Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, λόγω της θέσης του νανόκοσμου στα όρια της κλασικής φυσικής και της κβαντικής μηχανικής, τα αντικείμενά του δεν μπορούν πλέον να θεωρηθούν απολύτως πανομοιότυπα και στατιστικά δυσδιάκριτα. Όλα είναι μεμονωμένα και ένα νανοσωματίδιο διαφέρει από το άλλο ως προς τη σύνθεση, τη δομή και πολλές άλλες παραμέτρους (για παράδειγμα, φουλερένια C 60 και C 70). Είναι αδύνατο να αγνοήσουμε την παρουσία ανομοιογενειών και ανωμαλιών στη δομή ενός αντικειμένου και να χρησιμοποιήσουμε μέτρια, ολοκληρωμένα χαρακτηριστικά για να το περιγράψουμε, όπως συνηθίζεται στην κλασική φυσική. Η ιδιαιτερότητα των νανο-αντικειμένων έγκειται στο γεγονός ότι το μέγεθός τους είναι ανάλογο με την ακτίνα δράσης των δυνάμεων της διατομικής αλληλεπίδρασης, δηλ. με την απόσταση στην οποία πρέπει να απομακρυνθούν τα άτομα του σώματος ώστε η αλληλεπίδρασή τους να μην επηρεάσει σε αισθητό βαθμό τις ιδιότητές του. Λόγω αυτού του χαρακτηριστικού, τα νανοσώματα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το περιβάλλον διαφορετικά από τα μακροσώματα. Η επιστήμη που μελετά τις ιδιότητες διαφόρων νανοδομών, καθώς και την ανάπτυξη νέων τρόπων απόκτησης, μελέτης και τροποποίησης τους, ονομάζεται νανοχημείας. Εξερευνά την παραγωγή και τις ιδιότητες διαφόρων νανοσυστημάτων. Νανοσυστήματαείναι ένα σύνολο σωμάτων που περιβάλλονται από ένα αέριο ή υγρό μέσο. Τέτοια σώματα μπορεί να είναι πολυατομικά σμήνη και μόρια, νανοσταγονίδια και νανοκρύσταλλοι. Πρόκειται για ενδιάμεσες μορφές μεταξύ ατόμων και μακροσκοπικών σωμάτων. Το μέγεθος των συστημάτων παραμένει στην περιοχή 0,1-100 nm.
Ένα από τα καθήκοντα προτεραιότητας αυτού του τομέα γνώσης είναι να δημιουργήσει μια σχέση μεταξύ του μεγέθους ενός νανοσωματιδίου και των ιδιοτήτων του. Στη νανοχημεία, ο ρόλος του εφέ κβαντικού μεγέθους, προκαλώντας αλλαγή στις ιδιότητες μιας ουσίας ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων και τον αριθμό των ατόμων ή μορίων σε αυτά. Ο ρόλος των επιδράσεων μεγέθους είναι τόσο μεγάλος που γίνονται προσπάθειες να δημιουργηθούν πίνακες εξάρτησης των ιδιοτήτων των συστάδων και των νανοσωματιδίων από το μέγεθος και τη γεωμετρία τους, παρόμοιοι με τον Περιοδικό Πίνακα. Τα φαινόμενα κβαντικού μεγέθους καθορίζουν τέτοιες ιδιότητες μιας ουσίας όπως η θερμοχωρητικότητα, η ηλεκτρική αγωγιμότητα, ορισμένες οπτικές ιδιότητες κ.λπ.
Οι αλλαγές στα χαρακτηριστικά συνδέονται με δύο βασικούς λόγους: μια αύξηση του κλάσματος της επιφάνειας και μια αλλαγή στην ηλεκτρονική δομή λόγω κβαντικών επιδράσεων. Οι ιδιότητες των ατόμων που βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια διαφέρουν από τις ιδιότητες των ατόμων που βρίσκονται στον κύριο όγκο του υλικού· επομένως, η επιφάνεια των σωματιδίων μπορεί να θεωρηθεί ως μια ειδική κατάσταση ύλης. Όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία των ατόμων που βρίσκονται στην επιφάνεια, τόσο ισχυρότερα είναι τα αποτελέσματα που σχετίζονται με την επιφάνεια (Εικ. 9).
Ρύζι. 9. Αλλαγή στην αναλογία των ατόμων «επιφάνειας» (1) και εκείνων στον κύριο όγκο του υλικού (2) ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων.
Τα χαρακτηριστικά της ηλεκτρονικής δομής των νανοαντικειμένων εξηγούνται από την ενίσχυση των κβαντικών ιδιοτήτων που σχετίζονται με τη μείωση του μεγέθους. Οι ασυνήθιστες ιδιότητες των νανοδομών εμποδίζουν την ασήμαντη τεχνική χρήση τους και ταυτόχρονα ανοίγουν εντελώς απροσδόκητες τεχνικές προοπτικές.
Σημαντικές διαφορές στις ιδιότητες των νανοσωματιδίων αρχίζουν να εμφανίζονται σε μεγέθη σωματιδίων κάτω των 100 nm. Από ενεργειακή άποψη, η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων οδηγεί σε αύξηση του ρόλου της επιφανειακής ενέργειας, η οποία οδηγεί σε αλλαγή των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων των μικρών αντικειμένων.
Ερευνητικά αντικείμενα Νανοχημείαςείναι σώματα με τέτοια μάζα που το ισοδύναμο μέγεθός τους (η διάμετρος μιας σφαίρας, ο όγκος της οποίας είναι ίσος με τον όγκο του σώματος) παραμένει εντός του νανοδιαστήματος (0,1 - 100 nm). Συμβατικά, η νανοχημεία μπορεί να χωριστεί σε θεωρητική, πειραματική και εφαρμοσμένη (Εικ. 10).
Ρύζι. 10. Δομή νανοχημείας
Θεωρητική νανοχημείααναπτύσσει μεθόδους για τον υπολογισμό της συμπεριφοράς των νανοσωμάτων, λαμβάνοντας υπόψη παραμέτρους της κατάστασης των σωματιδίων όπως χωρικές συντεταγμένες και ταχύτητες, μάζα, χαρακτηριστικά της σύνθεσης, σχήμα και δομή κάθε νανοσωματιδίου.
Πειραματική νανοχημείααναπτύσσεται σε τρεις κατευθύνσεις. Ως μέρος του πρώτα, το οποίο είναι αρκετά συνεπές με το τμήμα της αναλυτικής χημείας, αναπτύσσονται και χρησιμοποιούνται υπερευαίσθητες φυσικές και χημικές μέθοδοι που καθιστούν δυνατή την κρίση της δομής των μορίων και των συστάδων, συμπεριλαμβανομένων δεκάδων και εκατοντάδων ατόμων. ΔεύτεροςΗ κατεύθυνση διερευνά φαινόμενα κάτω από τοπικές (τοπικές) ηλεκτρικές, μαγνητικές ή μηχανικές επιδράσεις σε νανοσώματα, που υλοποιούνται με τη βοήθεια νανο-ανιχνευτών και ειδικών χειριστών. Στην περίπτωση αυτή, ο στόχος είναι να μελετηθεί η αλληλεπίδραση μεμονωμένων μορίων αερίου με νανοσώματα και νανοσωμάτων μεταξύ τους, να αποκαλυφθεί η πιθανότητα εσωτερικών αναδιατάξεων χωρίς καταστροφή μορίων και συστάδων και με τη διάσπασή τους. Αυτή η περιοχή ενδιαφέρεται επίσης για τη δυνατότητα «ατομικής συναρμολόγησης» ενός νανοσωματίου της επιθυμητής εμφάνισης όταν τα άτομα κινούνται πάνω από την επιφάνεια του υποστρώματος (το βασικό υλικό, η επιφάνεια του οποίου υποβάλλεται σε διάφορους τύπους επεξεργασίας, με αποτέλεσμα το σχηματισμό στρώσεων με νέες ιδιότητες ή την ανάπτυξη φιλμ άλλου υλικού). Ως μέρος του τρίτοςΟι κατευθύνσεις καθορίζουν τα μακροκινητικά χαρακτηριστικά των συλλογών νανοσωμάτων και τις συναρτήσεις κατανομής τους σύμφωνα με τις παραμέτρους κατάστασης.
Εφαρμοσμένη Νανοχημείαπεριλαμβάνει: την ανάπτυξη θεωρητικών βάσεων για τη χρήση νανοσυστημάτων στη μηχανική και τη νανοτεχνολογία, μεθόδους πρόβλεψης της ανάπτυξης συγκεκριμένων νανοσυστημάτων στις συνθήκες χρήσης τους, καθώς και την αναζήτηση βέλτιστων μεθόδων λειτουργίας ( τεχνική νανοχημεία) δημιουργία θεωρητικών μοντέλων συμπεριφοράς νανοσυστημάτων κατά τη σύνθεση νανοϋλικών και αναζήτηση βέλτιστων συνθηκών για την παραγωγή τους ( συνθετική νανοχημεία) μελέτη βιολογικών νανοσυστημάτων και δημιουργία μεθόδων χρήσης νανοσυστημάτων για ιατρικούς σκοπούς ( ιατρική νανοχημεία) ανάπτυξη θεωρητικών μοντέλων για το σχηματισμό και τη μετανάστευση νανοσωματιδίων στο περιβάλλον και μεθόδων καθαρισμού φυσικών υδάτων ή αέρα από νανοσωματίδια ( οικολογική νανοχημεία).
Μιλώντας για τα μεγέθη των αντικειμένων μελέτης, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα όρια του νανοδιαστήματος στη χημεία είναι υπό όρους. Οι ιδιότητες ενός σώματος είναι ευαίσθητες στο μέγεθός του σε διάφορους βαθμούς. Ορισμένες από τις ιδιότητες χάνουν την ειδικότητά τους σε μέγεθος μεγαλύτερο από 10 nm, άλλες - περισσότερο από 100 nm. Επομένως, προκειμένου να αποκλειστούν λιγότερες ιδιότητες από την εξέταση, το ανώτατο όριο του νανοδιαστήματος θεωρείται ότι είναι 100 nm.
Σε ένα δεδομένο διάστημα, οποιαδήποτε ιδιότητα εξαρτάται συγκεκριμένα από τη μάζα και τον όγκο της. Ως εκ τούτου, το αντικείμενο της νανοχημείας μπορεί να θεωρηθεί αντικείμενα στα οποία αλληλεπιδράσεις κάθε άτομο με όλα τα άλλα άτομα είναι σημαντικά.
Τα αντικείμενα νανοχημείας μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με διαφορετικά κριτήρια. Για παράδειγμα, από κατάσταση φάσης(Τραπέζι 1).
Γεωμετρικά(διαστάσεις) τα νανο-αντικείμενα μπορούν να ταξινομηθούν με διαφορετικούς τρόπους. Ορισμένοι ερευνητές προτείνουν να χαρακτηριστεί η διάσταση ενός αντικειμένου από τον αριθμό των διαστάσεων στις οποίες το αντικείμενο έχει μακροσκοπικές διαστάσεις. Άλλοι λαμβάνουν ως βάση τον αριθμό των νανοσκοπικών μετρήσεων.
Στον πίνακα. Στον Πίνακα 2 παρατίθενται τα κύρια αντικείμενα της νανοχημικής έρευνας (νανοσωματίδια και τα αντίστοιχα νανοσυστήματα τους).
Η ταξινόμηση των νανοαντικειμένων ανάλογα με τη διάστασή τους είναι σημαντική όχι μόνο από τυπική άποψη. Η γεωμετρία επηρεάζει σημαντικά τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Ας εξετάσουμε μερικά από τα πιο προτεραιότητας αντικείμενα της έρευνας στη νανοχημεία.
Νανοσωματίδια από άτομα αδρανών αερίων. Είναι τα πιο απλά νανοαντικείμενα. Τα άτομα αδρανών αερίων με πλήρως γεμισμένα κελύφη ηλεκτρονίων αλληλεπιδρούν ασθενώς μεταξύ τους μέσω των δυνάμεων van der Waals. Όταν περιγράφονται τέτοια σωματίδια, χρησιμοποιείται το μοντέλο των σκληρών σφαιρών (Εικ. 11). Η ενέργεια δέσμευσης, δηλαδή η ενέργεια που δαπανάται για την αποκόλληση ενός μεμονωμένου ατόμου από ένα νανοσωματίδιο, είναι πολύ μικρή, επομένως τα σωματίδια υπάρχουν σε θερμοκρασίες όχι μεγαλύτερες από 10-100 Κ.
Ρύζι. 11. Νανοσωματίδια 16 ατόμων αργού.
Μεταλλικά νανοσωματίδια. Σε μεταλλικά σμήνη πολλών ατόμων, μπορούν να πραγματοποιηθούν τόσο ομοιοπολικοί όσο και μεταλλικοί τύποι δεσμών (Εικ. 12). Τα μεταλλικά νανοσωματίδια είναι εξαιρετικά αντιδραστικά και συχνά χρησιμοποιούνται ως καταλύτες. Τα μεταλλικά νανοσωματίδια μπορούν να λάβουν το σωστό σχήμα - οκτάεδρο, εικοσάεδρο, τετραδεκάεδρο.
Ρύζι. 12. Νανοσωματίδια που αποτελούνται από άτομα πλατίνας (λευκές σφαίρες) και χαλκού (γκρι)
Φουλερένια. Είναι σωματίδια κοίλα εσωτερικά, που σχηματίζονται από πολύεδρα ατόμων άνθρακα που συνδέονται με ομοιοπολικό δεσμό. Ξεχωριστή θέση μεταξύ των φουλερενίων κατέχει ένα σωματίδιο 60 ατόμων άνθρακα - C 60 , που μοιάζει με μικροσκοπική μπάλα ποδοσφαίρου (Εικ. 13).
Ρύζι. 13. Μόριο Fullerene C 60
Τα φουλερένια χρησιμοποιούνται ευρέως: στη δημιουργία νέων λιπαντικών και αντιτριβικών επιστρώσεων, νέων τύπων καυσίμων, εξαιρετικά σκληρών ενώσεων που μοιάζουν με διαμάντια, αισθητήρων και χρωμάτων.
νανοσωλήνες άνθρακα. Πρόκειται για κούφια μοριακά αντικείμενα που αποτελούνται από περίπου 1.000.000 άτομα άνθρακα και αντιπροσωπεύουν σωλήνες μονής ή πολλαπλών στρωμάτων με διάμετρο από 1 έως 30 nm και μήκος αρκετών δεκάδων μικρών. Στην επιφάνεια του νανοσωλήνα, τα άτομα άνθρακα βρίσκονται στις κορυφές των κανονικών εξαγώνων (Εικ. 14).
Ρύζι. 14. Νανοσωλήνες άνθρακα.
Οι νανοσωλήνες έχουν μια σειρά από μοναδικές ιδιότητες, λόγω των οποίων χρησιμοποιούνται ευρέως κυρίως στη δημιουργία νέων υλικών, ηλεκτρονικών και μικροσκοπίων σάρωσης. Οι μοναδικές ιδιότητες των νανοσωλήνων: υψηλή ειδική επιφάνεια, ηλεκτρική αγωγιμότητα και αντοχή καθιστούν δυνατή τη δημιουργία αποτελεσματικών φορέων καταλύτη για διάφορες διεργασίες στη βάση τους. Για παράδειγμα, οι νανοσωλήνες χρησιμοποιούνται για την κατασκευή νέων πηγών ενέργειας - κυψελών καυσίμου που μπορούν να διαρκέσουν πολλές φορές περισσότερο από απλές μπαταρίες παρόμοιου μεγέθους. Για παράδειγμα, οι νανοσωλήνες με νανοσωματίδια παλλαδίου μπορούν να αποθηκεύσουν συμπαγή υδρογόνο χιλιάδες φορές τον όγκο τους. Η περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας κυψελών καυσίμου θα τους επιτρέψει να αποθηκεύουν εκατοντάδες και χιλιάδες φορές περισσότερη ενέργεια από τις σύγχρονες μπαταρίες.
Ιωνικές συστάδες. Αντιπροσωπεύουν μια κλασική εικόνα χαρακτηριστική ενός ιοντικού δεσμού στο κρυσταλλικό πλέγμα του χλωριούχου νατρίου (Εικ. 15). Εάν ένα ιοντικό νανοσωματίδιο είναι αρκετά μεγάλο, τότε η δομή του είναι κοντά σε αυτή ενός χύμα κρυστάλλου. Οι ιοντικές ενώσεις χρησιμοποιούνται στη δημιουργία φωτογραφικών μεμβρανών υψηλής ανάλυσης, μοριακών φωτοανιχνευτών και σε διάφορους τομείς της μικροηλεκτρονικής και της ηλεκτροοπτικής.
Ρύζι. 15. Συστάδα NaCl.
φράκταλ συστάδες. Πρόκειται για αντικείμενα με διακλαδισμένη δομή (Εικ. 16): αιθάλη, κολλοειδή, διάφορα αερολύματα και αερογέλη. Ένα φράκταλ είναι ένα αντικείμενο στο οποίο, με αυξανόμενη μεγέθυνση, μπορεί κανείς να δει πώς επαναλαμβάνεται η ίδια δομή σε αυτό σε όλα τα επίπεδα και σε οποιαδήποτε κλίμακα.
Εικ.16. φράκταλ συστάδα
Μοριακές συστάδες(υπερμοριακά συστήματα). Συστάδες μορίων. Τα περισσότερα σμήνη είναι μοριακά. Ο αριθμός και η ποικιλία τους είναι τεράστια. Συγκεκριμένα, πολλά βιολογικά μακρομόρια ανήκουν σε μοριακές συστάδες (Εικ. 17 και 18).
Ρύζι. 17. Μοριακό σύμπλεγμα πρωτεΐνης φερρεδοξίνης.
Ρύζι. 18. Μοριακές συστάδες υψηλής περιστροφής
Νανοχημεία
Χημεία και Φαρμακολογία
Η νανοεπιστήμη εμφανίστηκε ως ανεξάρτητος κλάδος μόνο τα τελευταία 7-10 χρόνια. Η μελέτη των νανοδομών είναι μια κοινή κατεύθυνση για πολλούς κλασικούς επιστημονικούς κλάδους. Η νανοχημεία κατέχει μια από τις κορυφαίες θέσεις μεταξύ τους, καθώς ανοίγει σχεδόν απεριόριστες δυνατότητες για την ανάπτυξη, παραγωγή και έρευνα...
ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΚΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ OMSK ΚΡΑΤΙΚΟ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΣΧΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ
ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΩΝ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΧΗΜΕΙΑΣ
Νανοχημεία
Συμπλήρωσε: μαθητής 1-ΧΟ Κουκλίνα Ν.Ε.
Έλεγχος: υποψήφιος χημικών επιστημών, αναπληρωτής καθηγητής Bryansky B.Ya.
Ομσκ 2008
§1. Η ιστορία του σχηματισμού της νανοεπιστήμης………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
§2. Βασικές έννοιες της νανοεπιστήμης…………………………………………………………………….5
§3. Χαρακτηριστικά της δομής και της συμπεριφοράς ορισμένων νανοσωματιδίων………………………………………8
§4. Τύποι εφαρμοσμένης χρήσης της νανοχημείας…………………………………………………………………
§5. Μέθοδοι απόκτησης νανοσωματιδίων…………………………………………………………………..10
§6. Νανοϋλικά και προοπτικές εφαρμογής τους……………………………………………………………………………………….
Πηγές πληροφοριών…………………………………………………………………………………………………13
§1. Η ιστορία του σχηματισμού της νανοεπιστήμης
1905 Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν απέδειξε θεωρητικά ότι το μέγεθος ενός μορίου σακχάρου είναι pκαι οι φλέβες είναι 1 νανόμετρο.
1931 Οι Γερμανοί φυσικοί Ernst Ruska και Max Knoll δημιούργησαν ένα ηλεκτρονικό μικρόφωνοΟ πεδίο που παρέχει 10 15 -πλάσια αύξηση.
1932 Ο Ολλανδός καθηγητής Fritz Zernike εφηύρε την αντίθεση φάσης miΠρος την roscope μια παραλλαγή ενός οπτικού μικροσκοπίου που βελτίωσε την ποιότητα εμφάνισης των λεπτομερειών των εικόνωνΕΝΑ zheniya, και ερεύνησε ζωντανά κύτταρα με τη βοήθειά του.
1939 Η Siemens, όπου εργαζόταν ο Ernst Ruska, παρήγαγε το πρώτο εμπορικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο με ανάλυση 10 nm.
1966 Ο Αμερικανός φυσικός Ράσελ Γιανγκ, ο οποίος εργαζόταν στο Εθνικό Γραφείο της n βελάκια, εφηύρε τον κινητήρα που χρησιμοποιείται σήμερα στη σάρωση μικροφώνων τούνελΟ σκοπευτικά και για τοποθέτηση νανοεργαλείων με ακρίβεια 0,01 angstroms (1 νανόμετρο = 10 angstroms).
1968 Ο Alfred Cho, εκτελεστικός αντιπρόεδρος της Bell και ο John Arthur, υπάλληλος του τμήματος έρευνας ημιαγωγών, τεκμηρίωσαν τη θεωρητική δυνατότητα χρήσης νανοτεχνολογιών για την επίλυση προβλημάτων επιφανειακής επεξεργασίας και την επίτευξη ατομικής ακρίβειας στη δημιουργία ηλεκτρονικών συσκευών.
1974 Ο Ιάπωνας φυσικός Norio Taniguchi, ο οποίος εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, πρότεινε τον όρο «νανοτεχνολογία» (η διαδικασία του διαχωρισμού, της συναρμολόγησης και της αλλαγής μητέραςΕΝΑ πιάνοντάς τα με την έκθεσή τους σε ένα άτομο ή ένα μόριο), το οποίο κέρδισε γρήγορα δημοτικότητα στους επιστημονικούς κύκλους.
1982 Στο Ερευνητικό Κέντρο της IBM Ζυρίχης για τους Φυσικούς Gerd Binnig και Ge n Ο Rich Rohrer δημιούργησε το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM), το οποίο καθιστά δυνατή τη δημιουργία μιας τρισδιάστατης εικόνας της διάταξης των ατόμων στις επιφάνειες των αγώγιμων υλικών.
1985 Τρεις Αμερικανοί χημικοί: ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Rice Richard Smalley, καθώς και οι Robert Carl και Harold Kroto ανακάλυψαν μόρια φουλερενίων που αποτελούνταιΕγώ που αποτελείται από 60 άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε μορφή σφαίρας. Αυτοί οι επιστήμονες μπόρεσαν επίσης να μετρήσουν ένα αντικείμενο 1 nm για πρώτη φορά.
1986 Ο Gerd Binnig ανέπτυξε τον ανιχνευτή ατομικής δύναμης σάρωσης microΟ εύρος, το οποίο τελικά κατέστησε δυνατή την οπτικοποίηση των ατόμων οποιωνδήποτε υλικών (όχι μόνοΟ οδηγούν), καθώς και να τους χειραγωγήσουν.
19871988 Στο Ερευνητικό Ινστιτούτο «Δέλτα» υπό τη διεύθυνση του Π.Ν. Luskinovich, ξεκίνησε η πρώτη ρωσική νανοτεχνολογική εγκατάσταση, η οποία πραγματοποίησε την κατευθυνόμενη αναχώρηση σωματιδίων από την άκρη του καθετήρα μικροσκοπίου υπό την επίδραση της θέρμανσης.
1989 Οι επιστήμονες Donald Eigler και Erhard Schwetzer του California IBM Science Center κατάφεραν να απλώσουν 35 άτομα ξένου σε έναν κρύσταλλο νικελίου με το όνομα της εταιρείας τους.
1991 Ο Ιάπωνας καθηγητής Sumio Lijima, ο οποίος εργάστηκε στο NEC, καιΜε χρησιμοποίησε φουλερένια για τη δημιουργία σωλήνων άνθρακα (ή νανοσωλήνων) με διάμετρο 0,8 nm.
1991 Το πρώτο πρόγραμμα νανοτεχνολογίας του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών ξεκίνησε στις ΗΠΑ. Η κυβέρνηση της Ιαπωνίας έχει επίσης αναλάβει παρόμοιες δραστηριότητες.
1998 Ο Cees Dekker, ένας Ολλανδός καθηγητής στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Ντελφτς, δημιούργησε ένα τρανζίστορ βασισμένο σε νανοσωλήνες. Για να γίνει αυτό, έπρεπε να είναι ο πρώτος στον κόσμο που θα άλλαζεμι μετρήστε την ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός τέτοιου μορίου.
2000 Ο Γερμανός φυσικός Franz Gissible είδε υποατομικά σωματίδια σε πυρίτιο. Ο συνάδελφός του Robert Magerle πρότεινε την τεχνολογία δημιουργίας τριών νανοτομογραφίας R εικόνα της εσωτερικής δομής της ύλης με ανάλυση 100 nm.
2000 Η κυβέρνηση των ΗΠΑ άνοιξε το Εθνικό Ινστιτούτο ΝανοτεχνολογίαςΚαι πρωτοβουλία (NNI). Ο προϋπολογισμός των ΗΠΑ διέθεσε 270 εκατομμύρια δολάρια για αυτήν την κατεύθυνση, εμπορικήμι Οι ρωσικές εταιρείες επένδυσαν 10 φορές περισσότερα σε αυτό.
2002 Ο Cees Dekker συνδύασε έναν σωλήνα άνθρακα με το DNA, λαμβάνοντας ένα μόνο νανοείναι ο χανισμός.
2003 Ο καθηγητής Feng Liu από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα, χρησιμοποιώντας τα επιτεύγματα του Franz Gissible, χρησιμοποιώντας ένα ατομικό μικροσκόπιο, δημιούργησε εικόνες των τροχιών των ηλεκτρονίων αναλύοντας τις διαταραχές τους καθώς κινούνται γύρω από τον πυρήνα.
§2. Βασικές έννοιες της νανοεπιστήμης
Η νανοεπιστήμη εμφανίστηκε ως ανεξάρτητος κλάδος μόνο μετάρε όχι 7-10 ετών. Η μελέτη των νανοδομών είναι μια κοινή κατεύθυνση για πολλούς κλασικούς επιστημονικούς κλάδους. Η νανοχημεία κατέχει μία από τις κορυφαίες θέσεις μεταξύ τους, καθώς ανοίγει πρακτικά απεριόριστες δυνατότητες για την ανάπτυξη, παραγωγή και έρευνα νέων νανοϋλικών με επιθυμητές ιδιότητες, συχνά ανώτερες σε ποιότητα από τα φυσικά υλικά.
Νανοχημεία - είναι μια επιστήμη που μελετά τις ιδιότητες διαφόρων νανοσωματιδίωνΤ ruktur, καθώς και την ανάπτυξη νέων μεθόδων παραγωγής, μελέτης και τροποποίησής τους.
Το καθήκον προτεραιότητας της νανοχημείας είναιΚαθιέρωση σχέσης μεταξύ του μεγέθους νανομέτρωνΕΝΑ ραβδί και τις ιδιότητες του.
Ερευνητικά αντικείμενα Νανοχημείαςείναι σώματα με τέτοια μάζα που η ισοδύναμή τουςΚαι το μέγεθος σθένους παραμένει εντός του νανοπορτοκαλί (0,1 100 nm).
Τα αντικείμενα νανοκλίμακας καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ χύδην υλικών από τη μια πλευρά και ατόμων και μορίων από την άλλη. Η παρουσία τέτοιωνσι έργα σε υλικά τους προσδίδει νέες χημικές και φυσικές ιδιότητες. Τα νανοαντικείμενα είναι ένας ενδιάμεσος και συνδετικός κρίκος μεταξύ του κόσμου στον οποίο οι νόμοιΟ ny της κβαντικής μηχανικής και του κόσμου στον οποίο λειτουργούν οι νόμοι της κλασικής φυσικής.
Χαρακτηριστικά μεγέθη αντικειμένων του γύρω κόσμου
Η νανοχημεία ερευνά την παραγωγή και τις ιδιότητες διαφόρων νανοσυστημάτων.Νανοσυστήματα είναι ένα σύνολο σωμάτων που περιβάλλονται από ένα αέριο ή υγρό μέσο. Τέτοιο τμι Πολυατομικά σμήνη και μόρια, νανοσταγονίδια και νανοκρύσταλλοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως λάμα. Πρόκειται για ενδιάμεσες μορφές μεταξύ ατόμων και μακροσκοπικών σωμάτων. Μέγεθος συστημάτων περίπουΜε τήκεται εντός 0,1 100 nm.
Ταξινόμηση αντικειμένων νανοχημείας ανά φάση φάσης
|
Κατάσταση φάσης |
μεμονωμένα άτομα |
Συστάδες |
Νανοσωματίδια |
Συμπαγής ύλη |
|
Διάμετρος, nm |
0,1-0,3 |
0,3-10 |
10-100 |
Πάνω από 100 |
|
Αριθμός ατόμων |
1-10 |
10-10 6 |
10 6 -10 9 |
Πάνω από 109 |
Η γκάμα των αντικειμένων που μελετά η νανοχημεία διευρύνεται συνεχώς. Οι χημικοί πάντα προσπαθούσαν να καταλάβουν ποια είναι τα χαρακτηριστικά των σωμάτων μεγέθους νανομέτρων. Αυτό οδήγησε στην ταχεία ανάπτυξη της κολλοειδούς και μακρομοριακής χημείας.
Στη δεκαετία του 80-90 του ΧΧ αιώνα, χάρη στις μεθόδους ηλεκτρονικής, ατομικής δύναμης και n μικροσκοπία, ήταν δυνατό να παρατηρηθεί η συμπεριφορά των μεταλλικών νανοκρυστάλλων καιμι οργανικά άλατα, μόρια πρωτεΐνης, φουλερένια και νανοσωλήνες, και τα τελευταία χρόνια tΕΝΑ Αυτές οι παρατηρήσεις έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένες.
Αντικείμενα νανοχημικής έρευνας
|
Νανοσωματίδια |
Νανοσυστήματα |
|
Φουλερένια |
Κρύσταλλοι, διαλύματα |
|
σωληνάρια |
Αδρανή, διαλύματα |
|
Μόρια πρωτεΐνης |
Λύσεις, κρύσταλλα |
|
μόρια πολυμερούς |
Σολ, τζελ |
|
Νανοκρύσταλλοι ανόργανων e πλάσματα |
Αερολύματα, κολλοειδή διαλύματα, καθίζηση |
|
Μικκύλια |
Κολλοειδή διαλύματα |
|
Νανομπλόκ |
Στερεά |
|
Ο Langmuir ταινίες Blodget |
Σώματα με φιλμ στην επιφάνεια |
|
Συστάδες σε αέρια |
Αερολύματα |
|
Νανοσωματίδια σε στρώματα διαφόρων e πλάσματα |
Νανοδομημένες ταινίες |
Έτσι, μπορούν να διακριθούν τα ακόλουθα κύρια χαρακτηριστικά της νανοχημείας:
- Οι γεωμετρικές διαστάσεις των αντικειμένων βρίσκονται στην κλίμακα νανομέτρων.
- Εκδήλωση νέων ιδιοτήτων από αντικείμενα και τα σύνολά τους.
- Δυνατότητα ελέγχου και ακριβούς χειρισμού αντικειμένων.
- Τα αντικείμενα και οι συσκευές που συναρμολογούνται με βάση τα αντικείμενα δέχονται νέους καταναλωτέςακίνητα bsky.
§3. Χαρακτηριστικά της δομής και της συμπεριφοράς ορισμένων νανοσωματιδίων
Νανοσωματίδια από άτομα αδρανών αερίωνείναι τα απλούστερα νανοαντικείμενασι έργα. Τα άτομα αδρανών αερίων με πλήρως γεμισμένα κελύφη ηλεκτρονίων αλληλεπιδρούν ασθενώς μεταξύ τους μέσω των δυνάμεων van der Waals. Όταν περιγράφονται τέτοια σωματίδια, χρησιμοποιείται το μοντέλο των σκληρών σφαιρών.
Μεταλλικά νανοσωματίδια. Σε μεταλλικά σμήνη πολλών ατόμων, μπορούν να πραγματοποιηθούν τόσο ομοιοπολικοί όσο και μεταλλικοί τύποι δεσμών. Τα μεταλλικά νανοσωματίδια είναι εξαιρετικά αντιδραστικά και συχνά χρησιμοποιούνται ως κατάλυση.ΕΝΑ tori. Τα μεταλλικά νανοσωματίδια συνήθως παίρνουν το σωστό σχήμα οκτάεδρο, ikosΕΝΑ hedra, τετραδεκάεδρο.
φράκταλ συστάδεςπρόκειται για αντικείμενα με διακλαδισμένη δομή: αιθάλη, συνμεγάλο loids, διάφορα αεροζόλ και αερογέλη. Φράκταλ είναι ένα τέτοιο αντικείμενο στο οποίο, όταν αυξάνεταιΜε τήξη της μεγέθυνσης, μπορείτε να δείτε πώς επαναλαμβάνεται η ίδια δομή σε όλα τα επίπεδα και σε οποιαδήποτε κλίμακα.
Μοριακές συστάδεςσυστάδες που αποτελούνται από μόρια. Πιο clastμι η τάφρο είναι μοριακή. Ο αριθμός και η ποικιλία τους είναι τεράστια. Ειδικότερα, στα μόριαστο Πολλά βιολογικά μακρομόρια ανήκουν σε πολικά σμήνη.
Φουλερένια είναι κοίλα εσωτερικά σωματίδια που σχηματίζονται από πολυεδρικά n ψευδώνυμα ατόμων άνθρακα που συνδέονται με ομοιοπολικό δεσμό. Ξεχωριστή θέση μεταξύ των fullersμι νέο καταλαμβάνεται από ένα σωματίδιο 60 ατόμων άνθρακα C 60 που μοιάζει με μικροσκοπική μπάλα ποδοσφαίρου.
Νανοσωλήνες Αυτά είναι κούφια μόρια στο εσωτερικό, που αποτελούνται από περίπου 1.000.000 atΟ mov άνθρακα και αντιπροσωπεύει σωλήνες μονής στρώσης με διάμετρο περίπου ένα νανόμετρο και μήκος αρκετές δεκάδες μικρά. Στην επιφάνεια του νανοσωλήνα, τα άτομα άνθρακα είναι διασκορπισμέναΟ βρίσκονται στις κορυφές των κανονικών εξαγώνων.
§4. Εφαρμοσμένες Χρήσεις Νανοχημείας
Συμβατικά, η νανοχημεία μπορεί να χωριστεί σε:
- θεωρητικός
- πειραματικός
- Εφαρμοσμένος
Θεωρητική νανοχημείααναπτύσσει μεθόδους για τον υπολογισμό της συμπεριφοράς των νανοσωμάτων, λαμβάνοντας υπόψη παραμέτρους της κατάστασης των σωματιδίων όπως οι χωρικές συντεταγμένες και η ταχύτηταΟ sti, μάζα, χαρακτηριστικά σύνθεσης, σχήμα και δομή κάθε νανοσωματιδίου.
Πειραματική νανοχημείααναπτύσσεται σε τρεις κατευθύνσεις.Στα πλαίσια του πρώτου Οι υπερευαίσθητες φασματικές μέθοδοι αναπτύσσονται και χρησιμοποιούνται, ναι Yu που δίνουν την ευκαιρία να κρίνουμε τη δομή των μορίων, συμπεριλαμβανομένων δεκάδων και εκατοντάδων ατόμων.Στα πλαίσια του δεύτερουκατεύθυνση, τα φαινόμενα μελετώνται σε τοπικό (τοπικό) ηλεκτρικόμι φυσικές, μαγνητικές ή μηχανικές επιδράσεις σε νανοσώματα που υλοποιούνται με τη βοήθεια νανο-ανιχνευτών και ειδικών χειριστών.Κάτω από το τρίτοΚαθορίζω κατευθύνσειςΤ μακροκινητικά χαρακτηριστικά των συλλογών νανοσωμάτων και συναρτήσεις κατανομήςΕΝΑ σημείωση κατά παραμέτρους κατάστασης.
Εφαρμοσμένη Νανοχημείαπεριλαμβάνει:
- Ανάπτυξη θεωρητικών βάσεων για τη χρήση νανοσυστημάτων στη μηχανική και τη νανοτεχνολογίαΟ λογολογία, μέθοδοι πρόβλεψης της ανάπτυξης συγκεκριμένων νανοσυστημάτων υπό τις συνθήκες τους καιΜε χρήση, καθώς και η αναζήτηση βέλτιστων μεθόδων λειτουργίας (τεχναλλά νοχημεία).
- Δημιουργία θεωρητικών μοντέλων συμπεριφοράς νανοσυστημάτων στη σύνθεση νανοματμι rials και την αναζήτηση βέλτιστων συνθηκών για την παραγωγή τους (συνθετική νανοχημεία).
- Η μελέτη των βιολογικών νανοσυστημάτων και η δημιουργία μεθόδων χρήσης νανοΚαι στελέχη για ιατρικούς σκοπούς (ιατρική νανοχημεία).
- Ανάπτυξη θεωρητικών μοντέλων σχηματισμού και μετανάστευσης νανοσωματιδίων στο περιβάλλονστο περιβάλλον διαβίωσης και μέθοδοι καθαρισμού φυσικών νερών ή αέρα από νανοσωματίδια (πΟ λογική νανοχημεία).
§5. Μέθοδοι λήψης νανοσωματιδίων
Κατ 'αρχήν, όλες οι μέθοδοι για τη σύνθεση νανοσωματιδίων μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες:
Μέθοδοι διασποράς, ή μεθόδους για τη λήψη νανοσωματιδίων με άλεση ενός συμβατικού μακροδείγματος
μέθοδοι συμπύκνωσης, ή μεθόδους «ανάπτυξης» νανοσωματιδίων από μεμονωμένα άτομα.
Μέθοδοι διασποράς
Με τις μεθόδους διασποράς, τα αρχικά σώματα αλέθονται σε νανοσωματίδια. Αυτή η προσέγγιση για την απόκτηση νανοσωματιδίων ονομάζεται μεταφορικά από ορισμένους επιστήμονες«Προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω» . Αυτός είναι ο απλούστερος από όλους τους τρόπους δημιουργίας νανοσωματιδίων, ένα είδος «κρέατος».Ο υλοτομία» για μακροσώματα. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή υλικών για μικροηλεκτρονική, συνίσταται στη μείωση του μεγέθους των αντικειμένων σε νανοκλίμακα εντός των δυνατοτήτων του βιομηχανικού εξοπλισμού και του χρησιμοποιούμενου υλικού. ΚΑΙη Είναι δυνατή η άλεση μιας ουσίας σε νανοσωματίδια όχι μόνο μηχανικά. Η ρωσική εταιρεία Advanced Powder Technologies αποκτά νανοσωματίδια με την έκρηξη ενός μεταλλικού νήματος με ισχυρό παλμό ρεύματος.
Υπάρχουν επίσης πιο εξωτικοί τρόποι απόκτησης νανοσωματιδίων. Αμερικανοί επιστήμονες το 2003 συνέλεξαν μικροοργανισμούς από τα φύλλα μιας συκιάςΡοδόκοκκος και τα τοποθετούμε σε διάλυμα χρυσού. Τα βακτήρια λειτουργούσαν ως χημική ουσίαΜε το πρώτο, συλλέγοντας καθαρά νανοσωματίδια με διάμετρο περίπου 10 nm από ιόντα αργύρου. Κατασκευάζοντας νανοσωματίδια, τα βακτήρια αισθάνθηκαν φυσιολογικά και συνέχισαν να πολλαπλασιάζονται.
Συμπυκνωτικόςμεθόδους
Με μεθόδους συμπύκνωσης («προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω») τα νανοσωματίδια παίρνουν νστο θέματα ένωσης μεμονωμένων ατόμων. Η μέθοδος έγκειται στο γεγονός ότι σε ελεγχόμενηΜε συνθήκες, σχηματίζονται σύνολα ατόμων και ιόντων. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται νέα αντικείμενα με νέες δομές και, κατά συνέπεια, με νέες ιδιότητες που μπορούν να προγραμματιστούν αλλάζοντας τις συνθήκες για το σχηματισμό συνόλων. Αυτό απόρε Η κίνηση διευκολύνει την επίλυση του προβλήματος της σμίκρυνσης των αντικειμένων, φέρνει πιο κοντά στη λύση μιας σειράς προβλημάτων λιθογραφίας υψηλής ανάλυσης, τη δημιουργία νέων μικροεπεξεργαστών, λεπτών πολυμερών φιλμ και νέων ημιαγωγών.
§6. Νανοϋλικά και προοπτικές εφαρμογής τους
Η έννοια των νανοϋλικών διατυπώθηκε για πρώτη φορά τοΔεκαετία του 80 του ΧΧ αιώνα από τον G. Gleiter, ο οποίος εισήγαγε τον ίδιο τον όρο στην επιστημονική χρήση "νανοϋλικό ". Εκτός από τα παραδοσιακά νανοϋλικά (όπως χημικά στοιχεία και ενώσεις, άμορφες ουσίες, μέταλλα και τα κράματά τους), περιλαμβάνουν νανοημιαγωγούς, νανοπολυμερή,ΕΝΑ πορώδη υλικά, νανοσκόνες, πολυάριθμες νανοδομές άνθρακα,ΕΝΑ μη βιοϋλικά, υπερμοριακές δομές και καταλύτες.
Παράγοντες που καθορίζουν τις μοναδικές ιδιότητες των νανοϋλικών, είναι τα διαστατικά, ηλεκτρονικά και κβαντικά αποτελέσματα των νανοσωματιδίων που τα σχηματίζουν, καθώς και η πολύ ανεπτυγμένη επιφάνειά τους. Πολυάριθμες μελέτες έχουν δείξει ότι ησι Σημαντικές και τεχνικά ενδιαφέρουσες αλλαγές στις φυσικομηχανικές ιδιότητες των νανοϋλικών (αντοχή, σκληρότητα, κ.λπ.) συμβαίνουν στο εύρος μεγέθους των σωματιδίων από πολλέςΕΝΑ αριθμοί έως 100 nm. Επί του παρόντος, έχουν ήδη ληφθεί πολλά νανοϋλικά με βάση νιτρίδια και βορίδια με μέγεθος κρυσταλλίτη περίπου 12 nm και λιγότερο.
Λόγω των ειδικών ιδιοτήτων των νανοσωματιδίων που βρίσκονται κάτω από αυτά, τέτοια χαλάκιαμι Τα ριάλια είναι συχνά ανώτερα από τα "συνηθισμένα" από πολλές απόψεις. Για παράδειγμα, η δύναμη τουμεγάλο Ο χάλυβας που προέρχεται από τη νανοτεχνολογία είναι 1,5-3 φορές ισχυρότερος από τον συμβατικό χάλυβα, 50-70 φορές πιο σκληρός και 10-12 φορές πιο ανθεκτικός στη διάβρωση.
Εφαρμογές νανοϋλικών:
- στοιχεία της νανοηλεκτρονικής και της νανοφωτονικής (τρανζίστορ ημιαγωγών και λέιζερ, φωτοανιχνευτές, ηλιακά κύτταρα, διάφοροι αισθητήρες)
- εξαιρετικά πυκνές συσκευές καταγραφής πληροφοριών
- τηλεπικοινωνίες, τεχνολογίες πληροφορικής και υπολογιστών, αν r υπολογιστές
- εξοπλισμός βίντεο επίπεδες οθόνες, οθόνες, βιντεοπροβολείς
- μοριακές ηλεκτρονικές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των διακοπτών και των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε μοριακό επίπεδο
- κυψέλες καυσίμου και συσκευές αποθήκευσης ενέργειας
- συσκευές μικρο- και νανομηχανικής, συμπεριλαμβανομένων μοριακών κινητήρων και νανοκινητήρων, νανορομπότ
- νανοχημεία και κατάλυση, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου καύσης, της επίστρωσης, της ηλεκτρικήςΠρος την τροχχημείας και φαρμακευτικών προϊόντων
- εφαρμογές αεροπορίας, διαστήματος και άμυναςΕγώ περιβάλλον
- στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων και πρωτεϊνών, βιοπολυμερή και βιολογική επούλωση ιστών, κλινική και ιατρική διάγνωση, δημιουργία τεχνητών μυώνστο ψάρεμα, οστά, εμφύτευση ζωντανών οργάνων
- εμβιομηχανική, γονιδιωματική, βιοπληροφορική, βιοεργαλεία
- καταγραφή και ταυτοποίηση καρκινογόνων ιστών, παθογόνων και βιολογικά επιβλαβών παραγόντων· ασφάλεια στη γεωργία και την παραγωγή τροφίμων.
Η περιοχή του Ομσκ είναι έτοιμη να αναπτύξει νανοτεχνολογίες
Η ανάπτυξη των νανοτεχνολογιών είναι ένας από τους τομείς προτεραιότητας για την ανάπτυξη της επιστήμης, της τεχνολογίας και της μηχανικής στην περιοχή του Ομσκ.
Έτσι, στο παράρτημα του Ομσκ του Ινστιτούτου Φυσικής Ημιαγωγών του Παραρτήματος της Σιβηρίας της Ρωσικής Ακαδημίαςη ανάπτυξη της νανοηλεκτρονικής και στο Ινστιτούτο Προβλημάτων Επεξεργασίας Υδρογονάνθρακα του Παραρτήματος της Σιβηρίας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών, βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες για την απόκτηση φορέων και καταλυτών νανοπορώδους άνθρακα.
Πηγές πληροφοριών:
- http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
- http://www.rambler.ru/news
- ht tp : // Nanometer.ru
- http://www.nanonewsnet.ru/
67 KB Εξοπλισμός μαθήματος: Παρουσίαση Η αρχή του Μεγάλου Πατριωτικού Πολέμου όπου χρησιμοποιείται ένας χάρτης της αρχικής περιόδου του πολέμου θραύσματα ντοκιμαντέρ για τον πόλεμο ένα διάγραμμα της ετοιμότητας της Γερμανίας και της ΕΣΣΔ για πόλεμο μια έκθεση βιβλίων αφιερωμένη στον Μεγάλο Πατριωτικό Πόλεμος...
Για την έννοια της νανοτεχνολογίας, ίσως, δεν υπάρχει εξαντλητικός ορισμός, αλλά κατ' αναλογία με τις υπάρχουσες μικροτεχνολογίες, προκύπτει ότι οι νανοτεχνολογίες είναι τεχνολογίες που λειτουργούν σε τιμές της τάξης του νανομέτρου. Επομένως, η μετάβαση από το "micro" στο "nano" είναι μια ποιοτική μετάβαση από τον χειρισμό της ύλης στον χειρισμό μεμονωμένων ατόμων. Όσον αφορά την ανάπτυξη νανοτεχνολογιών, υπάρχουν τρεις τομείς κατά νου: η κατασκευή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων (συμπεριλαμβανομένων των ογκομετρικών) με ενεργά στοιχεία συγκρίσιμα σε μέγεθος με εκείνα των μορίων και των ατόμων. ανάπτυξη και κατασκευή νανομηχανών· χειρισμός μεμονωμένων ατόμων και μορίων και τη συναρμολόγηση μακροαντικειμένων από αυτά. Οι εξελίξεις σε αυτούς τους τομείς συνεχίζονται εδώ και πολύ καιρό. Το 1981 δημιουργήθηκε ένα μικροσκόπιο σήραγγας που επιτρέπει τη μεταφορά μεμονωμένων ατόμων. Το φαινόμενο της σήραγγας είναι ένα κβαντικό φαινόμενο διείσδυσης ενός μικροσωματιδίου από μια κλασικά προσβάσιμη περιοχή κίνησης σε μια άλλη, που χωρίζεται από την πρώτη από ένα φράγμα δυναμικού. Η βάση του μικροσκοπίου που εφευρέθηκε είναι μια πολύ αιχμηρή βελόνα που γλιστρά πάνω από την υπό μελέτη επιφάνεια με διάκενο μικρότερο από ένα νανόμετρο. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια από το άκρο της σήραγγας της βελόνας περνούν μέσω αυτού του κενού στο υπόστρωμα.
Ωστόσο, εκτός από τη μελέτη της επιφάνειας, η δημιουργία ενός νέου τύπου μικροσκοπίου άνοιξε έναν θεμελιωδώς νέο δρόμο για το σχηματισμό στοιχείων μεγέθους νανομέτρων. Επιτεύχθηκαν μοναδικά αποτελέσματα σχετικά με την κίνηση των ατόμων, την αφαίρεση και την απόθεσή τους σε ένα δεδομένο σημείο, καθώς και την τοπική διέγερση χημικών διεργασιών. Από τότε, η τεχνολογία έχει βελτιωθεί σημαντικά. Σήμερα, αυτά τα επιτεύγματα χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή: η παραγωγή οποιουδήποτε δίσκου λέιζερ, και ακόμη περισσότερο, η παραγωγή DVD είναι αδύνατη χωρίς τη χρήση νανοτεχνικών μεθόδων ελέγχου.
Η νανοχημεία είναι η σύνθεση νανοδιασπαρμένων ουσιών και υλικών, η ρύθμιση των χημικών μετασχηματισμών σωμάτων μεγέθους νανομέτρου, η πρόληψη της χημικής υποβάθμισης των νανοδομών, οι μέθοδοι θεραπείας ασθενειών με χρήση νανοκρυστάλλων.
Τα ακόλουθα είναι τα πεδία έρευνας στη νανοχημεία:
- - ανάπτυξη μεθόδων για τη συναρμολόγηση μεγάλων μορίων από άτομα με χρήση νανοχειριστών.
- - μελέτη ενδομοριακών αναδιατάξεων ατόμων υπό μηχανικές, ηλεκτρικές και μαγνητικές επιδράσεις. Σύνθεση νανοδομών σε ροές υπερκρίσιμων ρευστών. ανάπτυξη μεθόδων για κατευθυνόμενη συναρμολόγηση με το σχηματισμό φράκταλ, συρμάτινου πλαισίου, σωληνοειδούς και στηλών νανοδομών.
- - ανάπτυξη της θεωρίας της φυσικής και χημικής εξέλιξης εξαιρετικά λεπτών ουσιών και νανοδομών. δημιουργία τρόπων για την πρόληψη της χημικής υποβάθμισης των νανοδομών.
- - απόκτηση νέων νανοκαταλυτών για τη χημική και πετροχημική βιομηχανία. μελέτη του μηχανισμού των καταλυτικών αντιδράσεων σε νανοκρυστάλλους.
- - μελέτη μηχανισμών νανοκρυστάλλωσης σε πορώδη μέσα σε ακουστικά πεδία. σύνθεση νανοδομών σε βιολογικούς ιστούς. ανάπτυξη μεθόδων για τη θεραπεία ασθενειών με σχηματισμό νανοδομών σε ιστούς με παθολογία.
- - μελέτη του φαινομένου της αυτοοργάνωσης σε ομάδες νανοκρυστάλλων. αναζήτηση νέων τρόπων για την παράταση της σταθεροποίησης των νανοδομών από χημικούς τροποποιητές.
- - Το αναμενόμενο αποτέλεσμα θα είναι μια λειτουργική σειρά μηχανημάτων που παρέχει:
- - μεθοδολογία για τη μελέτη των ενδομοριακών αναδιατάξεων υπό τοπικές επιδράσεις στα μόρια.
- - νέοι καταλύτες για τη χημική βιομηχανία και την εργαστηριακή πρακτική.
- - Νανοκαταλύτες οξειδίων σπάνιων γαιών και βαναδίου με ευρύ φάσμα δράσης.
- - μεθοδολογία για την πρόληψη της χημικής υποβάθμισης των τεχνικών νανοδομών.
- - Μέθοδοι πρόβλεψης χημικής αποδόμησης.
- - νανοφάρμακα για θεραπεία και χειρουργική επέμβαση, παρασκευάσματα με βάση τον υδροξυαπατίτη για οδοντιατρική.
- - μέθοδος για τη θεραπεία ογκολογικών παθήσεων με τη διενέργεια ενδοκαρκινικής νανοκρυστάλλωσης και την εφαρμογή ακουστικού πεδίου.
- - μέθοδοι δημιουργίας νανοδομών με κατευθυνόμενη συσσωμάτωση νανοκρυστάλλων.
- - μέθοδοι ρύθμισης της χωρικής οργάνωσης των νανοδομών.
- - Νέοι χημικοί αισθητήρες με εξαιρετικά λεπτή ενεργή φάση. μέθοδοι για την αύξηση της ευαισθησίας των αισθητήρων με χημική τροποποίηση.
Νανοχημεία είναι μια επιστήμη που μελετά τις ιδιότητες διαφόρων νανοδομών, καθώς και την ανάπτυξη νέων τρόπων απόκτησης, μελέτης και τροποποίησης τους.
Ένα από τα καθήκοντα προτεραιότητας της νανοχημείας είναι να δημιουργήσει μια σχέση μεταξύ του μεγέθους ενός νανοσωματιδίου και των ιδιοτήτων του.
Ερευνητικά αντικείμενα Νανοχημείας είναι σώματα με τέτοια μάζα που το ισοδύναμο μέγεθός τους (η διάμετρος μιας σφαίρας, ο όγκος της οποίας είναι ίσος με τον όγκο του σώματος) παραμένει εντός του νανοδιαστήματος (0,1 - 100 nm)
Λόγω της θέσης του νανόκοσμου στα όρια της κλασικής φυσικής και της κβαντικής μηχανικής, τα αντικείμενά του δεν μπορούν πλέον να θεωρηθούν απολύτως πανομοιότυπα και στατιστικά δυσδιάκριτα. Όλα είναι μεμονωμένα και ένα νανοσωματίδιο διαφέρει από ένα άλλο νανοσωματίδιο ως προς τη σύνθεση, τη δομή και πολλές άλλες παραμέτρους.
Η νανοχημεία βρίσκεται στο στάδιο της ταχείας ανάπτυξης, επομένως, μαζί της
Η μελέτη εγείρει συνεχώς ερωτήματα που σχετίζονται με έννοιες και όρους.
Σαφείς διακρίσεις μεταξύ των όρων «σμήνος», «νανοσωματίδιο» και «κβαντικό».
τελεία» δεν έχει ακόμη διατυπωθεί. Ο όρος "cluster" χρησιμοποιείται πιο συχνά για
μεγαλύτερα συσσωματώματα ατόμων και είναι συνηθισμένο να περιγράφει τις ιδιότητες
μέταλλα και άνθρακα. Κάτω από τον όρο «κβαντική κουκκίδα» είναι συνήθως
εννοούνται σωματίδια ημιαγωγών και νησίδων, όπου κβαντικό
οι περιορισμοί των φορέων φορτίου ή των εξιτονίων επηρεάζουν τις ιδιότητές τους.
Θεωρητική νανοχημείααναπτύσσει μεθόδους για τον υπολογισμό της συμπεριφοράς των νανοσωμάτων, λαμβάνοντας υπόψη παραμέτρους της κατάστασης των σωματιδίων όπως χωρικές συντεταγμένες και ταχύτητες, μάζα, χαρακτηριστικά της σύνθεσης, σχήμα και δομή κάθε νανοσωματιδίου.
Πειραματική νανοχημείααναπτύσσεται σε τρεις κατευθύνσεις.
1. Εντός πρώτα Αναπτύσσονται και χρησιμοποιούνται υπερευαίσθητες φασματικές μέθοδοι, οι οποίες καθιστούν δυνατή την κρίση της δομής των μορίων, συμπεριλαμβανομένων δεκάδων και εκατοντάδων ατόμων.
2. Δεύτερον Η κατεύθυνση διερευνά φαινόμενα κάτω από τοπικές (τοπικές) ηλεκτρικές, μαγνητικές ή μηχανικές επιδράσεις σε νανοσώματα, που υλοποιούνται με τη βοήθεια νανο-ανιχνευτών και ειδικών χειριστών. Στην περίπτωση αυτή, στόχος είναι να μελετηθεί η αλληλεπίδραση μεμονωμένων μορίων αερίου με νανοσώματα και νανοσωμάτων μεταξύ τους, να αποκαλυφθεί η πιθανότητα ενδομοριακών ανακατατάξεων χωρίς καταστροφή μορίων και με τη διάσπασή τους. Αυτή η κατεύθυνση ενδιαφέρεται επίσης για τη δυνατότητα «ατομικής συναρμολόγησης» ενός νανοσωματίου του επιθυμητού habitus(εμφάνιση) όταν τα άτομα κινούνται πάνω από την επιφάνεια του υποστρώματος (το βασικό υλικό, η επιφάνεια του οποίου υποβάλλεται σε διάφορους τύπους επεξεργασίας, με αποτέλεσμα το σχηματισμό στρωμάτων με νέες ιδιότητες ή την ανάπτυξη φιλμ άλλου υλικού).
3. Εντός τρίτος Οι κατευθύνσεις καθορίζουν τα μακροκινητικά χαρακτηριστικά των συλλογών νανοσωμάτων και τις συναρτήσεις κατανομής τους σύμφωνα με τις παραμέτρους κατάστασης.
Εφαρμοσμένη Νανοχημείαπεριλαμβάνει:
§ ανάπτυξη θεωρητικών θεμελίων για τη χρήση νανοσυστημάτων στη μηχανική και τη νανοτεχνολογία, μεθόδους πρόβλεψης της ανάπτυξης συγκεκριμένων νανοσυστημάτων στις συνθήκες χρήσης τους, καθώς και αναζήτηση βέλτιστων μεθόδων λειτουργίας ( τεχνική νανοχημεία);
§ δημιουργία θεωρητικών μοντέλων συμπεριφοράς νανοσυστημάτων στη σύνθεση νανοϋλικών και αναζήτηση βέλτιστων συνθηκών για την παραγωγή τους ( συνθετική νανοχημεία);
§ μελέτη βιολογικών νανοσυστημάτων και δημιουργία μεθόδων χρήσης νανοσυστημάτων για ιατρικούς σκοπούς ( ιατρική νανοχημεία);
§ ανάπτυξη θεωρητικών μοντέλων για το σχηματισμό και μετανάστευση νανοσωματιδίων στο περιβάλλον και μεθόδων καθαρισμού φυσικών νερών ή αέρα από νανοσωματίδια ( οικολογική νανοχημεία).
Ιατρική και υγειονομική περίθαλψη. Υπάρχουν ενδείξεις ότι η χρήση
οι νανοσυσκευές και οι νανοδομημένες επιφάνειες μπορούν να αυξήσουν την
αποτελεσματικότητα της ανάλυσης σε έναν τόσο απαιτητικό τομέα της βιολογίας όπως η αποκρυπτογράφηση
γενετικός κώδικας. Ανάπτυξη μεθόδων για τον προσδιορισμό του ατόμου
Τα γενετικά χαρακτηριστικά οδήγησαν σε επανάσταση στη διάγνωση και τη θεραπεία
ασθένειες. Εκτός από τη βελτιστοποίηση της συνταγογράφησης φαρμάκων,
Η νανοτεχνολογία έχει επιτρέψει την ανάπτυξη νέων μεθόδων χορήγησης φαρμάκων σε
νοσούντα όργανα, καθώς και να αυξήσουν σημαντικά τον βαθμό της θεραπευτικής τους
επίπτωση. Τα επιτεύγματα στη νανοτεχνολογία χρησιμοποιούνται στην έρευνα για
κυτταρική βιολογία και παθολογία. Ανάπτυξη νέων αναλυτικών μεθόδων,
κατάλληλο για εργασία σε κλίμακα νανομέτρων, σημαντικά αυξημένο
αποτελεσματικότητα των μελετών των χημικών και μηχανικών ιδιοτήτων των κυττάρων
(συμπεριλαμβανομένης της σχάσης και της κίνησης), και επίσης επέτρεψε τη μέτρηση των χαρακτηριστικών
μεμονωμένα μόρια. Αυτές οι νέες τεχνικές έχουν γίνει μια σημαντική προσθήκη
μεθόδους που σχετίζονται με τη μελέτη της λειτουργίας των ζωντανών οργανισμών.
Επιπλέον, η ελεγχόμενη δημιουργία νανοδομών οδηγεί στη δημιουργία νέων
βιοσυμβατά υλικά με βελτιωμένα χαρακτηριστικά.
Μοριακά συστατικά βιολογικών συστημάτων (πρωτεΐνες, πυρηνικά 10
οξέα, λιπίδια, υδατάνθρακες και τα βιολογικά τους αντίστοιχα) είναι παραδείγματα
υλικά των οποίων η δομή και οι ιδιότητες καθορίζονται σε νανοκλίμακα. Πολλά
φυσικές νανοδομές και νανοσυστήματα σχηματίζονται χρησιμοποιώντας
βιολογικές μέθοδοι αυτοσυναρμολόγησης. τεχνητό ανόργανο και
οργανικά νανοϋλικά μπορούν να εισαχθούν στα κύτταρα, που χρησιμοποιούνται για
διαγνωστικά (για παράδειγμα, με τη δημιουργία οπτικοποιημένου κβαντικού
"κουκκίδες") και να χρησιμοποιούνται ως ενεργά συστατικά τους.
Αύξηση της ποσότητας της μνήμης και της ταχύτητας του υπολογιστή με τη βοήθεια του
η νανοτεχνολογία έδωσε τη δυνατότητα να προχωρήσουμε στη μοντελοποίηση μακρομοριακών
πλέγματα σε πραγματικό περιβάλλον. Τέτοιοι υπολογισμοί είναι εξαιρετικά σημαντικοί για
ανάπτυξη βιοσυμβατών μοσχευμάτων και νέων τύπων φαρμάκων.
Ας απαριθμήσουμε μερικές πολλά υποσχόμενες εφαρμογές των νανοτεχνολογιών
βιολογία:
Γρήγορη και αποτελεσματική αποκρυπτογράφηση γενετικών κωδίκων που
παρουσιάζει ενδιαφέρον για διάγνωση και θεραπεία.
Αποτελεσματική και φθηνότερη ιατρική περίθαλψη με
χρησιμοποιώντας τηλεχειριστήριο και συσκευές που λειτουργούν
μέσα σε ζωντανούς οργανισμούς
Νέες μέθοδοι χορήγησης και διανομής φαρμάκων στον οργανισμό, που είχαν
θα είχε μεγάλη σημασία για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της θεραπείας (για παράδειγμα,
παροχή φαρμάκων σε συγκεκριμένες θέσεις στο σώμα
Ανάπτυξη πιο ανθεκτικό και δεν απορρίπτεται από το σώμα τεχνητό
ιστών και οργάνων
Ανάπτυξη συστημάτων αισθητήρων που θα μπορούσαν να σηματοδοτήσουν
την εμφάνιση ασθενειών μέσα στο σώμα, που θα επέτρεπε στους γιατρούς
ασχολούνται όχι τόσο με τη θεραπεία όσο με τη διάγνωση και
πρόληψη ασθενείας
Αντικείμενα υπερμοριακής χημείας
Ο όρος «υπερμοριακή χημεία» εισήχθη για πρώτη φορά το 1978.
Ο νομπελίστας Γάλλος χημικός Jean-Marie Lehn και
ορίζεται ως «η χημεία που περιγράφει πολύπλοκους σχηματισμούς που είναι
το αποτέλεσμα της σύνδεσης δύο (ή περισσότερων) χημικών ειδών που συνδέονται μεταξύ τους
διαμοριακές δυνάμεις. Το πρόθεμα "supra" αντιστοιχεί στο ρωσικό
πρόθεμα "πάνω".
Υπερμοριακή (υπερμοριακή) χημεία (Supramolecular
χημεία) είναι ένας διεπιστημονικός τομέας της επιστήμης, συμπεριλαμβανομένων των χημικών,
οι φυσικές και βιολογικές πτυχές της εξέτασης είναι πιο περίπλοκες από
μόρια, χημικά συστήματα που συνδέονται σε ένα ενιαίο σύνολο μέσω
διαμοριακές (μη ομοιοπολικές) αλληλεπιδράσεις.
Τα αντικείμενα της υπερμοριακής χημείας είναι υπερμοριακά
σύνολα χτισμένα αυθόρμητα από συμπληρωματικά, δηλ. έχοντας
γεωμετρική και χημική αντιστοιχία θραυσμάτων, όπως
αυθόρμητη συναρμολόγηση των πιο πολύπλοκων χωρικών δομών σε ένα ζωντανό
κύτταρο. Ένα από τα θεμελιώδη προβλήματα της σύγχρονης χημείας είναι
κατευθυνόμενος σχεδιασμός τέτοιων συστημάτων, δημιουργία μοριακών
«δομικά στοιχεία» υπερμοριακών ενώσεων υψηλής τάξης
με τη δεδομένη δομή και ιδιότητες. Υπερμοριακούς σχηματισμούς
χαρακτηρίζονται από τη χωρική διάταξη των συστατικών τους, τους
αρχιτεκτονική, «υπερδομή», καθώς και είδη διαμοριακών
αλληλεπιδράσεις που συγκρατούν τα στοιχεία μαζί. Γενικά
οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις είναι πιο αδύναμες από τους ομοιοπολικούς δεσμούς, έτσι ώστε
Τα υπερμοριακά συνεργεία είναι λιγότερο θερμοδυναμικά σταθερά, περισσότερο
ασταθείς κινητικά και πιο εύκαμπτοι δυναμικά από τα μόρια.
Τα μαθήματα εξ αποστάσεως εκπαίδευσης είναι μια σύγχρονη μορφή αποτελεσματικής πρόσθετης εκπαίδευσης και προηγμένης κατάρτισης στον τομέα της κατάρτισης ειδικών για την ανάπτυξη πολλά υποσχόμενων τεχνολογιών για την απόκτηση λειτουργικών υλικών και νανοϋλικών. Αυτή είναι μια από τις πιο υποσχόμενες μορφές σύγχρονης εκπαίδευσης που αναπτύσσεται σε όλο τον κόσμο. Αυτή η μορφή απόκτησης γνώσεων σε έναν τέτοιο διεπιστημονικό τομέα όπως τα νανοϋλικά και οι νανοτεχνολογίες είναι ιδιαίτερα σημαντική. Τα πλεονεκτήματα των εξ αποστάσεως μαθημάτων είναι η διαθεσιμότητά τους, η ευελιξία στη δημιουργία εκπαιδευτικών διαδρομών, η βελτίωση της αποδοτικότητας και της αποδοτικότητας της διαδικασίας αλληλεπίδρασης με τους μαθητές, η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας σε σχέση με την πλήρη απασχόληση, η οποία ωστόσο μπορεί να συνδυαστεί αρμονικά με την εξ αποστάσεως εκπαίδευση. Στον τομέα των θεμελιωδών αρχών της νανοχημείας και των νανοϋλικών, έχει προετοιμαστεί υλικό βίντεο του Επιστημονικού και Εκπαιδευτικού Κέντρου του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας για τις Νανοτεχνολογίες:
- . Βασικές έννοιες και ορισμοί των επιστημών για τα νανοσυστήματα και τις νανοτεχνολογίες. Η ιστορία της εμφάνισης της νανοτεχνολογίας και οι επιστήμες των νανοσυστημάτων. Διεπιστημονικότητα και πολυεπιστημονικότητα. Παραδείγματα νανοαντικειμένων και νανοσυστημάτων, χαρακτηριστικά και τεχνολογικές εφαρμογές τους. Αντικείμενα και μέθοδοι νανοτεχνολογιών. Αρχές και προοπτικές για την ανάπτυξη των νανοτεχνολογιών.
- . Βασικές αρχές για το σχηματισμό νανοσυστημάτων. Φυσικές και χημικές μέθοδοι. Διαδικασίες για τη λήψη νανο-αντικειμένων "από πάνω προς τα κάτω". Κλασική, «μαλακή», μικροσφαίρα, δέσμη ιόντων (FIB), AFM - λιθογραφία και νανοεσοχή. Μηχανοενεργοποίηση και μηχανοσύνθεση νανοαντικειμένων. Διαδικασίες απόκτησης νανο-αντικειμένων «από κάτω προς τα πάνω». Διεργασίες πυρηνοποίησης σε αέρια και συμπυκνωμένα μέσα. Ετερογενής πυρήνωση, επιταξία και ετεροεπιταξία. Σπονδυλική κατάρρευση. Σύνθεση νανοαντικειμένων σε άμορφες (υαλώδεις) μήτρες. Μέθοδοι χημικής ομογενοποίησης (συνκαταβύθιση, μέθοδος sol-gel, κρυοχημική τεχνολογία, πυρόλυση αερολύματος, διαλυτοθερμική επεξεργασία, υπερκρίσιμη ξήρανση). Ταξινόμηση νανοσωματιδίων και νανοαντικειμένων. Τεχνικές λήψης και σταθεροποίησης νανοσωματιδίων. Συσσωμάτωση και αποσύνθεση νανοσωματιδίων. Σύνθεση νανοϋλικών σε μονοδιάστατους και δισδιάστατους νανοαντιδραστήρες.
- . Στατιστική φυσική των νανοσυστημάτων. Χαρακτηριστικά των μεταβάσεων φάσης σε μικρά συστήματα. Τύποι ενδο- και διαμοριακών αλληλεπιδράσεων. υδροφοβία και υδροφιλικότητα. Αυτοσυναρμολόγηση και αυτοοργάνωση. Μικελοποίηση. Αυτοσυναρμολογούμενες μονοστρώσεις. Ταινίες Langmuir-Blodgett. Υπερμοριακή οργάνωση μορίων. Μοριακή αναγνώριση. Μακρομόρια πολυμερών, μέθοδοι παρασκευής τους. Αυτο-οργάνωση σε πολυμερή συστήματα. Μικροφασικός διαχωρισμός συμπολυμερών κατά συστάδες. Δενδριμερή, βούρτσες πολυμερών. Πολυεπίπεδη αυτοσυναρμολόγηση πολυηλεκτρολυτών. υπερμοριακά πολυμερή.
- . Ουσία, φάση, υλικό. Ιεραρχική δομή υλικών. Νανοϋλικά και η ταξινόμηση τους. Ανόργανα και οργανικά λειτουργικά νανοϋλικά. Υβριδικά (οργανο-ανόργανα και ανόργανα-οργανικά) υλικά. Βιομεταλλοποίηση και βιοκεραμική. Νανοδομημένα υλικά 1D, 2D και 3D. μεσοπορώδη υλικά. Μοριακά κόσκινα. Τα νανοσύνθετα και οι συνεργιστικές τους ιδιότητες. Δομικά νανοϋλικά.
- . Κατάλυση και νανοτεχνολογία. Βασικές αρχές και έννοιες στην ετερογενή κατάλυση. Επίδραση των συνθηκών παρασκευής και ενεργοποίησης στο σχηματισμό της ενεργής επιφάνειας ετερογενών καταλυτών. Αντιδράσεις ευαίσθητες στη δομή και μη ευαίσθητες στη δομή. Ειδικότητα των θερμοδυναμικών και κινητικών ιδιοτήτων των νανοσωματιδίων. Ηλεκτροκατάλυση. Κατάλυση σε ζεόλιθους και μοριακά κόσκινα. κατάλυση μεμβράνης.
- . Πολυμερή για δομικά υλικά και για λειτουργικά συστήματα. «Έξυπνα» πολυμερή συστήματα ικανά να εκτελούν πολύπλοκες λειτουργίες. Παραδείγματα «έξυπνων» συστημάτων (πολυμερή ρευστά για παραγωγή λαδιού, έξυπνα παράθυρα, νανοδομημένες μεμβράνες για κυψέλες καυσίμου). Τα βιοπολυμερή ως τα πιο «έξυπνα» συστήματα. βιομιμητική προσέγγιση. Σχεδιασμός ακολουθίας για βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων των «έξυπνων» πολυμερών. Προβλήματα μοριακής εξέλιξης αλληλουχιών σε βιοπολυμερή.
- . Εξετάζονται η τρέχουσα κατάσταση και τα προβλήματα δημιουργίας νέων υλικών για πηγές χημικού ρεύματος: κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFC) και μπαταρίες λιθίου. Αναλύονται οι βασικοί δομικοί παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδιότητες διαφόρων ανόργανων ενώσεων, οι οποίοι καθορίζουν τη δυνατότητα χρήσης τους ως υλικά ηλεκτροδίων: σύνθετοι περοβσκίτες σε SOFC και ενώσεις μετάλλων μετάπτωσης (σύνθετα οξείδια και φωσφορικά άλατα) σε μπαταρίες λιθίου. Τα κύρια υλικά ανόδου και καθόδου που χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες λιθίου και αναγνωρίζονται ως πολλά υποσχόμενα εξετάζονται: τα πλεονεκτήματα και οι περιορισμοί τους, καθώς και η δυνατότητα υπέρβασης των περιορισμών με μια κατευθυνόμενη αλλαγή στην ατομική δομή και μικροδομή των σύνθετων υλικών με νανοδομή προκειμένου να βελτιωθούν τα χαρακτηριστικά των πηγών ρεύματος.
Μερικά θέματα συζητούνται στα ακόλουθα κεφάλαια των βιβλίων (εκδοτικός οίκος Binom):
Ενδεικτικά υλικά για νανοχημεία, αυτοσυναρμολογούμενες και νανοδομημένες επιφάνειες:
Επιστημονικά - δημοφιλή "βιντεοβιβλία":
Επιλεγμένα Κεφάλαια Νανοχημείας και Λειτουργικών Νανοϋλικών.
