Введение. Цель освоения дисциплинысостоит в том, чтобы студенты изучили основные классы наноматериалов и нанотехнологий применяемых при изготовлении устройств фотоники
Цель освоения дисциплины состоит в том, чтобы студенты изучили основные классы наноматериалов и нанотехнологий применяемых при изготовлении устройств фотоники и оптоинформатики и могли использовать их в своей, практической деятельности, а также ознакомились с использованием наноматериалов в волоконной оптике. Предметом изучения дисциплины являются следующие объекты: · Основные классы наноматериалов, их свойства, в том числе используемые в волоконной оптике. · Нанотехнологии синтеза материалов применяемых в элементах, приборах, устройствах и наномашинах фотоники и оптоинформатики, и волоконной оптике. Задачи изучения дисциплины: · Ознакомить студентов с тем фундаментальным фактом, что частицы размером 100 нанометров придают сделанным из них материалам новые свойства и новое поведение. Эти так называемые наноматериалы и способы их получения нанотехнологии имеют громадный потенциал для использования во всех практических областях. Начавшаяся нанотехнологическая революция полностью изменит все жизненно важные сферы деятельности человека. · Состоят также в том, что нанотехнологии утверждают новую парадигму всей производственной деятельности «снизу-вверх» от отдельных атомов к изделию, а не «сверху–вниз» как традиционные технологии, отсекающие лишний материал от массивной заготовки. · Ознакомить студентов с инновационной деятельностью предприятий, выпускающих наукоемкую высокотехнологичную продукцию, основанную на использовании наноматериалов. В диапазоне размеров 1 нанометр -100 нанометров (1нм=10-9м - 100 нм=10-7м) возникает новый мир, в котором меняются физические и химические свойства любых вещества, и где сходятся предметы исследования физических, химических и биологических наук. Наномир - это часть пространства, в котором из атомов, путем самоорганизации формируется вещество, живое или неживое. Будущее наномира не только в том, что будет наноэлектроника или нанохимия или нанобиология. Важнейшим прикладным значением наносостояния является возможность конвергенции (схождения) неорганического, органического и биологического мира и создание невиданных ранее в природе новых веществ и существ. Основной вклад в получение и исследование наноматериалов внесли химики. За 70-80 лет химики синтезировали несколько сот различных нанообъектов - частиц, материалов, структур. Это кентавры, коацерваты, тактоиды, фазоиды, аллофены, гигантские кластеры, фуллерены, фуллероиды, нанотрубки и т.п. Что определяет многообразие структур в наномире? Ответ: квантовый характер наносостояния и особые статистические законы, доминирующие в наномире. Наносистемы далеки от равновесия также из-за наличия развитой поверхности. Положение атомов вблизи поверхности отличны геометрически и физически от положений в объеме кристалла. Состав приповерхностного слоя не соответствует стехиометрическому составу химического соединения. Наночастицами считаются образования, состоящие из атомов или молекул с размерами меньшими 100 нанометров. Наночастицы (биологические, органические, металлорганические) являются некими индивидуальными образованиями обладающими специфическим строением. В 1999 году были открыты когерентные границы в наночастицах (кентаврах). Это означало что «многофазные» наночастицы не имеют стандартных границ раздела. А.И. Русанов показал, что понятие фазового или агрегатного состояния неприменимо к наночастицам. Между атомами вещества из таблицы Менделеева при расстояниях меньших или равных 1нм возникают силы притяжения. В результате действия этих сил могут образовываться атомные конфигурации с прочными связями (ковалентными, ионными или металлическими) и слабыми (вандервальсовскими, водородными). Атомные ассоциаты, содержащие небольшое количество атомов, называют молекулами или кластерами (объединениями). Чем меньше частица и ниже температура, тем сильнее проявляются её квантовые свойства. Нанокластеры находясь на молекулярном уровне строения вещества в диапазоне 1 нм -100 нм, кардинально отличаются по свойствам от атомов и микрочастиц. Именно нанокластеры являются основными «элементами», из которых строятся различные нанообъекты живущие в наномире. Образуются размерные цепочки нанообъектов из наномира в микромир и далее в макромир: Изолированные одиночные нанокластеры Нанокластер подобен молекуле. Он состоит из атомов на поверхности и атомов внутри кластера. В нанокластере с размером несколько нанометров бо’льшая часть атомов находится на его поверхности, для больших нанокластеров более10%. Интересно, что в многомерных пространствах объем концентрируется вблизи поверхности. (Манин Математика как метафора). Изучение нанокластеров и наноструктур является предметом физической химии и включает способы получения нанокластеров, их свойства и применения в виде наноматериалов и технических наноустройств используемых затем в различных нанотехнологиях. Общепринятой классификации нанокластеров пока не существует. Классификация нанокластеров (по способу получения) предложена Суздальцевым[1]: 1.группа изолированных и слабо взаимодействующих нанокластеров: Молекулярные кластеры, газовые безлигандные кластеры (кластеры щелочных металлов, алюминия, ртути, переходных металлов, углеродные кластеры и фуллерены, вандерваальсовы кластеры), коллоидные кластеры. 2.группа нанокластеров и наноструктур содержит: Твердотельные нанокластеры и наноструктуры, матричные нанокластеры и супрамолекулярные наноструктуры, кластерные кристаллы и фуллериты, компактированные наносистемы и нанокомпозиты, нанопленки и нанотрубки.
|
Наносистемы 
