Nanochemie ist die Weiterentwicklung des Forschungsgegenstandes in der Chemie. Hauptrichtungen und Konzepte der Nanochemie

Wie oben ausgeführt, können aufgrund der Verortung der Nanowelt an der Grenze zwischen klassischer Physik und Quantenmechanik ihre Objekte nicht mehr als absolut identisch und statistisch nicht unterscheidbar angesehen werden. Sie alle sind individuell, und ein Nanopartikel unterscheidet sich vom anderen in Zusammensetzung, Struktur und vielen anderen Parametern (z. B. C 60 - und C 70 -Fullerene). Es ist unmöglich, das Vorhandensein von Inhomogenitäten und Unregelmäßigkeiten in der Struktur eines Objekts zu ignorieren und es mit durchschnittlichen, integralen Merkmalen zu beschreiben, wie es in der klassischen Physik üblich ist. Die Besonderheit von Nanoobjekten liegt darin, dass ihre Größe dem Wirkungsradius der Kräfte der interatomaren Wechselwirkung entspricht, d.h. mit dem Abstand, in dem die Atome des Körpers entfernt werden müssen, damit ihre Wechselwirkung seine Eigenschaften nicht merklich beeinflusst. Aufgrund dieser Eigenschaft interagieren Nanobodies untereinander und mit der Umwelt anders als Makrobodies. Die Wissenschaft, die die Eigenschaften verschiedener Nanostrukturen sowie die Entwicklung neuer Wege zu ihrer Gewinnung, Untersuchung und Modifizierung untersucht, wird als bezeichnet Nanochemie. Es erforscht die Herstellung und Eigenschaften verschiedener Nanosysteme. Nanosysteme sind eine Menge von Körpern, die von einem gasförmigen oder flüssigen Medium umgeben sind. Solche Körper können mehratomige Cluster und Moleküle, Nanotröpfchen und Nanokristalle sein. Dies sind Zwischenformen zwischen Atomen und makroskopischen Körpern. Die Größe der Systeme bleibt im Bereich von 0,1–100 nm.

Eine der vorrangigen Aufgaben dieses Wissensgebietes ist es, einen Zusammenhang zwischen der Größe eines Nanopartikels und seinen Eigenschaften herzustellen. In der Nanochemie spielt die Rolle von Quantengrößeneffekte, wodurch sich die Eigenschaften eines Stoffes in Abhängigkeit von der Größe der Partikel und der Anzahl der darin enthaltenen Atome oder Moleküle ändern. Die Rolle von Größeneffekten ist so groß, dass versucht wird, Tabellen der Abhängigkeit der Eigenschaften von Clustern und Nanopartikeln von ihrer Größe und Geometrie ähnlich dem Periodensystem zu erstellen. Quantengrößeneffekte bestimmen solche Eigenschaften einer Substanz wie Wärmekapazität, elektrische Leitfähigkeit, einige optische Eigenschaften und so weiter.

Eigenschaftsänderungen sind mit zwei Hauptursachen verbunden: einer Erhöhung des Oberflächenanteils und einer Änderung der elektronischen Struktur aufgrund von Quanteneffekten. Die Eigenschaften von oberflächennahen Atomen unterscheiden sich von den Eigenschaften von Atomen, die sich in der Masse des Materials befinden, daher kann die Partikeloberfläche als ein besonderer Aggregatzustand betrachtet werden. Je größer der Anteil der auf der Oberfläche befindlichen Atome ist, desto stärker sind die mit der Oberfläche verbundenen Effekte (Abb. 9).

Reis. 9. Änderung des Verhältnisses von "Oberflächen"-Atomen (1) und denen in der Masse des Materials (2) in Abhängigkeit von der Partikelgröße.

Merkmale der elektronischen Struktur von Nanoobjekten werden durch die Verbesserung der Quanteneigenschaften in Verbindung mit einer Abnahme der Größe erklärt. Die ungewöhnlichen Eigenschaften von Nanostrukturen verhindern ihren trivialen technischen Einsatz und eröffnen gleichzeitig völlig unerwartete technische Perspektiven.

Signifikante Unterschiede in den Eigenschaften von Nanopartikeln beginnen sich bei Partikelgrößen unter 100 nm zu zeigen. Aus energetischer Sicht führt eine Abnahme der Partikelgröße zu einer Zunahme der Rolle der Oberflächenenergie, was zu einer Änderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften kleiner Objekte führt.

Forschungsobjekte der Nanochemie sind Körper mit einer solchen Masse, dass ihre äquivalente Größe (der Durchmesser einer Kugel, deren Volumen gleich dem Volumen des Körpers ist) innerhalb des Nanointervalls (0,1 - 100 nm) bleibt. Herkömmlicherweise kann die Nanochemie in theoretische, experimentelle und angewandte Chemie unterteilt werden (Abb. 10).

Reis. 10. Struktur der Nanochemie

Theoretische Nanochemie entwickelt Methoden zur Berechnung des Verhaltens von Nanokörpern unter Berücksichtigung solcher Parameter des Zustands von Partikeln wie räumliche Koordinaten und Geschwindigkeiten, Masse, Eigenschaften der Zusammensetzung, Form und Struktur jedes Nanopartikels.

Experimentelle Nanochemie entwickelt sich in drei Richtungen. Im Rahmen Erste, was durchaus mit dem Bereich der analytischen Chemie übereinstimmt, werden hochempfindliche physikalische und chemische Methoden entwickelt und verwendet, die es ermöglichen, die Struktur von Molekülen und Clustern zu beurteilen, einschließlich Dutzender und Hunderter von Atomen. Zweite Richtung erforscht Phänomene unter lokalen (lokalen) elektrischen, magnetischen oder mechanischen Einwirkungen auf Nanobodies, umgesetzt mit Hilfe von Nanosonden und speziellen Manipulatoren. Ziel ist es dabei, die Wechselwirkung einzelner Gasmoleküle mit Nanobodies und Nanobodies untereinander zu untersuchen, um die Möglichkeit interner Umlagerungen ohne Zerstörung von Molekülen und Clustern und mit deren Zerfall aufzudecken. Dieses Gebiet interessiert sich auch für die Möglichkeit des "atomaren Zusammenbaus" eines Nanokörpers mit dem gewünschten Aussehen, wenn sich Atome über die Oberfläche des Substrats bewegen (das Grundmaterial, dessen Oberfläche verschiedenen Arten von Bearbeitungen unterzogen wird, was zur Bildung führt von Schichten mit neuen Eigenschaften oder das Aufwachsen eines Films aus einem anderen Material). Im Rahmen dritte Richtungen bestimmen die makrokinetischen Eigenschaften von Nanokörper-Kollektiven und ihre Verteilungsfunktionen gemäß Zustandsparametern.

Angewandte Nanochemie umfasst: die Entwicklung theoretischer Grundlagen für den Einsatz von Nanosystemen in Ingenieurwissenschaften und Nanotechnologie, Methoden zur Vorhersage der Entwicklung spezifischer Nanosysteme unter ihren Einsatzbedingungen sowie die Suche nach optimalen Betriebsverfahren ( Technische Nanochemie); Erstellung theoretischer Modelle zum Verhalten von Nanosystemen bei der Synthese von Nanomaterialien und Suche nach optimalen Bedingungen für deren Herstellung ( synthetische Nanochemie); Untersuchung biologischer Nanosysteme und Schaffung von Methoden zur Verwendung von Nanosystemen für medizinische Zwecke ( medizinische Nanochemie); Entwicklung theoretischer Modelle zur Bildung und Migration von Nanopartikeln in die Umwelt und Methoden zur Reinigung natürlicher Gewässer oder Luft von Nanopartikeln ( ökologische Nanochemie).

In Bezug auf die Größe der Untersuchungsobjekte sollte berücksichtigt werden, dass die Grenzen des Nanointervalls in der Chemie bedingt sind. Die Eigenschaften eines Körpers sind in unterschiedlichem Maße empfindlich gegenüber seiner Größe. Einige der Eigenschaften verlieren ihre Spezifität bei einer Größe von mehr als 10 nm, andere bei mehr als 100 nm. Um daher weniger Eigenschaften von der Betrachtung auszuschließen, wird die Obergrenze des Nanointervalls mit 100 nm angenommen.

In einem bestimmten Intervall hängt jede Eigenschaft spezifisch von ihrer Masse und ihrem Volumen ab. Daher kann der Gegenstand der Nanochemie als Gegenstand angesehen werden, bei dem Wechselwirkungen auftreten jedes Atom mit allen anderen Atomen sind signifikant.

Objekte der Nanochemie können nach verschiedenen Merkmalen klassifiziert werden. Zum Beispiel durch Phasenzustand(Tabelle 1).

Geometrisch(Abmessungen) Nanoobjekte können auf unterschiedliche Weise klassifiziert werden. Einige Forscher schlagen vor, die Dimensionalität eines Objekts durch die Anzahl der Dimensionen zu charakterisieren, in denen das Objekt makroskopische Dimensionen hat. Andere legen die Zahl der nanoskopischen Messungen zugrunde.

Im Tisch. Tabelle 2 listet die Hauptobjekte der nanochemischen Forschung auf (Nanopartikel und ihre entsprechenden Nanosysteme).

Die Einteilung von Nanoobjekten nach ihrer Dimension ist nicht nur aus formaler Sicht wichtig. Die Geometrie beeinflusst ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften erheblich. Betrachten wir einige der wichtigsten Ziele der Nanochemieforschung.

Nanopartikel aus Atomen von Edelgasen. Sie sind die einfachsten Nanoobjekte. Atome von Edelgasen mit vollständig gefüllten Elektronenschalen wechselwirken schwach miteinander durch Van-der-Waals-Kräfte. Zur Beschreibung solcher Teilchen wird das Modell harter Kugeln verwendet (Abb. 11). Die Bindungsenergie, d. h. die Energie, die aufgewendet wird, um ein einzelnes Atom von einem Nanopartikel abzulösen, ist sehr gering, sodass die Partikel bei Temperaturen von nicht mehr als 10–100 K existieren.

Reis. 11. Nanopartikel aus 16 Argonatomen.

Metallnanopartikel. In Metallclustern aus mehreren Atomen können sowohl kovalente als auch metallische Bindungstypen realisiert werden (Abb. 12). Metallnanopartikel sind hochreaktiv und werden häufig als Katalysatoren verwendet. Metallnanopartikel können die richtige Form annehmen – Oktaeder, Ikosaeder, Tetradekaeder.

Reis. 12. Nanopartikel bestehend aus Atomen von Platin (weiße Kugeln) und Kupfer (grau)

Fullerene. Sie sind innen hohle Teilchen, die aus Polyedern von Kohlenstoffatomen bestehen, die durch eine kovalente Bindung verbunden sind. Einen besonderen Platz unter den Fullerenen nimmt ein Teilchen aus 60 Kohlenstoffatomen ein - C 60 , das einem mikroskopisch kleinen Fußball ähnelt (Abb. 13).

Reis. 13. Fullerene C 60 Molekül

Fullerene sind weit verbreitet: bei der Herstellung neuer Schmiermittel und Gleitbeschichtungen, neuer Kraftstoffarten, ultraharter diamantähnlicher Verbindungen, Sensoren und Farben.

Kohlenstoff-Nanoröhren. Dies sind hohle molekulare Objekte, die aus etwa 1.000.000 Kohlenstoffatomen bestehen und ein- oder mehrschichtige Röhren mit einem Durchmesser von 1 bis 30 nm und einer Länge von mehreren zehn Mikrometern darstellen. Auf der Oberfläche der Nanoröhren befinden sich Kohlenstoffatome an den Ecken regelmäßiger Sechsecke (Abb. 14).

Reis. 14. Kohlenstoffnanoröhren.

Nanoröhren haben eine Reihe einzigartiger Eigenschaften, aufgrund derer sie vor allem bei der Herstellung neuer Materialien, in der Elektronik und in der Rastermikroskopie weit verbreitet sind. Die einzigartigen Eigenschaften von Nanoröhren: hohe spezifische Oberfläche, elektrische Leitfähigkeit und Festigkeit ermöglichen es, auf ihrer Basis effektive Katalysatorträger für verschiedene Prozesse zu schaffen. Beispielsweise werden aus Nanoröhren neue Energiequellen hergestellt – Brennstoffzellen, die um ein Vielfaches länger halten können als einfache Batterien ähnlicher Größe. So können beispielsweise Nanoröhren mit Palladium-Nanopartikeln kompakt das Tausendfache ihres Volumens an Wasserstoff speichern. Die Weiterentwicklung der Brennstoffzellentechnologie wird es ihnen ermöglichen, hundert- und tausendmal mehr Energie zu speichern als moderne Batterien.

Ionencluster. Sie stellen ein klassisches Bild dar, das für eine ionische Bindung im Kristallgitter von Natriumchlorid charakteristisch ist (Abb. 15). Wenn ein ionischer Nanopartikel groß genug ist, ähnelt seine Struktur der eines massiven Kristalls. Ionische Verbindungen werden bei der Herstellung von hochauflösenden Fotofilmen, molekularen Fotodetektoren und in verschiedenen Bereichen der Mikroelektronik und Elektrooptik verwendet.

Reis. 15. NaCl-Cluster.

fraktale Cluster. Dies sind Objekte mit verzweigter Struktur (Abb. 16): Ruß, Kolloide, verschiedene Aerosole und Aerogele. Ein Fraktal ist ein Objekt, bei dem man mit zunehmender Vergrößerung sehen kann, wie sich in ihm auf allen Ebenen und in jedem Maßstab die gleiche Struktur wiederholt.

Abb.16. fraktaler Cluster

Molekulare Cluster(supramolekulare Systeme). Cluster von Molekülen. Die meisten Cluster sind molekular. Ihre Zahl und Vielfalt ist enorm. Insbesondere gehören viele biologische Makromoleküle zu molekularen Clustern (Abb. 17 und 18).

Reis. 17. Molekülcluster des Ferredoxin-Proteins.

Reis. 18. Molekülcluster mit hohem Spin

Nanochemie

Chemie und Pharmakologie

Die Nanowissenschaften haben sich erst in den letzten 7-10 Jahren als eigenständige Disziplin herausgebildet. Das Studium von Nanostrukturen ist eine gemeinsame Richtung für viele klassische wissenschaftliche Disziplinen. Die Nanochemie nimmt dabei einen der führenden Plätze ein, da sie nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für die Entwicklung, Produktion und Erforschung von...

BUNDESAGENTUR FÜR BILDUNG STAATLICHE PÄDAGOGISCHE UNIVERSITÄT OMSK FAKULTÄT FÜR CHEMIE UND BIOLOGIE
FACHBEREICH CHEMIE UND METHODEN DES CHEMIEUNTERRICHTS

Nanochemie

Abgeschlossen von: Student 1-XO Kuklina N.E.

Geprüft von: Kandidat der chemischen Wissenschaften, außerordentlicher Professor Bryansky B.Ya.

Omsk 2008

§1. Die Entstehungsgeschichte der Nanowissenschaften………………………………………………………………3

§2. Basic concepts of nanoscience……………………………………………………………….5

§3. Merkmale der Struktur und des Verhaltens einiger Nanopartikel ………………………………8

§4. Arten der angewandten Nutzung der Nanochemie………………………………………….....9

§5. Methoden zur Gewinnung von Nanopartikeln………………………………………………………………..10

§6. Nanomaterialien und Perspektiven ihrer Anwendung………………………………………...11

Informationsquellen ………………………………………………………………………………………………13

§1. Die Entstehungsgeschichte der Nanowissenschaften

1905 Albert Einstein hat theoretisch bewiesen, dass die Größe eines Zuckermoleküls p ist und Adern sind 1 Nanometer.

1931 Die deutschen Physiker Ernst Ruska und Max Knoll haben ein elektronisches Mikrofon entwickeltÖ Bereichsbereitstellung 10 15 -fache Erhöhung.

1932 Der niederländische Professor Fritz Zernike erfand den Phasenkontrast mi Zu roskop Eine Variante eines optischen Mikroskops, die die Qualität der Anzeige von Bilddetails verbessert A zheniya und untersuchte mit seiner Hilfe lebende Zellen.

1939 Siemens, wo Ernst Ruska arbeitete, produzierte das erste kommerzielle Elektronenmikroskop mit einer Auflösung von 10 nm.

1966 Der amerikanische Physiker Russell Young, der am National Bureau of arbeitete N Darts, erfand die Engine, die heute in Scanning-Tunnel-Mikrofonen verwendet wirdÖ Zielfernrohren und zur Positionierung von Nanowerkzeugen mit einer Genauigkeit von 0,01 Angström (1 Nanometer = 10 Angström).

1968 Alfred Cho, Executive Vice President von Bell, und John Arthur, ein Mitarbeiter der Halbleiterforschungsabteilung, untermauerten die theoretische Möglichkeit, Nanotechnologien einzusetzen, um Probleme der Oberflächenbehandlung zu lösen und atomare Präzision bei der Herstellung elektronischer Geräte zu erreichen.

1974 Der japanische Physiker Norio Taniguchi, der an der Universität Tokio arbeitete, schlug den Begriff "Nanotechnologie" vor (der Prozess der Trennung, des Zusammenbaus und des Mutterwechsels). A Fangen, indem man sie einem Atom oder einem Molekül aussetzt), was in wissenschaftlichen Kreisen schnell an Popularität gewann.

1982 Am IBM Zürich Research Center for Physicists Gerd Binnig und Ge N Rich Rohrer schuf das Rastertunnelmikroskop (STM), das es ermöglicht, ein dreidimensionales Bild der Anordnung von Atomen auf den Oberflächen leitfähiger Materialien zu erstellen.

1985 Drei amerikanische Chemiker: Professor Richard Smalley von der Rice University sowie Robert Carl und Harold Kroto entdeckten aus Fullerenen bestehende Moleküle ICH bestehend aus 60 kugelförmig angeordneten Kohlenstoffatomen. Diese Wissenschaftler konnten auch erstmals ein 1-nm-Objekt vermessen.

1986 Gerd Binnig entwickelte die Rasterkraftsonde micrÖ Umfang, der es schließlich ermöglichte, die Atome beliebiger Materialien (nicht nurÖ führen) und manipulieren sie.

19871988 Am Forschungsinstitut "Delta" unter der Leitung von P.N. Luskinovich wurde die erste russische nanotechnologische Anlage gestartet, die den gerichteten Austritt von Partikeln von der Spitze der Mikroskopsonde unter dem Einfluss von Erwärmung durchführte.

1989 Den Wissenschaftlern Donald Eigler und Erhard Schwetzer vom kalifornischen IBM Science Center gelang es, 35 Xenon-Atome auf einem Nickelkristall mit dem Namen ihres Unternehmens anzuordnen.

1991 Der japanische Professor Sumio Lijima, der bei NEC arbeitete, und Mit verwendeten Fullerene, um Kohlenstoffröhren (oder Nanoröhren) mit einem Durchmesser von 0,8 nm herzustellen.

1991 Das erste Nanotechnologie-Programm der National Science Foundation wurde in den USA gestartet. Auch die japanische Regierung hat ähnliche Aktivitäten aufgenommen.

1998 Cees Dekker, ein niederländischer Professor an der Technischen Universität Delft, hat einen Transistor auf Basis von Nanoröhren entwickelt. Dazu musste er der Erste auf der Welt sein, der sich änderte e die elektrische Leitfähigkeit eines solchen Moleküls messen.

2000 Der deutsche Physiker Franz Gissible sah subatomare Teilchen in Silizium. Sein Kollege Robert Magerle schlug die Technologie der Nanotomographie drei vor R Bild der inneren Struktur der Materie mit einer Auflösung von 100 nm.

2000 Die US-Regierung eröffnete das National Nanotechnology Institute Und Initiative (NNI). Das US-Budget stellte 270 Millionen Dollar für diese kommerzielle Richtung bereit e Russische Unternehmen investierten zehnmal mehr darin.

2002 Cees Dekker kombinierte ein Kohlenstoffröhrchen mit DNA und erhielt einen einzelnen Nano ist Khanismus.

2003 Professor Feng Liu von der University of Utah baute unter Verwendung der Errungenschaften von Franz Gissible mit einem Atommikroskop Bilder der Umlaufbahnen von Elektronen auf, indem er ihre Störungen analysierte, während sie sich um den Kern bewegen.

§2. Grundbegriffe der Nanowissenschaften

Erst danach traten die Nanowissenschaften als eigenständige Disziplin auf D nein 7-10 Jahre. Das Studium von Nanostrukturen ist eine gemeinsame Richtung für viele klassische wissenschaftliche Disziplinen. Die Nanochemie nimmt unter ihnen einen der führenden Plätze ein, da sie praktisch unbegrenzte Möglichkeiten für die Entwicklung, Produktion und Erforschung neuer Nanomaterialien mit gewünschten Eigenschaften eröffnet, die natürlichen Materialien oft qualitativ überlegen sind.

Nanochemie - ist eine Wissenschaft, die die Eigenschaften verschiedener Nanopartikel untersucht T ruktur sowie die Entwicklung neuer Methoden zu ihrer Herstellung, Untersuchung und Modifikation.

Die vorrangige Aufgabe der Nanochemie istHerstellen einer Beziehung zwischen der Nanometergröße A Stice und seine Eigenschaften.

Forschungsobjekte der Nanochemiesind Körper mit einer solchen Masse, dass ihr Äquivalent Und die Valenzgröße bleibt im Nanobereich (0,1 100 nm).

Nanoskalige Objekte nehmen eine Zwischenstellung zwischen Schüttgütern einerseits und Atomen und Molekülen andererseits ein. Das Vorhandensein eines solchen B Projekte in Materialien verleihen ihnen neue chemische und physikalische Eigenschaften. Nanoobjekte sind ein Zwischen- und Bindeglied zwischen der Welt, in der die Gesetze geltenÖ ny der Quantenmechanik und die Welt, in der die Gesetze der klassischen Physik wirken.

Charakteristische Größen von Objekten der umgebenden Welt

Die Nanochemie untersucht die Herstellung und Eigenschaften verschiedener Nanosysteme. Nanosysteme sind eine Menge von Körpern, die von einem gasförmigen oder flüssigen Medium umgeben sind. Solche t e Als Lamas können mehratomige Cluster und Moleküle, Nanotröpfchen und Nanokristalle verwendet werden. Dies sind Zwischenformen zwischen Atomen und makroskopischen Körpern. Systemgröße ca Mit schmilzt innerhalb von 0,1 100 nm.

Klassifizierung von Objekten der Nanochemie nach Phasenzustand

Phasenzustand	einzelne Atome	Cluster	Nanopartikel	Kompakte Sache
Durchmesser, nm	0,1-0,3	0,3-10	10-100	Über 100
Anzahl der Atome	1-10	10-10 6	10 6 -10 9	Über 10 9

Die Palette der von der Nanochemie untersuchten Objekte erweitert sich ständig. Chemiker haben schon immer versucht zu verstehen, was die Eigenschaften von Nanometer-großen Körpern sind. Dies führte zur rasanten Entwicklung der kolloidalen und makromolekularen Chemie.

In den 80-90er Jahren des 20. Jahrhunderts dank der Methoden der elektronischen, atomaren Kraft und so weiter N Mikroskopie war es möglich, das Verhalten von Metall-Nanokristallen zu beobachten und e organische Salze, Proteinmoleküle, Fullerene und Nanoröhren, und in den letzten Jahren t A Diese Beobachtungen sind weit verbreitet.

Objekte der nanochemischen Forschung

Nanopartikel	Nanosysteme
Fullerene	Kristalle, Lösungen
Tubulene	Aggregate, Lösungen
Proteinmoleküle	Lösungen, Kristalle
Polymermoleküle	Sole, Gele
Nanokristalle von anorganischen Die Kreaturen	Aerosole, kolloidale Lösungen, Niederschlag
Mizellen	Kolloidale Lösungen
Nanoblöcke	Feststoffe
Langmuir filmt Blodget	Körper mit einem Film auf der Oberfläche
Cluster in Gasen	Aerosole
Nanopartikel in Schichten aus verschiedenen Die Kreaturen	Nanostrukturierte Filme

Somit lassen sich folgende Hauptmerkmale der Nanochemie unterscheiden:

1. Die geometrischen Abmessungen von Objekten liegen im Nanometerbereich;
2. Manifestation neuer Eigenschaften durch Objekte und ihre Mengen;
3. Möglichkeit der Kontrolle und präzisen Manipulation von Objekten;
4. Auf der Grundlage von Objekten zusammengesetzte Objekte und Geräte erhalten neue Verbraucher bsky-Eigenschaften.

§3. Merkmale der Struktur und des Verhaltens einiger Nanopartikel

Nanopartikel aus Atomen von Edelgasensind die einfachsten Nanoobjekte B Projekte. Atome von Edelgasen mit vollständig gefüllten Elektronenschalen wechselwirken schwach miteinander durch Van-der-Waals-Kräfte. Zur Beschreibung solcher Teilchen wird das Modell harter Kugeln verwendet.

Metallnanopartikel. In metallischen Clustern aus mehreren Atomen können sowohl kovalente als auch metallische Bindungsarten realisiert werden. Metallnanopartikel sind hochreaktiv und werden häufig als Katalyse eingesetzt. A Tori. Metallnanopartikel nehmen normalerweise die richtige Form Oktaeder, Ikos, an A Hedra, Tetradekaeder.

fraktale Clusterdas sind objekte mit verzweigter struktur: ruß, co l Loids, verschiedene Aerosole und Aerogele. Ein Fraktal ist ein solches Objekt, bei dem, wenn es zunimmt Mit Schmelzvergrößerung können Sie sehen, wie sich die gleiche Struktur darin auf allen Ebenen und in jedem Maßstab wiederholt.

Molekulare ClusterCluster aus Molekülen. Die meisten Klatsch e Graben sind molekular. Ihre Zahl und Vielfalt ist enorm. Insbesondere zu den Molekülen bei Viele biologische Makromoleküle gehören zu Polarclustern.

Fullerene sind hohle innere Partikel, die durch Polyeder gebildet werden N Spitznamen von Kohlenstoffatomen, die durch eine kovalente Bindung verbunden sind. Ein besonderer Ort unter Walkern e neu besetzt mit einem Teilchen aus 60 Kohlenstoffatomen C 60 einem mikroskopisch kleinen Fußball ähnelt.

Nanoröhren das sind innen hohle moleküle, bestehend aus ca. 1.000.000 atÖ mov aus Kohlenstoff und stellt einschichtige Röhren mit einem Durchmesser von etwa einem Nanometer und einer Länge von mehreren zehn Mikrometern dar. Auf der Oberfläche der Nanoröhren sind Kohlenstoffatome dispergiertÖ liegen an den Ecken regelmäßiger Sechsecke.

§4. Angewandte Anwendungen der Nanochemie

Herkömmlicherweise kann die Nanochemie unterteilt werden in:

• theoretisch
• Experimental-
• Angewandt

Theoretische Nanochemieentwickelt Methoden zur Berechnung des Verhaltens von Nanokörpern unter Berücksichtigung von Parametern des Partikelzustands wie Raumkoordinaten und GeschwindigkeitÖ sti, Masse, Eigenschaften der Zusammensetzung, Form und Struktur jedes Nanopartikels.

Experimentelle Nanochemieentwickelt sich in drei Richtungen. Im Rahmen des 1 Ultrasensitive Spektralmethoden werden entwickelt und eingesetzt, ja Ju die die Möglichkeit bieten, die Struktur von Molekülen zu beurteilen, einschließlich Dutzender und Hunderter von Atomen.Im Rahmen des 2Richtung, Phänomene werden bei lokalen (lokalen) elektrischen untersucht e physikalische, magnetische oder mechanische Einflüsse auf Nanobodies, die mit Hilfe von Nanosonden und speziellen Manipulatoren realisiert werden.Unter dem drittenIch definiere Richtungen T makrokinetische Eigenschaften von Nanobodies-Kollektiven und Verteilungsfunktionen A Anmerkung nach Zustandsparametern.

Angewandte Nanochemie beinhaltet:

• Erarbeitung theoretischer Grundlagen für den Einsatz von Nanosystemen in Ingenieurwissenschaften und NanotechnologieÖ ologie, Methoden zur Vorhersage der Entwicklung spezifischer Nanosysteme unter ihren Bedingungen und Mit Einsatz, sowie die Suche nach optimalen Arbeitsweisen (technische aber keine Chemie).
• Erstellung von theoretischen Modellen zum Verhalten von Nanosystemen bei der Nanomat-Synthese e rials und die Suche nach optimalen Bedingungen für ihre Herstellung (Synthetische Nanochemie).
• Das Studium biologischer Nanosysteme und die Schaffung von Methoden zur Verwendung von Nanos Und Stängel für medizinische Zwecke (medizinische Nanochemie).
• Entwicklung theoretischer Modelle zur Bildung und Migration von Nanopartikeln in der Umwelt bei Lebensraum und Methoden zur Reinigung natürlicher Gewässer oder Luft von Nanopartikeln (zÖ logische Nanochemie).

§5. Methoden zur Gewinnung von Nanopartikeln

Prinzipiell lassen sich alle Methoden zur Synthese von Nanopartikeln in zwei große Gruppen einteilen:

Dispersionsmethodenoder Verfahren zum Erhalten von Nanopartikeln durch Mahlen einer herkömmlichen Makroprobe

Kondensationsmethoden, oder Methoden zum „Züchten“ von Nanopartikeln aus einzelnen Atomen.

Dispersionsmethoden

Bei Dispergierverfahren werden die Ausgangskörper zu Nanopartikeln gemahlen. Dieser Ansatz zur Gewinnung von Nanopartikeln wird von einigen Wissenschaftlern bildlich genannt„Top-down-Ansatz“ . Dies ist die einfachste aller Möglichkeiten, Nanopartikel, eine Art „Fleisch“, herzustellen.Ö Fällen“ für Makrokörper. Diese Methode wird häufig bei der Herstellung von Materialien für die Mikroelektronik verwendet. Sie besteht darin, die Größe von Objekten im Rahmen der Möglichkeiten industrieller Ausrüstung und des verwendeten Materials auf Nanomaßstab zu reduzieren. UND H Es ist möglich, einen Stoff nicht nur mechanisch zu Nanopartikeln zu zerkleinern. Das russische Unternehmen Advanced Powder Technologies gewinnt Nanopartikel, indem es einen Metallfaden mit einem starken Stromimpuls zum Explodieren bringt.

Es gibt auch exotischere Wege, um Nanopartikel zu erhalten. Amerikanische Wissenschaftler sammelten 2003 Mikroorganismen aus den Blättern eines Feigenbaums Rhodokokken und legte sie in eine Goldlösung. Die Bakterien wirkten wie eine Chemikalie Mit Ersteres sammelt saubere Nanopartikel mit einem Durchmesser von etwa 10 nm aus Silberionen. Durch den Aufbau von Nanopartikeln fühlten sich die Bakterien normal an und vermehrten sich weiter.

Kondensieren Methoden

Bei Kondensationsverfahren („Bottom-up-Ansatz“) Nanopartikel erhalten n bei Themen der Vereinigung einzelner Atome. Die Methode liegt darin, dass kontrolliert Mit Bedingungen entstehen Ensembles aus Atomen und Ionen. Dadurch entstehen neue Objekte mit neuen Strukturen und dementsprechend mit neuen Eigenschaften, die durch Veränderung der Bedingungen für die Bildung von Ensembles programmiert werden können. Dieser von D Der Schritt erleichtert die Lösung des Problems der Miniaturisierung von Objekten, bringt die Lösung einer Reihe von Problemen der hochauflösenden Lithographie, die Schaffung neuer Mikroprozessoren, dünner Polymerfilme und neuer Halbleiter näher.

§6. Nanomaterialien und Perspektiven für ihre Anwendung

Der Begriff der Nanomaterialien wurde erstmals in formuliert80er des 20. Jahrhunderts von G. Gleiter, der den Begriff selbst in den wissenschaftlichen Gebrauch einführte " Nanomaterial ". Neben den klassischen Nanomaterialien (wie chemische Elemente und Verbindungen, amorphe Substanzen, Metalle und deren Legierungen) gehören dazu Nanohalbleiter, Nanopolymere, A poröse Materialien, Nanopulver, zahlreiche Kohlenstoff-Nanostrukturen, A nobiomaterialien, supramolekulare Strukturen und Katalysatoren.

Faktoren, die die einzigartigen Eigenschaften von Nanomaterialien bestimmen, sind die dimensionalen, elektronischen und Quanteneffekte der Nanopartikel, aus denen sie bestehen, sowie ihre sehr entwickelte Oberfläche. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die B Signifikante und technisch interessante Änderungen der physikalisch-mechanischen Eigenschaften von Nanomaterialien (Festigkeit, Härte etc.) treten im Partikelgrößenbereich von mehreren auf A Zahlen bis 100 nm. Derzeit sind bereits viele Nanomaterialien auf Basis von Nitriden und Boriden mit einer Kristallitgröße von etwa 12 nm und weniger erhältlich.

Aufgrund der spezifischen Eigenschaften der ihnen zugrunde liegenden Nanopartikel sind solche Matten e Rials sind "normalen" in vielerlei Hinsicht oft überlegen. Zum Beispiel die Stärke von l Auf Nanotechnologie basierender Stahl ist 1,5- bis 3-mal stärker als herkömmlicher Stahl, 50- bis 70-mal härter und 10- bis 12-mal korrosionsbeständiger.

Anwendungen von Nanomaterialien:

• Elemente der Nanoelektronik und Nanophotonik (Halbleitertransistoren und Laser; Photodetektoren; Solarzellen; verschiedene Sensoren)
• ultradichte Informationsaufzeichnungsgeräte
• Telekommunikation, Informations- und Computertechnologien, super r Computer
• Videogeräte Flachbildschirme, Monitore, Videoprojektoren
• molekularelektronische Geräte, einschließlich Schalter und elektronische Schaltungen auf molekularer Ebene
• Brennstoffzellen und Energiespeicher
• mikro- und nanomechanische Geräte, einschließlich molekularer Motoren und Nanomotoren, Nanoroboter
• Nanochemie und Katalyse, einschließlich Verbrennungskontrolle, Beschichtung, Elektrik Zu Trochemie und Pharmazie
• Luft-, Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen ICH Umfeld
• gezielte Wirkstoff- und Proteinabgabe, Biopolymere und biologische Gewebeheilung, klinische und medizinische Diagnostik, Herstellung künstlicher Muskeln bei Fischerei, Knochen, Implantation lebender Organe
• Biomechanik, Genomik, Bioinformatik, Bioinstrumentierung
• Registrierung und Identifizierung von krebserzeugenden Geweben, Krankheitserregern und biologisch schädlichen Stoffen; Sicherheit in der Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion.

Die Region Omsk ist bereit, Nanotechnologien zu entwickeln

Die Entwicklung von Nanotechnologien ist einer der vorrangigen Bereiche für die Entwicklung von Wissenschaft, Technologie und Ingenieurwesen in der Region Omsk.

So in der Omsker Filiale des Instituts für Halbleiterphysik der Sibirischen Filiale der Russischen Akademie H Entwicklung der Nanoelektronik, und am Institut für Probleme der Kohlenwasserstoffverarbeitung der sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften wird daran gearbeitet, nanoporöse Kohlenstoffträger und Katalysatoren zu erhalten.

Informationsquellen:

• http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
• http://www.rambler.ru/news
• ht tp : // Nanometer.ru
• http://www.nanonewsnet.ru/ 67 KB Unterrichtsmaterial: Präsentation Der Beginn des Großen Vaterländischen Krieges, wo eine Karte der Anfangszeit des Krieges verwendet wird; Fragmente von Dokumentarfilmen über den Krieg; ein Schema über die Kriegsbereitschaft Deutschlands und der UdSSR; eine gewidmete Ausstellung von Büchern zum Großen Vaterländischen Krieg ...

Für das Konzept der Nanotechnologie gibt es vielleicht keine erschöpfende Definition, aber in Analogie zu den bestehenden Mikrotechnologien folgt, dass Nanotechnologien Technologien sind, die mit Werten in der Größenordnung eines Nanometers arbeiten. Daher ist der Übergang von "Mikro" zu "Nano" ein qualitativer Übergang von der Manipulation der Materie zur Manipulation einzelner Atome. Bei der Entwicklung von Nanotechnologien sind drei Bereiche im Auge: die Herstellung elektronischer Schaltkreise (einschließlich volumetrischer Schaltkreise) mit aktiven Elementen, die in ihrer Größe mit denen von Molekülen und Atomen vergleichbar sind; Entwicklung und Herstellung von Nanomaschinen; Manipulation einzelner Atome und Moleküle und der Zusammenbau von Makroobjekten daraus. Entwicklungen in diesen Bereichen sind seit langem im Gange. 1981 wurde ein Tunnelmikroskop geschaffen, das die Übertragung einzelner Atome ermöglicht. Der Tunneleffekt ist ein Quantenphänomen des Eindringens eines Mikropartikels von einem klassisch zugänglichen Bewegungsbereich in einen anderen, der vom ersten durch eine Potentialbarriere getrennt ist. Grundlage des erfundenen Mikroskops ist eine sehr scharfe Nadel, die mit einem Abstand von weniger als einem Nanometer über die zu untersuchende Oberfläche gleitet. In diesem Fall tunneln Elektronen von der Spitze der Nadel durch diesen Spalt in das Substrat.

Neben der Untersuchung der Oberfläche eröffnete die Schaffung eines neuartigen Mikroskops jedoch einen grundlegend neuen Weg zur Bildung nanometergroßer Elemente. Es wurden einzigartige Ergebnisse über die Bewegung von Atomen, ihre Entfernung und Ablagerung an einem bestimmten Punkt sowie über die lokale Stimulierung chemischer Prozesse erzielt. Seitdem wurde die Technik stark verbessert. Heute werden diese Errungenschaften im Alltag genutzt: Die Herstellung jeglicher Laserdiscs und erst recht die Herstellung von DVDs ist ohne den Einsatz nanotechnischer Kontrollverfahren nicht mehr möglich.

Nanochemie ist die Synthese nanodisperser Substanzen und Materialien, die Regulierung chemischer Umwandlungen von Körpern in Nanometergröße, die Verhinderung des chemischen Abbaus von Nanostrukturen, Methoden zur Behandlung von Krankheiten mit Nanokristallen.

Die Forschungsgebiete der Nanochemie sind:

• - Entwicklung von Methoden zum Zusammenbau großer Moleküle aus Atomen unter Verwendung von Nanomanipulatoren;
• - Untersuchung intramolekularer Umlagerungen von Atomen unter mechanischen, elektrischen und magnetischen Einflüssen. Synthese von Nanostrukturen in überkritischen Fluidströmungen; Entwicklung von Methoden zur gerichteten Assemblierung mit der Bildung von fraktalen, Drahtgitter-, röhrenförmigen und säulenförmigen Nanostrukturen.
• - Entwicklung der Theorie der physikalischen und chemischen Entwicklung ultrafeiner Substanzen und Nanostrukturen; Schaffung von Möglichkeiten zur Verhinderung des chemischen Abbaus von Nanostrukturen.
• - Gewinnung neuer Nanokatalysatoren für die chemische und petrochemische Industrie; Untersuchung des Mechanismus katalytischer Reaktionen an Nanokristallen.
• - Untersuchung von Nanokristallisationsmechanismen in porösen Medien in akustischen Feldern; Synthese von Nanostrukturen in biologischen Geweben; Entwicklung von Methoden zur Behandlung von Krankheiten durch Bildung von Nanostrukturen in pathologischen Geweben.
• - Untersuchung des Phänomens der Selbstorganisation in Gruppen von Nanokristallen; suchen nach neuen Wegen, um die Stabilisierung von Nanostrukturen durch chemische Modifikatoren zu verlängern.
• - Das erwartete Ergebnis wird eine funktionale Reihe von Maschinen sein, die Folgendes bieten:
• - Methodik zur Untersuchung intramolekularer Umlagerungen unter lokalen Wirkungen auf Moleküle.
• - neue Katalysatoren für die chemische Industrie und Laborpraxis;
• - Oxid-Seltenerd- und Vanadium-Nanokatalysatoren mit breitem Wirkungsspektrum.
• - Methodik zur Verhinderung des chemischen Abbaus technischer Nanostrukturen;
• - Methoden zur Vorhersage des chemischen Abbaus.
• - Nanoarzneimittel für Therapie und Chirurgie, Präparate auf der Basis von Hydroxyapatit für die Zahnheilkunde;
• - ein Verfahren zur Behandlung onkologischer Erkrankungen durch Durchführung einer intratumoralen Nanokristallisation und Anwendung eines akustischen Feldes.
• - Methoden zur Erzeugung von Nanostrukturen durch gerichtete Aggregation von Nanokristallen;
• - Methoden zur Regulierung der räumlichen Organisation von Nanostrukturen.
• - neue chemische Sensoren mit ultrafeiner aktiver Phase; Verfahren zur Erhöhung der Empfindlichkeit von Sensoren durch chemische Modifikation.

Nanochemie ist eine Wissenschaft, die die Eigenschaften verschiedener Nanostrukturen sowie die Entwicklung neuer Wege zu ihrer Gewinnung, Untersuchung und Modifizierung untersucht.

Eine der vorrangigen Aufgaben der Nanochemie ist es, einen Zusammenhang zwischen der Größe eines Nanopartikels und seinen Eigenschaften herzustellen.

Forschungsobjekte der Nanochemie sind Körper mit einer solchen Masse, dass ihre äquivalente Größe (der Durchmesser einer Kugel, deren Volumen gleich dem Volumen des Körpers ist) innerhalb des Nanointervalls (0,1 - 100 nm) bleibt

Aufgrund der Verortung der Nanowelt an der Grenze zwischen klassischer Physik und Quantenmechanik können ihre Objekte nicht mehr als absolut identisch und statistisch nicht unterscheidbar angesehen werden. Sie alle sind individuell, und ein Nanopartikel unterscheidet sich von einem anderen Nanopartikel in Zusammensetzung, Struktur und vielen anderen Parametern.

Die Nanochemie befindet sich daher mit ihren im Stadium einer rasanten Entwicklung

Die Studie wirft immer wieder Fragen zu Konzepten und Begriffen auf.

Klare Unterscheidungen zwischen den Begriffen „Cluster“, „Nanopartikel“ und „Quantum

dot“ ist noch nicht formuliert. Der Begriff "Cluster" wird häufiger für verwendet

größere Aggregate von Atomen und ist üblich, um die Eigenschaften zu beschreiben

Metalle und Kohlenstoff. Unter dem Begriff „Quantum Dot“ versteht man üblicherweise

Teilchen von Halbleitern und Inseln gemeint sind, wobei Quanten

die Beschränkungen von Ladungsträgern oder Exzitonen wirken sich auf deren Eigenschaften aus.

Theoretische Nanochemie entwickelt Methoden zur Berechnung des Verhaltens von Nanokörpern unter Berücksichtigung solcher Parameter des Zustands von Partikeln wie räumliche Koordinaten und Geschwindigkeiten, Masse, Eigenschaften der Zusammensetzung, Form und Struktur jedes Nanopartikels.

Experimentelle Nanochemie entwickelt sich in drei Richtungen.

1. Innerhalb Erste Es werden superempfindliche Spektralmethoden entwickelt und verwendet, die es ermöglichen, die Struktur von Molekülen zu beurteilen, darunter Dutzende und Hunderte von Atomen.

2 Sekunden Richtung erforscht Phänomene unter lokalen (lokalen) elektrischen, magnetischen oder mechanischen Einwirkungen auf Nanobodies, umgesetzt mit Hilfe von Nanosonden und speziellen Manipulatoren. Ziel ist es dabei, die Wechselwirkung einzelner Gasmoleküle mit Nanobodies und Nanobodies untereinander zu untersuchen, um die Möglichkeit intramolekularer Umlagerungen ohne Zerstörung von Molekülen und mit deren Zerfall aufzudecken. Diese Richtung interessiert sich auch für die Möglichkeit des "atomaren Zusammenbaus" eines gewünschten Nanokörpers Habitus(Aussehen), wenn sich Atome über die Oberfläche des Substrats bewegen (das Grundmaterial, dessen Oberfläche verschiedenen Arten von Bearbeitungen unterzogen wird, was zur Bildung von Schichten mit neuen Eigenschaften oder zum Aufwachsen eines Films aus einem anderen Material führt).

3. Innerhalb dritte Richtungen bestimmen die makrokinetischen Eigenschaften von Nanokörper-Kollektiven und ihre Verteilungsfunktionen gemäß Zustandsparametern.

Angewandte Nanochemie beinhaltet:

§ Erarbeitung theoretischer Grundlagen für den Einsatz von Nanosystemen in Ingenieurwissenschaften und Nanotechnologie, Methoden zur Vorhersage der Entwicklung spezifischer Nanosysteme unter ihren Einsatzbedingungen sowie Suche nach optimalen Betriebsverfahren ( Technische Nanochemie);

§ Erstellung theoretischer Modelle zum Verhalten von Nanosystemen bei der Synthese von Nanomaterialien und Suche nach optimalen Bedingungen für deren Herstellung ( synthetische Nanochemie);

§ Untersuchung biologischer Nanosysteme und Erstellung von Methoden zur Verwendung von Nanosystemen für medizinische Zwecke ( medizinische Nanochemie);

§ Entwicklung theoretischer Modelle zur Bildung und Migration von Nanopartikeln in die Umwelt und Methoden zur Reinigung natürlicher Gewässer oder Luft von Nanopartikeln ( ökologische Nanochemie).

Medizin und Gesundheitswesen. Es gibt Hinweise darauf, dass die Verwendung

Nanogeräte und nanostrukturierte Oberflächen können dies erhöhen

Effizienz der Analyse in einem so arbeitsintensiven Bereich der Biologie wie der Entschlüsselung

genetischer Code. Entwicklung von Methoden zur Personenbestimmung

genetische Merkmale hat zu einer Revolution in der Diagnose und Behandlung geführt

Krankheiten. Neben der Optimierung der Arzneimittelverschreibung

Die Nanotechnologie hat die Entwicklung neuer Methoden der Arzneimittelabgabe ermöglicht

erkrankte Organe, sowie den Grad ihrer Therapie deutlich erhöhen

Auswirkung. Errungenschaften der Nanotechnologie werden in der Forschung genutzt

Zellbiologie und Pathologie. Entwicklung neuer analytischer Methoden,

geeignet für Arbeiten im Nanometerbereich, deutlich erhöht

Effizienz von Untersuchungen chemischer und mechanischer Eigenschaften von Zellen

(einschließlich Spaltung und Bewegung) und auch erlaubt, die Eigenschaften zu messen

einzelne Moleküle. Diese neuen Techniken sind zu einer bedeutenden Ergänzung geworden

Methoden zur Untersuchung der Funktionsweise lebender Organismen.

Darüber hinaus führt die kontrollierte Schaffung von Nanostrukturen zur Schaffung neuer

biokompatible Materialien mit verbesserten Eigenschaften.

Molekulare Komponenten biologischer Systeme (Proteine, Nukleinsäure10

Säuren, Lipide, Kohlenhydrate und ihre biologischen Gegenstücke) sind Beispiele

Materialien, deren Struktur und Eigenschaften auf der Nanoskala bestimmt werden. Viele

natürliche Nanostrukturen und Nanosysteme entstehen unter Verwendung von

biologische Selbstorganisationsmethoden. künstliche anorganische u

organische Nanomaterialien können in Zellen eingebracht werden, z

Diagnostik (zum Beispiel durch Erstellen von visualisierten Quanten

"Punkte") und als ihre aktiven Komponenten verwendet werden.

Erhöhung der Speicherkapazität und Computergeschwindigkeit mit Hilfe von

Die Nanotechnologie hat es ermöglicht, mit der Modellierung von Makromolekülen fortzufahren

Gitter in einer realen Umgebung. Solche Berechnungen sind extrem wichtig für

Entwicklung biokompatibler Transplantate und neuartiger Medikamente.

Lassen Sie uns einige vielversprechende Anwendungen der Nanotechnologien auflisten in

Biologie:

Schnelle und effiziente Entschlüsselung genetischer Codes, die

ist für Diagnose und Behandlung von Interesse.

Effiziente und kostengünstigere medizinische Versorgung mit

mit Fernbedienung und funktionierenden Geräten

innerhalb lebender Organismen

Neue Methoden zur Verabreichung und Verteilung von Medikamenten im Körper, die hatten

wäre von großer Bedeutung, um die Wirksamkeit der Behandlung zu verbessern (z.

Abgabe von Medikamenten an bestimmte Stellen im Körper

Entwicklung von widerstandsfähigeren und nicht vom Körper abgelehnten künstlichen

Gewebe und Organe

Entwicklung sensorischer Systeme, die signalisieren könnten

das Auftreten von Krankheiten innerhalb des Körpers, die Ärzte zulassen würden

befassen sich nicht so sehr mit der Behandlung als mit der Diagnostik und

Krankheitsprävention

Objekte der supramolekularen Chemie

Der Begriff „supramolekulare Chemie“ wurde erstmals 1978 eingeführt.

Nobelpreisträger französischer Chemiker Jean-Marie Lehn und

definiert als "die Chemie, die komplexe Formationen beschreibt, die sind

das Ergebnis der Assoziation von zwei (oder mehr) aneinander gebundenen chemischen Spezies

intermolekularen Kräfte. Die Vorsilbe „supra“ entspricht dem Russischen

Präfix „oben“.

Supramolekulare (supramolekulare) Chemie (Supramolekular

Chemie) ist ein interdisziplinäres Wissenschaftsgebiet, das chemische,

die physikalischen und biologischen Aspekte der Betrachtung sind komplexer als

Moleküle, chemische Systeme, die zu einem Ganzen verbunden sind

intermolekulare (nicht-kovalente) Wechselwirkungen.

Die Gegenstände der supramolekularen Chemie sind supramolekular

spontan aufgebaute Ensembles aus Komplementär, d.h. Haben

geometrische und chemische Korrespondenz von Fragmenten, wie

spontane Montage der komplexesten räumlichen Strukturen in einem Wohnzimmer

Zelle. Eines der grundlegenden Probleme der modernen Chemie ist

gerichtetes Design solcher Systeme, Schaffung von molekularen

„Bausteine“ hochgeordneter supramolekularer Verbindungen

mit der gegebenen Struktur und den Eigenschaften. Supramolekulare Formationen

gekennzeichnet durch die räumliche Anordnung ihrer Komponenten, ihre

Architektur, "Suprastruktur", sowie Arten von intermolekularen

Wechselwirkungen, die Komponenten zusammenhalten. Im Allgemeinen

intermolekulare Wechselwirkungen sind schwächer als kovalente Bindungen, so dass

supramolekulare Assoziate sind weniger thermodynamisch stabil, mehr

kinetisch labil und dynamisch flexibler als Moleküle.

Fernlehrgänge sind eine moderne Form der effektiven Fort- und Weiterbildung im Bereich der Ausbildung von Fachkräften für die Entwicklung zukunftsträchtiger Technologien zur Gewinnung von Funktionsmaterialien und Nanomaterialien. Dies ist eine der vielversprechendsten Formen der modernen Bildung, die sich weltweit entwickelt. Diese Form der Erkenntnisgewinnung in einem so interdisziplinären Feld wie Nanomaterialien und Nanotechnologien ist besonders relevant. Die Vorteile von Fernkursen sind ihre Verfügbarkeit, Flexibilität beim Aufbau von Bildungswegen, Verbesserung der Effizienz und Effizienz des Prozesses der Interaktion mit Studenten, Kosteneffizienz im Vergleich zu Vollzeit, die dennoch harmonisch mit Fernunterricht kombiniert werden können. Auf dem Gebiet der Grundprinzipien der Nanochemie und Nanomaterialien wurden Videomaterialien des Wissenschafts- und Bildungszentrums der Moskauer Staatlichen Universität für Nanotechnologien erstellt:

• . Grundlegende Konzepte und Definitionen der Wissenschaften zu Nanosystemen und Nanotechnologien. Die Entstehungsgeschichte der Nanotechnologie und der Nanosystemwissenschaften. Interdisziplinarität und Multidisziplinarität. Beispiele für Nanoobjekte und Nanosysteme, ihre Eigenschaften und technologischen Anwendungen. Objekte und Methoden der Nanotechnologien. Grundlagen und Perspektiven für die Entwicklung von Nanotechnologien.
• . Grundprinzipien für die Bildung von Nanosystemen. Physikalische und chemische Methoden. Verfahren zur Gewinnung von Nanoobjekten „von oben nach unten“. Klassische, "weiche", Mikrokugel, Ionenstrahl (FIB), AFM - Lithographie und Nanoindentation. Mechanoaktivierung und Mechanosynthese von Nanoobjekten. Verfahren zur Gewinnung von Nanoobjekten "bottom-up". Keimbildungsprozesse in gasförmigen und kondensierten Medien. Heterogene Keimbildung, Epitaxie und Heteroepitaxie. Spinodaler Kollaps. Synthese von Nanoobjekten in amorphen (glasartigen) Matrizen. Chemische Homogenisierungsmethoden (Kopräzipitation, Sol-Gel-Methode, kryochemische Technologie, Aerosolpyrolyse, Solvothermalbehandlung, überkritische Trocknung). Klassifizierung von Nanopartikeln und Nanoobjekten. Techniken zur Gewinnung und Stabilisierung von Nanopartikeln. Aggregation und Disaggregation von Nanopartikeln. Synthese von Nanomaterialien in ein- und zweidimensionalen Nanoreaktoren.
• . Statistische Physik von Nanosystemen. Merkmale von Phasenübergängen in kleinen Systemen. Arten von intra- und intermolekularen Wechselwirkungen. Hydrophobie und Hydrophilie. Selbstorganisation und Selbstorganisation. Mizellierung. Selbstorganisierte Monoschichten. Langmuir-Blodgett-Filme. Supramolekulare Organisation von Molekülen. Molekulare Erkennung. Polymermakromoleküle, Verfahren zu ihrer Herstellung. Selbstorganisation in Polymersystemen. Mikrophasentrennung von Blockcopolymeren. Dendrimere, Polymerbürsten. Schichtweise Selbstorganisation von Polyelektrolyten. supramolekulare Polymere.
• . Stoff, Phase, Material. Hierarchische Struktur von Materialien. Nanomaterialien und ihre Klassifizierung. Anorganische und organische funktionelle Nanomaterialien. Hybride (organisch-anorganische und anorganisch-organische) Materialien. Biomineralisation und Biokeramik. Nanostrukturierte 1D-, 2D- und 3D-Materialien. mesoporöse Materialien. Molekularsiebe. Nanokomposite und ihre synergistischen Eigenschaften. Strukturelle Nanomaterialien.
• . Katalyse und Nanotechnologie. Grundprinzipien und Konzepte der heterogenen Katalyse. Einfluss von Herstellungs- und Aktivierungsbedingungen auf die Ausbildung der aktiven Oberfläche heterogener Katalysatoren. Struktursensitive und strukturunsensitive Reaktionen. Spezifität der thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften von Nanopartikeln. Elektrokatalyse. Katalyse an Zeolithen und Molekularsieben. Membrankatalyse.
• . Polymere für Strukturmaterialien und für funktionelle Systeme. "Intelligente" Polymersysteme, die komplexe Funktionen ausführen können. Beispiele für „intelligente“ Systeme (Polymerflüssigkeiten für die Ölförderung, intelligente Fenster, nanostrukturierte Membranen für Brennstoffzellen). Biopolymere als die „intelligentsten“ Systeme. biomimetischer Ansatz. Sequenzdesign zur Optimierung der Eigenschaften „intelligenter“ Polymere. Probleme der molekularen Evolution von Sequenzen in Biopolymeren.
• . Der aktuelle Stand und die Probleme bei der Schaffung neuer Materialien für chemische Stromquellen: Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) und Lithiumbatterien werden betrachtet. Die wichtigsten strukturellen Faktoren, die die Eigenschaften verschiedener anorganischer Verbindungen beeinflussen, die die Möglichkeit ihrer Verwendung als Elektrodenmaterialien bestimmen, werden analysiert: komplexe Perowskite in SOFCs und Verbindungen von Übergangsmetallen (komplexe Oxide und Phosphate) in Lithiumbatterien. Betrachtet werden die hauptsächlich in Lithiumbatterien verwendeten und als vielversprechend anerkannten Anoden- und Kathodenmaterialien: ihre Vor- und Nachteile sowie die Möglichkeit, die Einschränkungen durch eine gezielte Veränderung der atomaren Struktur und Mikrostruktur von Verbundwerkstoffen durch Nanostrukturierung zu überwinden, um sie zu verbessern die Eigenschaften von Stromquellen.

Einige Themen werden in den folgenden Kapiteln der Bücher (Verlag Binom) behandelt:

Anschauungsmaterialien zu Nanochemie, Selbstorganisation und nanostrukturierten Oberflächen:

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Ausgewählte Kapitel der Nanochemie und funktioneller Nanomaterialien.