Наноматериалы и нанотехнологии. Особенности наноструктурного состояния вещества. Классификация наноразмерных объектов.

Содержание.

Термодинамика поверхности в наносиcтемах ……………………………………………………………………………….…………1

Наноматериалы и нанотехнологии. Особенности наноструктурного состояния вещества. Классификация……………………………….………………….1

Связь между аморфным, жидким, кристаллическим и нанокристаллическим состоянием…………………………………………………………………..………..3

Различия свойств веществ на поверхности и в объеме………………………………………………………………………………………………………………………………..……..3

Процессы на поверхности и приповерхностных слоях……………………………………………………………………………………………………………………………….……….5

Химический потенциал как функция кривизны поверхности……………………………………………………………………………………………………………………….…….7

Обработка поверхности и условия сохранения ее свойств. Поверхностная плотность заряда……………………………………………………………….……….9

Потенциал притяжения Ван дер Ваальса.................................................................................................................................................................12

Электростатическая стабилизация. Теория ДЛВО…………………………………………………………………………………………………………………………………..…………13

Пространственная стабилизация……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………….15

Смешанные стерические электрические взаимодействия………………………………………………………………………………………………………………………….…….17

 

Физико-химические закономерности формирования НСМ ……………………………………………………………..…..18

Гомогенное образование нульмерных частиц…………………………………………………………………………….……………………………………………..18

Механизмы роста зародышей……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..19

Рост зародышей, контролируемый диффузией. Рост зародышей, контролируемый поверхностными процессами…………….20

Гетерогенное зародышеобразование нульмерных частиц……………………………………………………………………………………………………….21

Кинетические ограничения при синтезе наночастиц. Контролируемый рост зародышей. Физико-химия образования одномерных

наноструктур. Методы испарения (растворения) – конденсации…………………………………………………………………………………………………………………….23

Рост одномерных наноструктур в процессах испарения конденсации………………………………………………………………………………….….26

Рост одномерных в процессах пар(раствор) – жидкость – твердое. Рост одномерных структур в процессах растворения-осаждения….…27

Физико-химические закономерности двухмерных наноструктур или тонких пленок………………………………………………………………28

Рост монокристаллических пленок. Осаждение аморфных пленок. Условия роста поликристаллических пленок. Эпитаксия……………….…30

 

Термодинамические и структурные особенности нанодисперсных сред …………………………………………..32

Фазовые состояние в наноразмерных средах………………………………………………………………………………………………………………………....…32

Температура плавления наноразмерных фаз……………………………………………………………………………………………………………………………..33

Полиморфные превращения в наноструктурных материалах. Особенности образования совместных фаз………………………….35

Структурные особенности наноразмерных сред……………………………………………………………………………………………………………….……….36

Дефекты кристаллической решетки………………………………………………………………………………………………………………………………….…………39

 

Свойства. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….41

Классические квантовые размерные эффекты. Химические свойства наноструктурных материалов…………………………………….41

Каталитические свойства нанодисперсных систем…………………………………………………………………………………………………………….………43

Применение наноматериалов в промышленности…………………………………………………………………………………………………….……………..44

Применение наноразмерных сред в биологических объектах…………………………………………………………………………..……………………..51

 

Термодинамика поверхности в наносиcтемах.

Наноматериалы и нанотехнологии. Особенности наноструктурного состояния вещества. Классификация наноразмерных объектов.

Наноматериалы – один из разделов нанотехнологий.

Нанотехнологией называется междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур и наноматериалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.

Нанотехнология – совокупность методов производства продуктов с заданной атомарной структурой путем манипулирования атомами и молекулами.

К нанотехнологии принято относить процессы и объекты с характерной длиной от 1 до 100 нм.

Основные составляющие нанотехнологий (базовые устройства):

Для того чтобы манипулировать отдельными атомами необходимо иметь в распоряжении несколько устройств:

1) «посредник» - сравнимый с атомами, по заданной программе способен перемещать отдельные атомы и молекулы и поддерживать стабильность незавершенных структур до завершения сборки.

2) Нанокомпьютер – состоит из долговременной памяти вычислителя.

3) «разборщик» - способен послойно разбирать объект или изучать его и записывать в нанокомпьютер точный план сборки.

4) «созидатель» - наноробот, с помощью которого теоретически могут собирать структуры из отдельных атомов.

К нанотехнологии принято относить процессы и объекты с характерной длиной от 1 до 100 нм. Верхняя граница нанообласти соответствует минимальным элементам в так называемых БИС (больших интегральных схемах), широко применяемых в полупроводниковой и компьютерной технике. С другой стороны интересно, что многие вирусы имеют размер 10 нм, а 1 нм почти точно соответствует характерному размеру белковых молекул, в частности, радиусу знаменитой двойной спирали молекулы ДНК.

Считается, что история нанотехнологии началась в 1959 году, когда лауреат нобелевской премии по физике Ричард Фейнман произнес вещую фразу: «Принципы физики, насколько я их знаю, не запрещают манипулировать отдельными атомами». Прорывом на пути развития нанотехнологии стала работа Эйглера и Швейцера, американских ученых компании IBM, которые сложили из отдельных атомов ксенона название своей фирмы. Несмотря на то, что через несколько часов ксеноновое слово испарилось, было доказано, что человек способен манипулировать отдельными атомами.

В начало

Нанотехнология объединяет все технические процессы, связанные непосредственно с атомами и молекулами. В связи с этим она представляется весьма перспективной для получения новых конструкционных материалов, полупроводниковых устройств, устройств записи информации, ценных фармацевтических препаратов и т.д.

Таким образом, в соответствии с современными представлениями, процессы получения наноразмерных материалов являются составной частью современных нанотехнологий.