8 – 2,0	92 – 63	1 – 3	O'rtacha
10 2 – 10 4	2 – 10	63 – 15	4 – 18	Katta
10 4 – 10 5	10 – 30	15 – 2	> 18	Gigant
> 10 6	> 30	< 2	juda ko'p	kolloid zarracha

Ma'lum bo'lishicha, nanoklasterlarning shakli sezilarli darajada ularning hajmiga bog'liq, ayniqsa oz sonli atomlar uchun. Eksperimental tadqiqotlar natijalari nazariy hisob-kitoblar bilan birgalikda shuni ko'rsatdiki, 13 va 14 atomdan iborat oltin nanoklasterlar tekis tuzilishga ega, 16 atom bo'lsa, uch o'lchovli tuzilishga ega, 20 ta atom bo'lsa, ular yuzni hosil qiladi. oddiy oltinning tuzilishiga o'xshash markazlashtirilgan kubik hujayra. Atomlar sonining ko'payishi bilan bu tuzilma saqlanib qolishi kerakdek tuyuladi. Biroq, unday emas. Gaz fazasida 24 ta oltin atomidan tashkil topgan zarracha noodatiy uzunchoq shaklga ega (6-rasm). Kimyoviy usullardan foydalanib, boshqa molekulalarni sirtdan klasterlarga biriktirish mumkin, ular ularni yanada murakkab tuzilmalarga ajratishga qodir. Oltin nanozarrachalari polistirol molekulalarining parchalari bilan birlashganligi aniqlandi [–CH 2 –CH(C 6 H 5)–] n yoki polietilen oksidi (–CH 2 CH 2 O–) n, ular suvga kirganda, ular polistirol bo'laklari bilan kolloid zarrachalarga o'xshash silindrsimon agregatlarga - mitsellalarga birlashadi va ularning ba'zilari uzunligi 1000 nm ga etadi. Olimlar bunday ob'ektlardan saratonga qarshi dori va katalizator sifatida foydalanish mumkinligini taklif qilmoqdalar.

Jelatin yoki agar-agar kabi tabiiy polimerlar ham oltin nanozarralarini eritmaga o'tkazadigan moddalar sifatida ishlatiladi. Ularni xloroaurik kislota yoki uning tuzi bilan, so'ngra qaytaruvchi vosita bilan davolash orqali kolloid oltin zarralarini o'z ichiga olgan yorqin qizil rangli eritmalar hosil bo'lgan suvda eriydigan nano changlar olinadi. (Metal nanoklasterlarning tuzilishi va xossalari haqida batafsil ma’lumot olish uchun 7-sonli ma’ruza, 1 va 4-topshiriqlarga qarang).

Qizig'i shundaki, nanoklasterlar oddiy suvda ham mavjud. Ular bir-biri bilan vodorod aloqalari bilan bog'langan alohida suv molekulalarining aglomeratlari. Hisob-kitoblarga ko'ra, xona haroratida va atmosfera bosimida to'yingan suv bug'ida 10 million bitta suv molekulasida 10 000 (H 2 O) 2 dimer, 10 tsiklik trimer (H 2 O) 3 va bitta tetramer (H 2 O) 4 mavjud. . Suyuq suvda bir necha o'nlab va hatto yuzlab suv molekulalaridan hosil bo'lgan ancha katta molekulyar og'irlikdagi zarralar ham topilgan. Ulardan ba'zilari bir nechta izomerik modifikatsiyalarda mavjud bo'lib, ular alohida molekulalarning ulanish shakli va tartibida farqlanadi. Ayniqsa, ko'plab klasterlar suvda past haroratlarda, erish nuqtasi yaqinida joylashgan. Bunday suv o'ziga xos xususiyatlar bilan ajralib turadi - u muz bilan solishtirganda yuqori zichlikka ega va o'simliklar tomonidan yaxshiroq so'riladi. Bu moddaning xossalari nafaqat uning sifat yoki miqdoriy tarkibi bilan belgilanishiga yana bir misol, ya'ni. kimyoviy formula, balki uning tuzilishi, shu jumladan nano darajada.

Boshqa nanoob'ektlar orasida nanotubalar eng chuqur o'rganilgan. Bu o'lchamlari bir necha nanometr bo'lgan uzoq muddatli silindrsimon tuzilmalarga berilgan nom. Uglerod nanotubalari birinchi marta 1951 yilda sovet fiziklari L.V.Radushkevich va V.M.Lukyanovich tomonidan kashf etilgan, biroq ularning bir yildan so‘ng mahalliy ilmiy jurnalda paydo bo‘lgan nashri e’tibordan chetda qolgan. Ularga qiziqish 1990-yillarda xorijiy tadqiqotchilarning ishlaridan keyin yana paydo bo'ldi. Uglerod nanotubalari po'latdan yuz baravar kuchli va ularning ko'pchiligi issiqlik va elektr tokini yaxshi o'tkazuvchidir. Damashq pichoqlari haqida gapirganda, biz ularni allaqachon eslatib o'tdik. Siz 4-sonli ma'ruzada uglerod nanotubalari haqida ko'proq bilib olasiz.

Yaqinda olimlar bor nitridining nanotubalarini, shuningdek, oltin kabi ba'zi metallarni sintez qilishga muvaffaq bo'lishdi (7-rasm, b.ga qarang. o'n to'rt). Quvvat jihatidan ular ugleroddan sezilarli darajada pastroq, ammo diametri ancha katta bo'lganligi sababli ular hatto nisbatan katta molekulalarni ham o'z ichiga olishi mumkin. Oltin nanotubalarni olish uchun isitish shart emas - barcha operatsiyalar xona haroratida amalga oshiriladi. Zarrachalarining oʻlchami 14 nm boʻlgan oltinning kolloid eritmasi gʻovak alyuminiy oksidi bilan toʻldirilgan ustundan oʻtkaziladi. Bunday holda, oltin klasterlari alyuminiy oksidi strukturasida mavjud bo'lgan teshiklarga yopishib qoladi va bir-biri bilan nanotubalarga birlashadi. Hosil bo'lgan nanotubalarni alyuminiy oksididan tozalash uchun kukunga kislota bilan ishlov beriladi - alyuminiy oksidi eriydi va mikrografiyada suv o'tlariga o'xshash oltin nanotubalar idish tubiga joylashadi.

Bir o'lchovli nanoob'ektlarga misol nanotiplar, yoki nanosimlar- bu kesma 10 nm dan kam bo'lgan kengaytirilgan nanostrukturalarning nomi. Bu kattalik tartibi bilan ob'ekt maxsus, kvant xususiyatlarini namoyon qila boshlaydi. Keling, uzunligi 10 sm va diametri 3,6 nm bo'lgan mis nano simni bir xil sim bilan, lekin diametri 0,5 mm ni solishtiraylik. Oddiy simning o'lchami atomlar orasidagi masofalardan ko'p marta kattaroqdir, shuning uchun elektronlar barcha yo'nalishlarda erkin harakatlanadi. Nanosimda elektronlar faqat bitta yo'nalishda - sim bo'ylab erkin harakatlana oladi, lekin bo'ylab emas, chunki uning diametri atomlar orasidagi masofadan bir necha baravar ko'p. Fiziklarning ta'kidlashicha, nanosimda elektronlar ko'ndalang yo'nalishda lokalizatsiya qilinadi va bo'ylama yo'nalishda delokalizatsiya qilinadi.

Metalllarning (nikel, oltin, mis) va yarim o'tkazgichlarning (kremniy), dielektriklarning (kremniy oksidi) ma'lum nanosimlari. Maxsus sharoitlarda kremniy bug'ining kislorod bilan sekin o'zaro ta'siri kremniy oksidi nanosimlarini olish imkonini beradi, ularda novdalar singari gilosga o'xshash sharsimon silika hosilalari osilgan. Bunday "berry" ning o'lchami atigi 20 mikron (mkm). Molekulyar nanosimlar bir-biridan bir oz farq qiladi, bunga misol DNK molekulasi - irsiy ma'lumotni saqlovchi. Kichik miqdordagi noorganik molekulyar nanosimlar molibden sulfidlari yoki selenidlardir. Ushbu birikmalardan birining tuzilishining bir qismi rasmda ko'rsatilgan. 8. Mavjudligi uchun rahmat d-molibden atomlaridagi elektronlar va qisman to'ldirilganlarning bir-birining ustiga chiqishi d-orbitallar bu modda elektr tokini o'tkazadi.

Nano simlar bo'yicha tadqiqotlar hozirda laboratoriya darajasida olib borilmoqda. Biroq, yangi avlod kompyuterlarini yaratishda ular talabga ega bo'lishi allaqachon aniq. An'anaviy yarimo'tkazgichlar kabi yarimo'tkazgichli nanosimlar, muvofiq ravishda qo'llanilishi mumkin** R- yoki n-turi. Hozirda nanosimlar asosida yaratilgan p–n- g'ayrioddiy kichik o'lchamdagi o'tishlar. Shunday qilib, nanoelektronikaning rivojlanishi uchun asoslar asta-sekin yaratilmoqda.

Nanotolalarning yuqori mustahkamligi turli materiallarni, shu jumladan polimerlarni, ularning qattiqligini oshirish uchun mustahkamlash imkonini beradi. Va litiy-ionli akkumulyatorlardagi an'anaviy uglerod anodini kremniy nanosimlar bilan qoplangan po'lat anodga almashtirish ushbu oqim manbai quvvatini kattalik tartibida oshirish imkonini berdi.

Ikki o'lchovli nanoob'ektlarga misol nanofilmlar. Juda kichik qalinligi (faqat bir yoki ikkita molekula) tufayli ular yorug'likni o'tkazadi va ko'zga ko'rinmaydi. Polistirol va boshqa polimerlardan tayyorlangan polimer nanoqoplamalari kundalik hayotda ishlatiladigan ko'plab narsalarni - kompyuter ekranlarini, uyali telefon oynalarini, ko'zoynak linzalarini ishonchli himoya qiladi.

10-50 nm gacha bo'lgan yarim o'tkazgichlarning yagona nanokristallari (masalan, sink sulfid ZnS yoki kadmiy selenid CdSe) deyiladi. kvant nuqtalari. Ular nol o'lchovli nanoob'ektlar hisoblanadi. Bunday nanoob'ektlar yuzdan yuz minggacha atomlarni o'z ichiga oladi. Kvant yarimo'tkazgich nurlantirilganda, kvant nuqtasida harakati barcha yo'nalishlarda cheklangan "elektron-teshik" juftligi (eksiton) paydo bo'ladi. Shu sababli, qo'zg'alish energiya darajalari diskretdir. Qo'zg'aluvchan holatdan asosiy holatga o'tishda kvant nuqtasi yorug'lik chiqaradi va to'lqin uzunligi nuqta hajmiga bog'liq. Bu qobiliyatdan keyingi avlod lazerlari va displeylarini ishlab chiqishda foydalanilmoqda. Kvant nuqtalari biologik belgilar (markerlar) sifatida ham ishlatilishi mumkin, ularni ma'lum oqsillar bilan bog'laydi. Kadmiy juda zaharli, shuning uchun kadmiy selenid asosida kvant nuqtalarini ishlab chiqarishda ular sink sulfidning himoya qobig'i bilan qoplangan. Va biologik ilovalar uchun zarur bo'lgan suvda eruvchan kvant nuqtalarini olish uchun sink kichik organik ligandlar bilan birlashtiriladi.

Olimlar tomonidan allaqachon yaratilgan nanostrukturalar dunyosi juda boy va xilma-xildir. Unda siz bizning oddiy dunyomizning deyarli barcha so'l ob'ektlarining analoglarini topishingiz mumkin. Uning o'ziga xos flora va faunasi, o'ziga xos oy landshaftlari va labirintlari, betartiblik va tartib bor. Nanostrukturalarning turli xil tasvirlarining katta to'plamini www.nanometer.ru saytida topish mumkin. Bularning barchasi amaliy qo'llanilishini topadimi? Albatta yo'q. Nanofan hali juda yosh - u atigi 20 yoshda! Va har qanday yosh organizm kabi, u juda tez rivojlanadi va faqat foyda keltira boshlaydi. Hozircha nanotexnologiyalar darajasiga nanotexnologiyalar darajasiga yetkazilgan, ammo amalga oshirish foizi doimiy ravishda o'sib bormoqda va bir necha o'n yilliklardan keyin bizning avlodlarimiz dovdirab qolishadi - nanotexnologiyalarsiz biz qanday yashay olardik!

Savollar

1. Nano fan deb nimaga aytiladi? Nanotexnologiya?

2. “Har bir moddaning nano darajasi bor” iborasiga izoh bering.

3. Nanokimyoning nanofandagi o‘rnini aytib bering.

4. Ma’ruza matnida keltirilgan ma’lumotlardan foydalanib, 1 m 3 va 1 nm 3 dagi oltin atomlari sonini hisoblang.

Javob. 5,9 10 28 ; 59.

5. Nano fan asoschilaridan biri, amerikalik fizigi R. Feynman 1959 yilda alohida atomlarni mexanik manipulyatsiya qilishning nazariy imkoniyatlari haqida gapirar ekan, mashhur bo'lgan iborani aytgan edi: "U erda juda ko'p bo'shliq bor". ("Pastida juda ko'p joy bor"). Olimning gapini qanday tushunasiz?

6. Nanozarrachalarni olishning fizik va kimyoviy usullari o'rtasidagi farq nima?

7. “nanozarracha”, “klaster”, “nanonaycha”, “nanoparcha”, “nanofilm”, “nano chang”, “kvant nuqta” atamalarining ma’nosini tushuntiring.

8. “O‘lcham effekti” atamasining ma’nosini tushuntiring. U qanday xususiyatlarni ko'rsatadi?

9. Mis nano kukuni, mis simdan farqli o'laroq, gidroiyodik kislotada tezda eriydi. Buni qanday tushuntirish kerak?

10. Nima uchun oltinning nanozarrachalari bo'lgan kolloid eritmalarining rangi oddiy metall rangidan farq qiladi?

11. Sferik oltin nanozarrachaning radiusi 1,5 nm, oltin atomining radiusi 0,15 nm. Nanozarrachada qancha oltin atomi borligini hisoblang.

Javob. 1000.

12. Au 55 zarrachasi qaysi turdagi klasterlarga kiradi?

13. Stirolning atmosfera kislorodi bilan oksidlanishida benzaldegiddan tashqari yana qanday mahsulotlar hosil bo'lishi mumkin?

14. Muzning erishi natijasida olingan suv va bug'ning kondensatsiyasidan hosil bo'lgan suv o'rtasida qanday o'xshashlik va farq bor?

15. 3 o'lchamdagi nanoob'ektlarga misollar keltiring; 2; bitta; 0.

Adabiyot

Nanotexnologiyalar. Hamma uchun ABC. Ed. akad. Yu.D.Tretyakov. Moskva: Fizmatlit, 2008; Sergeev G.B. Nanokimyo. M.: Book House universiteti, 2006; Ratner M., Ratner D. Nanotexnologiya. Yana bir ajoyib g'oyaning oddiy tushuntirishi. Moskva: Uilyams, 2007; Rybalkina M. Nanotexnologiya hamma uchun. M., 2005; Menshutina N.V.. Nanotexnologiyaga kirish. Kaluga: Ilmiy adabiyotlar nashriyoti Bochkareva N.F., 2006; Lalayants I.E. Nanokimyo. Kimyo ("Birinchi sentyabr" nashriyoti), 2002 yil, 46-son, b. bitta; Rakov E.G. Kimyo va nanotexnologiya: ikki nuqtai nazar. Kimyo ("Birinchi sentyabr" nashriyoti), 2004 yil, 36-son, b. 29.

Internet resurslari

www.nanometer.ru – nanotexnologiyalarga bag‘ishlangan axborot sayti;

www.nauka.name - ommabop ilmiy portal;

www.nanojournal.ru - Rossiya elektron Nanojurnal.

* Rossiyaning Rosnanotech davlat korporatsiyasi tomonidan rasman qabul qilingan.

** Doping - bu materialning elektron tuzilishini o'zgartiradigan kichik miqdordagi aralashmalarning kiritilishi. - Eslatma. ed.

Nanokimyo - kimyoning nanozarrachalarning xossalari, tuzilishi va kimyoviy o'zgarishlar xususiyatlarini o'rganadigan bo'limi. Nanokimyoning o'ziga xos xususiyati o'lcham effektining mavjudligi - zarrachadagi atomlar yoki molekulalar sonining o'zgarishi bilan fizik-kimyoviy xususiyatlar va reaktivlikning sifat jihatidan o'zgarishi. Odatda, bu ta'sir 10 nm dan kichik zarralar uchun kuzatiladi, garchi bu qiymat shartli qiymatga ega.

Nanokimyo bo'yicha tadqiqot yo'nalishlari

Nanomanipulyatorlar yordamida atomlardan yirik molekulalarni yig'ish usullarini ishlab chiqish; mexanik, elektr va magnit ta'sirlar ostida atomlarning molekula ichidagi o'zgarishini o'rganish.

Superkritik suyuqlik oqimlarida nanostrukturalarni sintez qilish; nanokristallarni yo'naltirilgan yig'ish usullarini ishlab chiqish.

O‘ta nozik moddalar va nanostrukturalarning fizik-kimyoviy evolyutsiyasi nazariyasini ishlab chiqish; nanostrukturalarning kimyoviy degradatsiyasini oldini olish usullarini yaratish.

Kimyo va neft-kimyo sanoati uchun yangi katalizatorlar olish; nanokristallarda katalitik reaktsiyalar mexanizmini o'rganish.

Akustik maydonlarda g'ovak muhitlarda nanokristallanish mexanizmlarini o'rganish; biologik to'qimalarda nanostrukturalarning sintezi.

Nanokristallar guruhlarida o'z-o'zini tashkil qilish hodisasini o'rganish; kimyoviy modifikatorlar yordamida nanostrukturalarni barqarorlashtirishni uzaytirishning yangi usullarini izlash.

Tadqiqotning maqsadi quyidagilarga imkon beradigan mashinalarning funktsional assortimentini ishlab chiqishdan iborat:

Kimyo sanoati va laboratoriya amaliyoti uchun yangi katalizatorlar.

Texnik nanostrukturalarning kimyoviy degradatsiyasining oldini olish metodologiyasi; kimyoviy buzilishlarni bashorat qilish usullari.

Yangi dorilarni olish.

Intratumoral nanokristallanish va akustik maydonni qo'llash orqali onkologik kasalliklarni davolash usuli.

Yangi kimyoviy sensorlar; datchiklarning sezgirligini oshirish usullari.

Energetika va kimyo sanoatida nanotexnologiyalar

Nanotexnologiya (yun. nanos — «mitti» + «techno» — sanʼat, + «logos» — taʼlimot, tushuncha) — fundamental va amaliy fan va texnikaning fanlararo sohasi boʻlib, innovatsion usullar (nazariy asoslash, eksperimental usullar sohalarida) bilan shugʻullanadi. tadqiqot, tahlil va sintez, shuningdek, yangi sanoat sohasida) kerakli xususiyatlarga ega yangi materiallarni olish. Nanotexnologiya yagona atomlar yoki molekulalarni (harakat, almashtirish, yangi kombinatsiyalar) manipulyatsiya qilish uchun eng yangi texnologiyalardan foydalanadi. Nanoob'ektlarning berilgan atom va molekulyar tuzilishini sun'iy tashkil qilish uchun turli xil usullar (mexanik, kimyoviy, elektrokimyoviy, elektr, biokimyoviy, elektron nurlar, lazer) qo'llaniladi.

Energetikada nanotexnologiyalar

Energetika va mashinasozlik sohasidagi nanotexnologiyalar

Ushbu sohada NTning rivojlanishi ikki yo'nalishda boradi:

1- konstruktiv materiallarni yaratish,

2- sirt nanomuhandisligi

Qurilish materiallarini yaratish,

Ultradispers (yoki nanodispers) elementlarni o'z ichiga olgan tubdan yangi strukturaviy materiallarni yaratish uchun biz quyidagi yo'ldan bordik. Birinchisi, qo'shimcha moddalar sifatida ultra nozik elementlarning qo'shilishi. Mashinasozlik va energetikada konstruktiv materiallar uchun fullerenlar ekzotik, juda qimmat.Ikkinchi yoʻnalish termoplastik, termik yoki plastik deformatsiyalar orqali amalga oshiriladigan poʻlat va qotishmalardagi metall boʻlmagan qoʻshimchalarning oʻta nozik tizimlarini (UDS) yaratishdir. Ma'lum bo'lishicha, konstruktiv materiallarning ishlash xususiyatlarini nafaqat metallurglarning fikriga ko'ra, deyarli tugaydigan qotishma komponentlarini kiritish, balki har qanday tabiatning deformatsiyasi bilan ham nazorat qilish mumkin. Bunday ta'sir bilan metall bo'lmagan qo'shimchalarning maydalanishi sodir bo'ladi. An'anaviy tavlanish va temperatura metallurgiyadagi nanotexnologiyalardan boshqa narsa emas.

Bunday ta'sirlar natijasida yuqori mustahkamlik egiluvchanlik bilan birlashtirilgan po'latlarni (Prometeydagi azotli po'latlarni), ya'ni energetika sohasida, mashinasozlikda etishmayotgan xususiyatlarni, materiallarni olish mumkin. kerakli xususiyatlarga ega. Nanotexnologiya esa bunday materiallarni muvaffaqiyatli olish imkonini beradi.

Nanokimyo

Kimyo va farmakologiya

Nanofan mustaqil fan sifatida faqat so'nggi 7-10 yil ichida paydo bo'ldi. Nanostrukturalarni o'rganish ko'plab klassik ilmiy fanlar uchun umumiy yo'nalishdir. Nanokimyo ular orasida yetakchi o‘rinlardan birini egallaydi, chunki u...

FEDERAL TA'LIM AGENTLIGI OMSK DAVLAT PEDAGOGIKA UNIVERSITETI KIMYO-BIOLOGIYA FAKULTETI
KIMYO VA KIMYO OQITISH METODLARI KAFEDRATI

Nanokimyo

To‘ldiruvchi: 1-XO o‘quvchisi Kuklina N.E.

Tekshirgan: kimyo fanlari nomzodi, dotsent Bryanskiy B.Ya.

Omsk 2008 yil

§bir. Nano fanning shakllanish tarixi…………………………………………………………………3

§2. Nano fanning asosiy tushunchalari……………………………………………………………….5

§3. Ayrim nanozarrachalarning tuzilishi va xulq-atvorining xususiyatlari……………………………8

§ to'rt. Nanokimyodan amaliy foydalanish turlari………………………………………9

§5. Nanozarrachalarni olish usullari…………………………………………………………..10

§6. Nanomateriyalar va ularni qo‘llash istiqbollari……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11

Axborot manbalari………………………………………………………………………………………13

§bir. Nano fanning shakllanish tarixi

1905 yil Albert Eynshteyn shakar molekulasining kattaligi p ekanligini nazariy jihatdan isbotladi tomirlar esa 1 nanometrga teng.

1931 yil Nemis fiziklari Ernst Ruska va Maks Knoll elektron mikrofon yaratdilar haqida miqyosni ta'minlash 10 15 - barobar ortishi.

1932 yil Gollandiyalik professor Fritz Zernike faza-kontrast mi ixtiro qildi uchun roscope - tasvirlar tafsilotlarini ko'rsatish sifatini yaxshilagan optik mikroskopning varianti a zheniya va uning yordamida tirik hujayralarni tekshirdi.

1939 yil Ernst Ruska ishlagan Siemens 10 nm o'lchamli birinchi tijorat elektron mikroskopini ishlab chiqardi.

1966 yil Milliy byuroda ishlagan amerikalik fizik Rassel Yang n dart, bugungi kunda tunnel mikrofonlarini skanerlashda ishlatiladigan dvigatelni ixtiro qildi haqida 0,01 angstrom (1 nanometr = 10 angstrom) aniqlikdagi nanotoollarni joylashtirish uchun.

1968 yil Bell kompaniyasining ijrochi vitse-prezidenti Alfred Cho va Bellning yarimo‘tkazgichlar bo‘yicha tadqiqot bo‘limi xodimi Jon Artur elektron qurilmalarni yaratishda sirtni tozalash va atom aniqligiga erishish uchun nanotexnologiyadan foydalanishning nazariy imkoniyatlarini asoslab berishdi.

1974 yil Tokio universitetida ishlagan yapon fizigi Norio Taniguchi "nanotexnologiya" atamasini taklif qildi (ajralish, yig'ish va onaning o'zgarishi jarayoni. a ularni bitta atom yoki bitta molekulaga ta'sir qilish orqali ushlash), bu tezda ilmiy doiralarda mashhurlikka erishdi.

1982 yil IBM Tsyurix tadqiqot markazida fiziklar Gerd Binnig va Ge n Rich Rorer skanerlash tunnel mikroskopini (STM) yaratdi, bu o'tkazuvchan materiallar yuzasida atomlarning joylashishining uch o'lchovli rasmini yaratishga imkon beradi.

1985 yil Uch amerikalik kimyogar: Rays universiteti professori Richard Smolli, shuningdek Robert Karl va Xarold Kroto fullerenlarni - molekulalarni kashf etdilar. I shar shaklida joylashgan 60 ta uglerod atomidan iborat. Bu olimlar, shuningdek, birinchi marta 1 nm ob'ektni o'lchashga muvaffaq bo'lishdi.

1986 yil Gerd Binnig skanerlovchi atom kuchini zondlovchi mikrometrni ishlab chiqdi haqida ko'lami, bu nihoyat har qanday materialning atomlarini tasavvur qilish imkonini berdi (nafaqat haqida etakchi), shuningdek, ularni manipulyatsiya qilish.

1987–1988 yillar "Delta" ilmiy-tadqiqot institutida P.N. Luskinovich tomonidan birinchi rus nanotexnologik qurilmasi ishga tushirildi, u isitish ta'sirida mikroskop zondining uchidan zarrachalarni yo'naltirishni amalga oshirdi.

1989 yil Kaliforniyadagi IBM ilmiy markazi olimlari Donald Eygler va Erxard Shvetser nikel kristaliga 35 ta ksenon atomini o'z kompaniyasi nomi bilan joylashtirishga muvaffaq bo'lishdi.

1991 yil NECda ishlagan yapon professori Sumio Lijima va Bilan 0,8 nm diametrli uglerod naychalarini (yoki nanotubalarni) yaratish uchun fullerenlardan foydalangan.

1991 yil AQShda Milliy fan fondining birinchi nanotexnologiya dasturi ishga tushirildi. Yaponiya hukumati ham xuddi shunday tadbirlarni amalga oshirdi.

1998 yil Delfts texnologiya universitetining gollandiyalik professori Cees Dekker nanotubalar asosida tranzistor yaratdi. Buning uchun u dunyoda birinchi bo'lib o'zgarishi kerak edi e bunday molekulaning elektr o'tkazuvchanligini o'lchash.

2000 Nemis fizigi Frants Gissibl kremniy tarkibidagi subatomik zarralarni ko'rgan. Uning hamkasbi Robert Magerle nanotomografiya texnologiyasini - uchtasini yaratishni taklif qildi R 100 nm o'lchamdagi moddaning ichki tuzilishi tasviri.

2000 AQSh hukumati Milliy nanotexnologiya institutini ochdi va tashabbus (NNI). AQSh byudjyeti tijorat yo'nalishi bo'yicha 270 million dollar ajratdi e Rossiya kompaniyalari unga 10 barobar ko'p sarmoya kiritdilar.

2002 yil Cees Dekker uglerod naychasini DNK bilan birlashtirib, bitta nano hosil qildi xonlikdir.

2003 yil Yuta universiteti professori Feng Liu Frants Gissiblning yutuqlaridan foydalanib, atom mikroskopidan foydalangan holda, yadro atrofida harakatlanayotganda elektronlarning tebranishlarini tahlil qilib, ularning orbitalarining tasvirlarini yaratdi.

§2. Nano fanning asosiy tushunchalari

Nanofan mustaqil fan sifatida faqat keyin paydo bo'ldi d 7-10 yil. Nanostrukturalarni o'rganish ko'plab klassik ilmiy fanlar uchun umumiy yo'nalishdir. Nanokimyo ular orasida yetakchi oʻrinlardan birini egallaydi, chunki u koʻpincha tabiiy materiallardan sifat jihatidan ustun boʻlgan yangi nanomateriallarni ishlab chiqish, ishlab chiqarish va tadqiq qilish uchun amalda cheksiz imkoniyatlarni ochib beradi.

Nanokimyo - turli nanozarrachalarning xossalarini o‘rganuvchi fan t ruktur, shuningdek, ularni ishlab chiqarish, o'rganish va o'zgartirishning yangi usullarini ishlab chiqish.

Nanokimyoning ustuvor vazifasiNanometr o'lchamlari o'rtasidagi munosabatni o'rnatish a qoziq va uning xususiyatlari.

Nanokimyo tadqiqot ob'ektlariular ekvivalentiga teng massaga ega jismlardir va valentlik o'lchami nanorange (0,1 - 100 nm) ichida qoladi.

Nano o'lchamli ob'ektlar bir tomondan quyma materiallar va boshqa tomondan atomlar va molekulalar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallaydi. Bundaylarning mavjudligi b materiallardagi loyihalar ularga yangi kimyoviy va fizik xususiyatlarni beradi. Nanoob'ektlar qonunlar mavjud bo'lgan dunyo o'rtasidagi oraliq va bog'lovchi bo'g'indir haqida kvant mexanikasi va klassik fizika qonunlari amal qiladigan dunyo.

Atrofdagi dunyo ob'ektlarining xarakterli o'lchamlari

Nanokimyo turli xil nanosistemalarning ishlab chiqarilishi va xususiyatlarini o'rganadi. Nanotizimlar gaz yoki suyuq muhit bilan o'ralgan jismlar to'plamidir. Bunday t e Lama sifatida ko'p atomli klasterlar va molekulalar, nanodramchalar va nanokristallardan foydalanish mumkin. Bular atomlar va makroskopik jismlar orasidagi oraliq shakllardir. Tizimlar hajmi taxminan Bilan 0,1 - 100 nm ichida eriydi.

Nanokimyo ob'ektlarining fazaviy holat bo'yicha tasnifi

Faza holati	yagona atomlar	Klasterlar	Nanozarrachalar	Kompakt materiya
Diametri, nm	0,1-0,3	0,3-10	10-100	100 dan ortiq
Atomlar soni	1-10	10-10 6	10 6 -10 9	10 9 dan yuqori

Nanokimyo tomonidan o'rganiladigan ob'ektlar doirasi doimiy ravishda kengayib bormoqda. Kimyogarlar har doim nanometr o'lchamdagi jismlarning xususiyatlari nima ekanligini tushunishga harakat qilishgan. Bu kolloid va makromolekulyar kimyoning jadal rivojlanishiga olib keldi.

XX asrning 80-90-yillarida elektron, atom kuchi va boshqa usullar tufayli. n mikroskop, metall nanokristallarning xatti-harakatlarini kuzatish mumkin edi va e organik tuzlar, oqsil molekulalari, fullerenlar va nanotubalar va so'nggi yillarda t a Bu kuzatishlar keng tarqaldi.

Nanokimyoviy tadqiqot ob'ektlari

Nanozarrachalar	Nanotizimlar
Fullerenlar	Kristallar, eritmalar
tubulalar	Agregatlar, yechimlar
Protein molekulalari	Eritmalar, kristallar
polimer molekulalari	Sollar, jellar
Noorganik nanokristallar e mavjudotlar	Aerozollar, kolloid eritmalar, yog'ingarchilik
Misellar	Kolloid eritmalar
Nanobloklar	Qattiq moddalar
Langmuir-Blodgett filmlari	Er yuzasida plyonka bo'lgan jismlar
Gazlardagi klasterlar	Aerozollar
Har xil qatlamlardagi nanozarralar e mavjudotlar	Nanostrukturali filmlar

Shunday qilib, nanokimyoning quyidagi asosiy xususiyatlarini ajratib ko'rsatish mumkin:

1. Ob'ektlarning geometrik o'lchamlari nanometr shkalasida yotadi;
2. Ob'ektlar va ularning to'plamlari tomonidan yangi xususiyatlarning namoyon bo'lishi;
3. Ob'ektlarni nazorat qilish va aniq manipulyatsiya qilish imkoniyati;
4. Ob'ektlar asosida yig'ilgan ob'ektlar va qurilmalar yangi iste'molchilarni qabul qiladi bsky xususiyatlari.

§3. Ayrim nanozarrachalarning tuzilishi va harakatlanish xususiyatlari

Inert gazlar atomlaridan nanozarrachalareng oddiy nanoob'ektlardir b loyihalar. To'liq to'ldirilgan elektron qobiqli inert gazlarning atomlari bir-biri bilan van der Vaals kuchlari orqali zaif ta'sir qiladi. Bunday zarrachalarni tavsiflashda qattiq sharlar modelidan foydalaniladi.

Metall nanozarrachalar. Bir nechta atomlarning metall klasterlarida ham kovalent, ham metall turdagi bog'lanishlar amalga oshirilishi mumkin. Metall nanozarrachalar yuqori reaktivdir va ko'pincha kataliz sifatida ishlatiladi. a tori. Metall nanozarrachalar odatda to'g'ri shaklga ega - oktaedr, ikos a hedra, tetradekaedr.

fraktal klasterlarshoxlangan tuzilishga ega bo'lgan narsalardir: soot, co l loidlar, turli aerozollar va aerojellar. Fraktal - bu ortib borayotgan ob'ekt Bilan erish kattalashtirish, siz bir xil tuzilish unda barcha darajalarda va har qanday miqyosda qanday takrorlanishini ko'rishingiz mumkin.

Molekulyar klasterlarmolekulalar klasterlaridir. Eng ko'p e xandaklar molekulyardir. Ularning soni va xilma-xilligi juda katta. Xususan, molekulalarga da Ko'pgina biologik makromolekulalar qutbli klasterlarga tegishli.

Fullerenlar ko'pburchakdan hosil bo'lgan ichi bo'sh zarralardir n kovalent aloqa bilan bog'langan uglerod atomlarining taxalluslari. To'ldiruvchilar orasida alohida o'rin tutadi e 60 uglerod atomidan iborat zarracha egallagan yangi - C 60 mikroskopik futbol to'piga o'xshaydi.

Nanotubalar - bular ichi bo'sh molekulalar bo'lib, taxminan 1 000 000 at dan iborat haqida uglerodning harakatlanishi va diametri taxminan bir nanometr va uzunligi bir necha o'nlab mikron bo'lgan bir qatlamli quvurlarni ifodalaydi. Nanotubka yuzasida uglerod atomlari tarqalgan haqida muntazam olti burchakli uchlarida yotadi.

§ to'rt. Nanokimyodan amaliy foydalanish

An'anaviy ravishda nanokimyoni quyidagilarga bo'lish mumkin:

• nazariy
• eksperimental
• Qo'llaniladi

Nazariy nanokimyofazoviy koordinatalar va tezlik kabi zarrachalar holatining parametrlarini hisobga olgan holda nanobodlarning xatti-harakatlarini hisoblash usullarini ishlab chiqadi. haqida har bir nanozarrachaning sti, massasi, tarkibi, shakli va tuzilishi xususiyatlari.

Eksperimental nanokimyouch yoʻnalishda rivojlanadi. Birinchisi doirasida o'ta sezgir spektral usullar ishlab chiqilmoqda va qo'llanilmoqda, ha Yu molekulalarning, shu jumladan o'nlab va yuzlab atomlarning tuzilishini hukm qilish imkoniyatini beradi.Ikkinchisi doirasidayo'nalishi, hodisalari mahalliy (mahalliy) elektrda o'rganiladi e nanoproblar va maxsus manipulyatorlar yordamida amalga oshiriladigan nanobodiyalarga jismoniy, magnit yoki mexanik ta'sirlar.Uchinchi ostidaMen yo'nalishlarni belgilayman t nanobodlar kollektivlarining makrokinetik xususiyatlari va tarqatish funktsiyalari a davlat parametrlari bo'yicha eslatma.

Amaliy nanokimyo o'z ichiga oladi:

• Muhandislik va nanotexnologiyada nanotizimlardan foydalanishning nazariy asoslarini ishlab chiqish haqida ologiya, ularning sharoitida muayyan nanotizimlarning rivojlanishini bashorat qilish usullari va Bilan foydalanish, shuningdek optimal ishlash usullarini izlash (texnik lekin nokimyo).
• Nanomatlarni sintez qilishda nanosistemalar harakatining nazariy modellarini yaratish. e riallar va ularni ishlab chiqarish uchun maqbul sharoitlarni izlash (sintetik nanokimyo).
• Biologik nanotizimlarni o'rganish va nanoslardan foydalanish usullarini yaratish va dorivor maqsadlar uchun poyalari (tibbiy nanokimyo).
• Atrof muhitda nanozarrachalarning shakllanishi va migratsiyasining nazariy modellarini ishlab chiqish da yashash muhiti va tabiiy suvlarni yoki havoni nanozarrachalardan tozalash usullari (ek haqida mantiqiy nanokimyo).

§5. Nanozarrachalarni olish usullari

Asosan, nanopartikullarni sintez qilishning barcha usullarini ikkita katta guruhga bo'lish mumkin:

Dispersiya usullari, yoki an'anaviy makronamunani maydalash orqali nanozarrachalarni olish usullari

kondensatsiya usullari, yoki alohida atomlardan nanozarrachalarni "o'stirish" usullari.

Dispersiya usullari

Dispersiya usullari bilan dastlabki jismlar nanozarrachalarga maydalanadi. Nanozarrachalarni olishning bunday yondashuvini ba'zi olimlar majoziy ma'noda atashadi"yuqoridan pastga yondashuv" . Bu nanopartikullarni yaratishning eng oddiy usullaridan biri, o'ziga xos "go'sht". haqida makrotanalar uchun kesish”. Ushbu usul mikroelektronika uchun materiallar ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi, u sanoat uskunalari va ishlatiladigan materialning imkoniyatlari doirasida ob'ektlarning o'lchamlarini nano o'lchamlarga kamaytirishdan iborat. Va h Moddani nafaqat mexanik usulda nanozarrachalarga maydalash mumkin. Rossiyaning Advanced Powder Technologies kompaniyasi kuchli tok impulsi bilan metall ipni portlatib, nanozarrachalarni oladi.

Bundan tashqari, nanozarrachalarni olishning ko'proq ekzotik usullari mavjud. Amerikalik olimlar 2003 yilda anjir daraxti barglaridan mikroorganizmlarni to'plashdi Rodokok - va ularni oltin o'z ichiga olgan eritma ichiga joylashtirdi. Bakteriyalar kimyoviy vosita sifatida harakat qildi Bilan birinchisi, kumush ionlaridan diametri taxminan 10 nm bo'lgan toza nanozarrachalarni yig'ish. Nanozarrachalarni qurish orqali bakteriyalar o'zini normal his qildi va ko'payishda davom etdi.

Kondensatsiya usullari

Kondensatsiya usullari bilan ("pastdan yuqoriga yondashuv") nanozarrachalar n ni oladi da alohida atomlarni birlashtirish mavzulari. Usul nazorat ostida ekanligidadir Bilan sharoitlar, atomlar va ionlar ansambllari hosil bo'ladi. Natijada, yangi tuzilmalar bilan va shunga mos ravishda ansambllarni shakllantirish shartlarini o'zgartirish orqali dasturlash mumkin bo'lgan yangi xususiyatlarga ega yangi ob'ektlar shakllanadi. Bu bir tomonidan d Ushbu harakat ob'ektlarni miniatyuralashtirish muammosini hal qilishni osonlashtiradi, yuqori aniqlikdagi litografiya, yangi mikroprotsessorlar, yupqa polimer plyonkalar va yangi yarim o'tkazgichlarni yaratishning bir qator muammolarini hal qilishga yaqinlashtiradi.

§6. Nanomateriallar va ularni qo'llash istiqbollari

Nanomateryallar tushunchasi birinchi bo'lib o'sha yili shakllantirilganXX asrning 80-yillari G. Gleyter tomonidan, bu atamani ilmiy foydalanishga kim kiritgan - " nanomaterial ". An'anaviy nanomateriallarga qo'shimcha ravishda (masalan, kimyoviy elementlar va birikmalar, amorf moddalar, metallar va ularning qotishmalari) ular orasida nanomo'tkazgichlar, nanopolimerlar, a g'ovakli materiallar, nano changlar, ko'plab uglerod nanostrukturalari, a nobiomateriallar, supramolekulyar tuzilmalar va katalizatorlar.

Nanomateryallarning o'ziga xos xususiyatlarini belgilovchi omillar, ularni hosil qiluvchi nanozarrachalarning o'lchovli, elektron va kvant effektlari, shuningdek, ularning juda rivojlangan yuzasi. Ko'pgina tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki b nanomateriallarning fizik-mexanik xossalarida (kuchlilik, qattiqlik va h.k.) sezilarli va texnik jihatdan qiziqarli oʻzgarishlar zarrachalar oʻlchami oraligʻida bir necha boʻladi. a 100 nm gacha bo'lgan raqamlar. Hozirgi vaqtda kristallit hajmi taxminan 1-2 nm yoki undan kam bo'lgan nitridlar va boridlarga asoslangan ko'plab nanomateriallar allaqachon olingan.

Ularning tagida joylashgan nanozarralarning o'ziga xos xususiyatlari tufayli bunday matlar e rial ko'p jihatdan "oddiy"lardan ustundir. Masalan, kuchi l Nanotexnologiyalar yordamida olingan an'anaviy po'latning mustahkamligi an'anaviy po'latdan 1,5-3 baravar, qattiqligi 50-70 barobar, korroziyaga chidamliligi esa 10-12 baravar yuqori.

Nanomateryallarning qo'llanilishi:

• nanoelektronika va nanofotonika elementlari (yarimo'tkazgichli tranzistorlar va lazerlar; fotodetektorlar; quyosh batareyalari; turli sensorlar)
• o'ta zich ma'lumotlarni yozib olish qurilmalari
• telekommunikatsiyalar, axborot va hisoblash texnologiyalari, supe r kompyuterlar
• video uskunalar - tekis ekranlar, monitorlar, video proyektorlar
• molekulyar elektron qurilmalar, shu jumladan molekulyar darajadagi kalitlar va elektron sxemalar
• yoqilg'i xujayralari va energiya saqlash qurilmalari
• mikro- va nanomexanika qurilmalari, jumladan molekulyar motorlar va nanomotorlar, nanorobotlar
• nanokimyo va kataliz, shu jumladan yonish nazorati, qoplama, elektr uchun trokimyo va farmatsevtika
• aviatsiya, kosmik va mudofaa ilovalari I muhit
• maqsadli dori va oqsil yetkazib berish, biopolimerlar va biologik to'qimalarni davolash, klinik va tibbiy diagnostika, sun'iy mushaklar yaratish da baliq ovlash, suyaklar, tirik organlarning implantatsiyasi
• biomexanika, genomika, bioinformatika, bioinstrumentatsiya
• kanserogen to'qimalarni, patogenlarni va biologik zararli moddalarni ro'yxatga olish va aniqlash; qishloq xo'jaligi va oziq-ovqat ishlab chiqarishda xavfsizlik.

Omsk viloyati nanotexnologiyalarni rivojlantirishga tayyor

Nanotexnologiyalarni rivojlantirish Omsk viloyatida ilm-fan, texnologiya va texnikani rivojlantirishning ustuvor yo'nalishlaridan biridir.

Shunday qilib, Rossiya akademiyasining Sibir filiali yarimo'tkazgichlar fizikasi institutining Omsk filialida h nanoelektronikani rivojlantirish va Rossiya Fanlar akademiyasining Sibir filiali Uglevodorodlarni qayta ishlash muammolari institutida nano gözenekli uglerod tashuvchilar va katalizatorlarni olish ishlari olib borilmoqda.

Axborot manbalari:

• http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
• http://www.rambler.ru/news
• ht tp : // Nanometer.ru
• http://www.nanonewsnet.ru/ 67 KB Dars jihozlari: Taqdimot Ulug 'Vatan urushining boshlanishi, bu erda urushning dastlabki davri xaritasi ishlatiladi; urush haqidagi hujjatli filmlardan parchalar; Germaniya va SSSRning urushga tayyorligi sxemasi; bag'ishlangan kitoblar ko'rgazmasi Ulug 'Vatan urushiga ...