Nanokeemia on keemia uurimisobjekti areng. Nanokeemia põhisuunad ja -kontseptsioonid

Nagu eespool öeldud, ei saa nanomaailma asukoha tõttu klassikalise füüsika ja kvantmehaanika piirimail selle objekte enam pidada absoluutselt identseteks ja statistiliselt eristamatuteks. Kõik need on individuaalsed ning üks nanoosake erineb teisest koostise, struktuuri ja paljude muude parameetrite poolest (näiteks fullereenid C ​​60 ja C 70). On võimatu ignoreerida objekti struktuuri ebaühtlust ja ebakorrapärasust ning kasutada selle kirjeldamiseks keskmisi terviklikke omadusi, nagu klassikalises füüsikas tavaks. Nanoobjektide eripära seisneb selles, et nende suurus on proportsionaalne aatomitevahelise interaktsiooni jõudude toimeraadiusega, s.o. kaugusega, milleni tuleb keha aatomid eemaldada, et nende koostoime ei mõjutaks märgatavalt selle omadusi. Tänu sellele omadusele suhtlevad nanokehad üksteisega ja keskkonnaga erinevalt kui makrokehad. Teadus, mis uurib erinevate nanostruktuuride omadusi, samuti uute meetodite väljatöötamist nende tootmiseks, uurimiseks ja muutmiseks, on nn. nanokeemia. Ta uurib erinevate nanosüsteemide valmistamist ja omadusi. Nanosüsteemid esindavad gaasi või vedela keskkonnaga ümbritsetud kehade kogumit. Sellised kehad võivad olla polüatomilised klastrid ja molekulid, nanotilgad ja nanokristallid. Need on aatomite ja makroskoopiliste kehade vahevormid. Süsteemide suurus jääb vahemikku 0,1-100 nm.

Selle teadmusvaldkonna üks prioriteetseid ülesandeid on luua seos nanoosakese suuruse ja selle omaduste vahel. Nanokeemias on roll kvantsuuruse efektid, põhjustades aine omaduste muutumise sõltuvalt osakeste suurusest ja neis olevate aatomite või molekulide arvust. Suuruseefektide roll on nii suur, et sarnaselt perioodilisele tabelile üritatakse koostada tabeleid klastrite ja nanoosakeste omaduste sõltuvuse suurusest ja geomeetriast. Kvantsuuruse efektid määravad sellised aine omadused nagu soojusmahtuvus, elektrijuhtivus, mõned optilised omadused jne.

Karakteristikute muutused on seotud kahe peamise põhjusega: pinnafraktsiooni suurenemine ja elektronstruktuuri muutumine kvantefektide tõttu. Pinna lähedal paiknevate aatomite omadused erinevad materjali põhimassis paiknevate aatomite omadustest, mistõttu võib osakese pinda käsitleda aine erilise olekuna. Mida suurem on pinnal paiknevate aatomite osa, seda tugevamad on pinnaga seotud mõjud (joonis 9).

Riis. 9. Pinnaaatomite (1) ja materjali mahus paiknevate aatomite (2) suhte muutus sõltuvalt osakeste suurusest.

Nanoobjektide elektroonilise struktuuri iseärasusi seletatakse suuruse vähenemisega kaasnevate kvantomaduste paranemisega. Nanostruktuuride ebatavalised omadused raskendavad nende triviaalset tehnilist kasutamist ja avavad samal ajal täiesti ootamatuid tehnilisi väljavaateid.

Märkimisväärsed erinevused nanoosakeste omadustes hakkavad tekkima osakeste suurusel alla 100 nm. Energeetilisest vaatenurgast toob osakeste suuruse vähenemine kaasa pinnaenergia rolli suurenemise, mis toob kaasa muutused väikeste objektide füüsikalistes ja keemilistes omadustes.

Nanokeemia uurimisobjektid on kehad, mille mass on selline, et nende ekvivalentsuurus (kera läbimõõt, mille ruumala on võrdne keha ruumalaga) jääb nanovahemikku (0,1 - 100 nm). Tavapäraselt võib nanokeemia jagada teoreetiliseks, eksperimentaalseks ja rakenduslikuks (joonis 10).

Riis. 10. Nanokeemia struktuur

Teoreetiline nanokeemia töötab välja meetodeid nanokehade käitumise arvutamiseks, võttes arvesse selliseid osakeste oleku parameetreid nagu ruumilised koordinaadid ja kiirused, mass, koostise omadused, iga nanoosakese kuju ja struktuur.

Eksperimentaalne nanokeemia areneb kolmes suunas. Sees esiteks, mis korreleerub täielikult analüütilise keemia sektsiooniga, töötatakse välja ja kasutatakse ülitundlikke füüsikalis-keemilisi meetodeid, mis võimaldavad hinnata molekulide ja klastrite struktuuri, sealhulgas kümneid ja sadu aatomeid. Teiseks Suund uurib nanokehade lokaalse (kohaliku) elektrilise, magnetilise või mehaanilise mõju all esinevaid nähtusi, mida rakendatakse nanosondide ja spetsiaalsete manipulaatorite abil. Eesmärk on uurida üksikute gaasimolekulide vastasmõju nanokehadega ja nanokehadega omavahel, tuvastada sisemiste ümberkorralduste võimalikkus ilma molekulide ja klastrite hävimise ja lagunemiseta. Seda suunda huvitab ka soovitud välimusega nanokeha „aatomi kokkupanemise“ võimalus, kui aatomeid liigutatakse piki substraadi pinda (alusmaterjal, mille pinda töödeldakse erinevat tüüpi töötlemise tulemusena). millised uute omadustega kihid moodustuvad või kasvatatakse muust materjalist kile). Sees kolmandaks suundi, määratakse nanokehade kollektiivide makrokineetilised omadused ja nende jaotusfunktsioonid olekuparameetrite järgi.

Rakenduslik nanokeemia hõlmab: teoreetiliste aluste väljatöötamist nanosüsteemide kasutamiseks inseneri- ja nanotehnoloogias, meetodeid konkreetsete nanosüsteemide arengu ennustamiseks nende kasutustingimustes, samuti optimaalsete töömeetodite otsimist ( tehniline nanokeemia); nanosüsteemide käitumise teoreetiliste mudelite loomine nanomaterjalide sünteesi ajal ja nende tootmiseks optimaalsete tingimuste otsimine ( sünteetiline nanokeemia); bioloogiliste nanosüsteemide uurimine ja meetodite loomine nanosüsteemide kasutamiseks meditsiinilistel eesmärkidel. meditsiiniline nanokeemia); nanoosakeste tekke ja migratsiooni teoreetiliste mudelite väljatöötamine keskkonnas ning meetodid loodusliku vee või õhu puhastamiseks nanoosakestest ( ökoloogiline nanokeemia).

Uuritavate objektide suurustest rääkides tuleb arvestada, et nanoskaala intervalli piirid keemias on meelevaldsed. Keha omadused on selle suuruse suhtes erineval määral tundlikud. Mõned omadused kaotavad oma spetsiifilisuse suuruse üle 10 nm, teised - üle 100 nm. Seetõttu võetakse vähemate omaduste arvessevõtmiseks nanointervalli ülempiiriks 100 nm.

Selles intervallis sõltub iga omadus konkreetselt selle massist ja mahust. Seetõttu võib nanokeemia objektiks pidada objekte, millel on vastastikmõju iga aatom koos kõigi teiste aatomitega on oluline.

Nanokeemilisi objekte saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi. Näiteks vastavalt faasi olek(Tabel 1).

Geomeetriliselt(mõõtmed) nanoobjekte saab klassifitseerida erineval viisil. Mõned teadlased teevad ettepaneku iseloomustada objekti mõõtmelisust nende mõõtmete arvu järgi, milles objektil on makroskoopilised mõõtmed. Teised võtavad aluseks nanoskoopiliste mõõtmiste arvu.

Tabelis Tabelis 2 on toodud peamised nanokeemiliste uuringute objektid (nanoosakesed ja vastavad nanosüsteemid).

Nanoobjektide klassifitseerimine nende mõõtmete järgi on oluline mitte ainult formaalsest aspektist. Geomeetria mõjutab oluliselt nende füüsikalisi ja keemilisi omadusi. Vaatleme mõningaid nanokeemia prioriteetsemaid uurimisobjekte.

Nanoosakesed väärisgaasi aatomitest. Need on kõige lihtsamad nanoobjektid. Täielikult täidetud elektronkihtidega inertgaaside aatomid interakteeruvad üksteisega nõrgalt läbi van der Waalsi jõudude. Selliste osakeste kirjeldamisel kasutatakse kõvade kuulide mudelit (joonis 11). Seondumisenergia ehk energia, mis kulub üksiku aatomi eraldamiseks nanoosakest, on väga väike, seega eksisteerivad osakesed temperatuuril, mis ei ületa 10-100 K.

Riis. 11. 16 argooni aatomist koosnevad nanoosakesed.

Metallist nanoosakesed. Mitmest aatomist koosnevates metalliklastrites saab realiseerida nii kovalentseid kui metallilisi sidemeid (joonis 12). Metallist nanoosakesed on väga reaktiivsed ja neid kasutatakse sageli katalüsaatoritena. Metallist nanoosakesed võivad võtta korrapärase kuju – oktaeedri, ikosaeedri, tetradekaeedri.

Riis. 12. Nanoosakesed, mis koosnevad plaatina (valged sfäärid) ja vase (hallid) aatomitest

Fullereenid. Need on õõnsad osakesed, mis on moodustunud kovalentse sidemega ühendatud süsinikuaatomitest. Fullereenide hulgas on eriline koht 60 süsinikuaatomiga osakesel – C 60, mis meenutab mikroskoopilist jalgpallipalli (joonis 13).

Riis. 13. Fullereeni molekul C 60

Fullereene kasutatakse laialdaselt: uute määrdeainete ja hõõrdumist takistavate katete, uut tüüpi kütuse, ülikõrge kõvadusega teemanditaoliste ühendite, andurite ja värvide loomisel.

Süsinik-nanotorud. Need on õõnsad molekulisisesed objektid, mis koosnevad ligikaudu 1 000 000 süsinikuaatomist ja kujutavad endast ühe- või mitmekihilisi torusid läbimõõduga 1–30 nm ja pikkusega mitukümmend mikronit. Nanotoru pinnal paiknevad süsinikuaatomid korrapäraste kuusnurkade tippudes (joon. 14).

Riis. 14. Süsiniknanotorud.

Nanotorudel on mitmeid unikaalseid omadusi, tänu millele kasutatakse neid laialdaselt peamiselt uute materjalide loomisel, elektroonikas ja skaneerivas mikroskoopias. Nanotorude ainulaadsed omadused: suur eripind, elektrijuhtivus, tugevus – võimaldavad luua nende baasil efektiivseid katalüsaatorikandjaid erinevatele protsessidele. Näiteks nanotorudest valmistatakse uusi energiaallikaid – kütuseelemente, mis võivad töötada kordades kauem kui sama suurusega lihtsad patareid. Näiteks pallaadiumi nanoosakestega nanotorud suudavad kompaktselt säilitada vesinikku tuhandeid kordi oma mahust. Kütuseelementide tehnoloogia edasiarendamine võimaldab neisse salvestada sadu ja tuhandeid kordi rohkem energiat kui tänapäevastes akudes.

Ioonilised klastrid. Need kujutavad endast klassikalist pilti, mis on iseloomulik ioonsidemele naatriumkloriidi kristallvõres (joonis 15). Kui ioonne nanoosake on piisavalt suur, siis on selle struktuur lähedane masskristalli struktuurile. Ioonühendeid kasutatakse kõrge eraldusvõimega fotofilmide, molekulaarsete fotodetektorite loomisel ning erinevates mikroelektroonika ja elektrooptika valdkondades.

Riis. 15. NaCl klaster.

Fraktaalide klastrid. Need on hargnenud struktuuriga objektid (joon. 16): tahm, kolloidid, erinevad aerosoolid ja aerogeelid. Fraktal on objekt, milles suureneva suurendusega on näha, kuidas selles kordub sama struktuur kõigil tasanditel ja mistahes mõõtkavas.

Joonis 16. Fraktaaliklaster

Molekulaarklastrid(supramolekulaarsed süsteemid). Molekulidest koosnevad klastrid. Enamik klastreid on molekulaarsed. Nende arv ja mitmekesisus on tohutu. Eelkõige kuuluvad paljud bioloogilised makromolekulid molekuliklastritesse (joonised 17 ja 18).

Riis. 17. Ferredoksiini valgu molekulaarne klaster.

Riis. 18. High-spin molekulaarklastrid

Nanokeemia

Keemia ja farmakoloogia

Nanoteadus on iseseisva teadusharuna esile kerkinud alles viimase 7-10 aasta jooksul. Nanostruktuuride uurimine on paljude klassikaliste teadusharude ühine suund. Nanokeemia on nende seas ühel juhtival kohal, kuna avab peaaegu piiramatud võimalused arendamiseks, tootmiseks ja uurimistööks...

Föderaalne haridusagentuur OMSKI RIIKLIK PEDAGOOGIAÜLIKOOLI KEEMIA- JA BIOLOOGIATEADUSKOND
KEEMIA OSAKOND JA KEEMIA ÕPETUSE MEETODID

Nanokeemia

Lõpetanud: õpilane 1-ХО Kuklina N.E.

Kontrollinud: Ph.D., dotsent B.Ya.Bryansky.

Omsk 2008

§1. Nanoteaduse kujunemise ajalugu………………………………………………………3

§2. Nanoteaduse põhimõisted……………………………………………………………….5

§3. Mõnede nanoosakeste struktuuri ja käitumise tunnused………………………………8

§4. Nanokeemia rakenduste tüübid……………………………………………………………….

§5. Nanoosakeste saamise meetodid…………………………………………………………..10

§6. Nanomaterjalid ja nende kasutamise võimalused………………………………………………………

Teabeallikad……………………………………………………………………………………13

§1. Nanoteaduse kujunemise ajalugu

1905. aastal Albert Einstein tõestas teoreetiliselt, et suhkrumolekuli suurus on p ja veenid on 1 nanomeeter.

1931. aastal Saksa füüsikud Ernst Ruska ja Max Knoll lõid elektronmikroskoobi O ulatus pakkudes 10 15 - kordamine.

1932. aasta Hollandi professor Fritz Zernike leiutas faasikontrast mi To roscope optilise mikroskoobi variant, mis parandas pildi detailide kuvamise kvaliteeti A zheniya ja uuris selle abiga elusrakke.

1939. aasta Siemens, kus töötas Ernst Ruska, tootis esimese kaubandusliku elektronmikroskoobi eraldusvõimega 10 nm.

1966. aastal Ameerika füüsik Russell Young, kes töötas National Bureau of Hundred n noolemäng, leiutas mootori, mida tänapäeval kasutatakse tunneli mikrode skaneerimiseks O skoobide ja nanoinstrumentide positsioneerimiseks täpsusega 0,01 ongströmi (1 nanomeeter = 10 angströmi).

1968. aastal Belli asepresident Alfred Cho ja selle pooljuhtide uurimisosakonna töötaja John Arthur põhjendasid nanotehnoloogia kasutamise teoreetilist võimalust pinnatöötluse probleemide lahendamisel ja aatomitäpsuse saavutamisel elektroonikaseadmete loomisel.

1974. aastal Jaapani füüsik Norio Taniguchi, kes töötas Tokyo ülikoolis, pakkus välja termini "nanotehnoloogia" (aine jagamise, kokkupanemise ja muutmise protsess A kalapüük, eksponeerides neid ühe aatomi või ühe molekuliga), mis saavutas teadusringkondades kiiresti populaarsuse.

1982. aastal IBM Zürichi uurimiskeskuses füüsikud Gerd Binnig ja Ge n Rich Rohrer lõi skaneeriva tunnelmikroskoobi (STM), mis võimaldab konstrueerida kolmemõõtmelise pildi aatomite paigutusest juhtivate materjalide pindadel.

1985. aastal Kolm Ameerika keemikut: Rice'i ülikooli professor Richard Smalley, samuti Robert Karl ja Harold Kroto avastasid fullereenid – koosnevad molekulid I koosneb 60 süsinikuaatomist, mis on paigutatud kerakujuliselt. Need teadlased suutsid esimest korda mõõta ka 1 nm suurust objekti.

1986. aastal Gerd Binnig töötas välja skaneeriva aatomijõu sondi mikro O ulatus, mis lõpuks võimaldas visualiseerida mis tahes materjalide aatomeid (mitte ainult O draivereid), samuti nendega manipuleerida.

19871988 Delta uurimisinstituudis P.N. juhtimisel. Luskinovitš pani tööle esimese Venemaa nanotehnoloogilise installatsiooni, mis teostas kuumutamise mõjul osakeste suunatud väljapääsu mikroskoobi sondi otsast.

1989 California IBMi uurimiskeskuse teadlastel Donald Eigleril ja Erhard Schwetzeril õnnestus 35 ksenooni aatomiga niklikristallile panna oma ettevõtte nimi.

1991. aastal Jaapani professor Sumio Lijima, kes töötas NECis ja Koos kasutas fullereene 0,8 nm läbimõõduga süsiniktorude (või nanotorude) loomiseks.

1991. aastal Ameerika Ühendriikides käivitati National Science Foundationi esimene nanotehnoloogia programm. Sarnase tegevusega tegeleb ka Jaapani valitsus.

1998 Delftsi tehnikaülikooli hollandlasest professor Cees Dekker lõi nanotorudel põhineva transistori. Selleks pidi ta maailmas esimesena muutuma e määrata sellise molekuli elektrijuhtivus.

2000 Saksa füüsik Franz Gissibl nägi ränis subatomilisi osakesi. Tema kolleeg Robert Magerle pakkus välja nanotomograafia tehnoloogia kolmemõõtmelise pildi loomiseks R uus pilt aine sisestruktuurist eraldusvõimega 100 nm.

2000 USA valitsus avas riikliku nanotehnoloogia instituudi Ja algatus (NNI). USA eelarve eraldas sellele valdkonnale, ärilisele, 270 miljonit dollarit e Hiina ettevõtted investeerisid sellesse 10 korda rohkem.

2002 Cees Dekker ühendas süsiniktoru DNA-ga, luues ühe nano e mehhanism.

2003. aasta Professor Feng Liu Utah' ülikoolist, kasutades Franz Gissibli töid, kasutas aatommikroskoopi elektronide orbiitide kujutiste konstrueerimiseks, analüüsides nende häireid tuuma ümber liikudes.

§2. Nanoteaduse põhimõisted

Nanoteadus tekkis iseseisva distsipliinina alles pärast seda d vanus 7-10 aastat. Nanostruktuuride uurimine on paljude klassikaliste teadusharude ühine suund. Nanokeemia on nende hulgas üks juhtivaid kohti, kuna see avab peaaegu piiramatud võimalused uute kindlaksmääratud omadustega nanomaterjalide arendamiseks, tootmiseks ja uurimiseks, mis on sageli looduslikest materjalidest kvaliteetsemad.

Nanokeemia - on teadus, mis uurib erinevate setete omadusi T struktuure, samuti uute meetodite väljatöötamist nende tootmiseks, uurimiseks ja muutmiseks.

Nanokeemia prioriteetne ülesanne onnanoosakeste suuruse vahelise seose loomine A stitsa ja selle omadused.

Nanokeemia uurimisobjektidon kehad, mille mass on nende ekvivalent Ja valentsi suurus jääb nanovahemikku (0,1 100 nm).

Nanomastaabis objektid asuvad ühelt poolt puistematerjalide ning teiselt poolt aatomite ja molekulide vahel. Selliste olemasoluъ ekted materjalides annavad neile uued keemilised ja füüsikalised omadused. Nanoobjektid on vahepealne ja ühendav lüli maailma vahel, kus nad tegutsevad. O teadmisi kvantmehaanikast ja maailmast, kus toimivad klassikalise füüsika seadused.

Ümbritseva maailma objektide iseloomulikud suurused

Nanokeemia uurib erinevate nanosüsteemide valmistamist ja omadusi. Nanosüsteemid esindavad gaasi või vedela keskkonnaga ümbritsetud kehade kogumit. Selline t e Need võivad olla polüatomilised klastrid ja molekulid, nanotilgad ja nanokristallid. Need on aatomite ja makroskoopiliste kehade vahevormid. Süsteemide suurus umbes Koos jääb vahemikku 0,1 100 nm.

Nanokeemiliste objektide klassifikatsioon faasioleku järgi

Faasi olek	Üksikud aatomid	Klastrid	Nanoosakesed	Kompaktne aine
Läbimõõt, nm	0,1-0,3	0,3-10	10-100	Üle 100
Aatomite arv	1-10	10-10 6	10 6 -10 9	Üle 109

Nanokeemiaga uuritavate objektide hulk täieneb pidevalt. Keemikud on alati püüdnud mõista, mis on nanomeetri suuruste kehade eripära. See tõi kaasa kolloid- ja makromolekulaarse keemia kiire arengu.

XX sajandi 80–90ndatel tänu elektrooniliste, aatomijõu ja n nel mikroskoopiaga oli võimalik jälgida metallide ja n nanokristallide käitumist e orgaanilised soolad, valgu molekulid, fullereenid ja nanotorud ning viimastel aastatel t A Need tähelepanekud said laialt levinud.

Nanokeemilise uurimistöö objektid

Nanoosakesed	Nanosüsteemid
Fullereenid	Kristallid, lahused
Tubuleenid	Agregaadid, lahendused
Valgu molekulid	Lahused, kristallid
Polümeeri molekulid	Solid, geelid
Anorgaaniliste ainete nanokristallid e seltsid	Aerosoolid, kolloidlahused, sademed
Mitsellid	Kolloidsed lahused
Nanoblokid	Tahked ained
Langmuir filmib Blodgetti	Kered, mille pinnal on kile
Klastrid gaasides	Aerosoolid
Nanoosakesed erineva suurusega kihtidena e seltsid	Nanostruktureeritud kiled

Seega saab eristada järgmisi nanokeemia põhiomadusi:

1. Objektide geomeetrilised mõõtmed on nanomeetri skaalal;
2. Uute omaduste avaldumine objektide ja nende kogude kaupa;
3. Oskus kontrollida ja täpselt manipuleerida objekte;
4. Objektide baasil kokkupandud esemed ja seadmed saavad uusi tarbijaid bskie omadused.

§3. Mõnede nanoosakeste struktuuri ja käitumise tunnused

Nanoosakesed väärisgaasi aatomiteston kõige lihtsamad nanoobjektidъ ects. Täielikult täidetud elektronkihtidega inertgaaside aatomid interakteeruvad üksteisega nõrgalt läbi van der Waalsi jõudude. Selliste osakeste kirjeldamisel kasutatakse kõvade sfääride mudelit.

Metallist nanoosakesed. Mitmest aatomist koosnevates metalliklastrites saab realiseerida nii kovalentseid kui ka metallilisi sidemeid. Metallist nanoosakesed on väga reaktiivsed ja neid kasutatakse sageli katalüsaatoritena. A torov. Metallist nanoosakesed võtavad tavaliselt oktaeedri (icos) korrapärase kuju A heedron, tetradekaeeder.

Fraktaalide klastridneed on hargnenud struktuuriga objektid: tahm, ko l loidid, erinevad aerosoolid ja aerogeelid. Fraktal on objekt, milles vanusega Koos Suureneva suurendusega on näha, kuidas selles kordub sama struktuur kõigil tasanditel ja mistahes mõõtkavas.

Molekulaarklastridmolekulidest koosnevad klastrid. Enamik klase e kraavid on molekulaarsed. Nende arv ja mitmekesisus on tohutu. Eelkõige molekulidele juures Paljud bioloogilised makromolekulid kuuluvad polaarklastritesse.

Fullereenid on hulknurkadest moodustatud õõnsad osakesed n kovalentse sidemega ühendatud süsinikuaatomitest tehtud täkked. Eriline koht täidlaste seas e äsja hõivatud 60 süsinikuaatomiga osakese C 60 , mis meenutab mikroskoopilist jalgpallipalli.

Nanotorud need on sees õõnsad molekulid, mis koosnevad ligikaudu 1 000 000 at O süsinikust ja on ühekihilised torud, mille läbimõõt on umbes nanomeeter ja pikkus mitukümmend mikronit. Nanotoru pinnal on süsinikuaatomid lahustunud O asetatud korrapäraste kuusnurkade tippudesse.

§4. Nanokeemia rakenduste tüübid

Tavapäraselt võib nanokeemia jagada järgmisteks osadeks:

• Teoreetiline
• Eksperimentaalne
• Rakendatud

Teoreetiline nanokeemiatöötab välja meetodeid nanokehade käitumise arvutamiseks, võttes arvesse selliseid osakeste oleku parameetreid nagu ruumilised koordinaadid ja kiirus O iga nanoosakese suurus, mass, koostise omadused, kuju ja struktuur.

Eksperimentaalne nanokeemiaareneb kolmes suunas. Esimese osana Ultrasensitiivseid spektraalmeetodeid arendatakse ja kasutatakse, jah Yu mis võimaldab hinnata kümneid ja sadu aatomeid sisaldavate molekulide struktuuri.Teise seessuunad, nähtused kohaliku (kohaliku) elektri all e magnetilised või mehaanilised mõjud nanokehadele, mida rakendatakse nanosondide ja spetsiaalsete manipulaatorite abil.Kolmanda osanaMina määran suuna T Nanokehade kollektiivide Xia makrokineetilised omadused ja n jaotusfunktsioonid A märkige vastavalt olekuparameetritele.

Rakenduslik nanokeemia sisaldab:

• Teoreetiliste aluste väljatöötamine nanosüsteemide kasutamiseks inseneri- ja nanotehnoloogias O oloogia, meetodid konkreetsete nanosüsteemide arengu ennustamiseks nende tingimustes ja Koos kasutamine, samuti optimaalsete töömeetodite otsimine (tehniline ja nokeemia).
• Nanosüsteemide käitumise teoreetiliste mudelite loomine nanomaatide sünteesil e riaalid ja nende tootmiseks optimaalsete tingimuste otsimine (sünteetiline nanokeemia).
• Bioloogiliste nanosüsteemide uurimine ja meetodite loomine nanomeetrite kasutamiseks Ja varred meditsiiniliseks otstarbeks (meditsiiniline nanokeemia).
• Nanoosakeste tekke ja migratsiooni teoreetiliste mudelite väljatöötamine keskkonnas juures karm keskkond ja meetodid loodusliku vee või õhu puhastamiseks nanoosakestest (nt O loogiline nanokeemia).

§5. Nanoosakeste saamise meetodid

Põhimõtteliselt võib kõik nanoosakeste sünteesimeetodid jagada kahte suurde rühma:

Dispersioonimeetodidvõi meetodid nanoosakeste saamiseks tavalise makroproovi jahvatamise teel

kondensatsiooni meetodidvõi üksikutest aatomitest nanoosakeste "kasvatamise" meetodid.

Dispersioonimeetodid

Dispersioonimeetoditega purustatakse lähtekehad nanoosakesteks. Seda lähenemist nanoosakeste saamiseks nimetavad mõned teadlased piltlikult"ülevalt alla lähenemine" . See on kõige lihtsam viis nanoosakeste, omamoodi “liha” loomiseks O lõikamine” makrokehade jaoks. Seda meetodit kasutatakse laialdaselt mikroelektroonika materjalide tootmisel, see seisneb tööstusseadmete ja kasutatava materjali võimaluste piires objektide suuruse vähendamises nanomõõtmelisteni. JA h Aine on võimalik nanoosakesteks jahvatada mitte ainult mehaaniliselt. Venemaa ettevõte Advanced Powder Technologies toodab nanoosakesi, lõhkedes metallist niiti võimsa vooluimpulsiga.

Nanoosakeste saamiseks on ka eksootilisemaid viise. Ameerika teadlased kogusid viigipuu lehtedelt mikroorganisme 2003. aastal Rodokokk ja asetati need kulda sisaldavasse lahusesse. Bakterid toimisid keemilise agensina Koos stabilisaator, mis kogub hõbeioonidest puhtaid nanoosakesi läbimõõduga umbes 10 nm. Nanoosakesi ehitades tundsid bakterid end normaalsena ja jätkasid paljunemist.

Kondensatsioon meetodid

Kondensatsioonimeetoditega ("alt-üles lähenemine") nanoosakesed saavad n juures üksikute aatomite ühendamise teemad. Meetod on see, et kontrollitud Koos Nendes tingimustes moodustuvad aatomite ja ioonide ansamblid. Selle tulemusena moodustuvad uued objektid uute struktuuridega ja vastavalt uute omadustega, mida saab programmeerida ansamblite moodustamise tingimusi muutes. See d Kolimine muudab objektide miniaturiseerimise probleemi lahendamise lihtsamaks, viib meid lähemale mitmete kõrge eraldusvõimega litograafia probleemide lahendamisele, uute mikroprotsessorite, õhukeste polümeerkilede ja uute pooljuhtide loomisele.

§6. Nanomaterjalid ja nende kasutamise väljavaated

Nanomaterjalide mõiste sõnastati esmakordselt aastalXX sajandi 80ndad G. Gleiter, kes võttis selle mõiste teaduslikku kasutusse nanomaterjal " Lisaks traditsioonilistele nanomaterjalidele (nagu keemilised elemendid ja ühendid, amorfsed ained, metallid ja nende sulamid) on nende hulka kuuluvad nanopooljuhid, nanopolümeerid, n. A mittepoorsed materjalid, nanopulbrid, arvukad süsiniku nanostruktuurid, n A mittebiomaterjalid, supramolekulaarsed struktuurid ja katalüsaatorid.

Nanomaterjalide ainulaadseid omadusi määravad tegurid, on neid moodustavate nanoosakeste dimensioonilised, elektroonilised ja kvantefektid, samuti nende väga arenenud pind. Seda on näidanud arvukad uuringud b olulised ja tehniliselt huvitavad muutused nanomaterjalide füüsikalistes ja mehaanilistes omadustes (tugevus, kõvadus jne) toimuvad osakeste suurusvahemikus mitmest n. A numbrid kuni 100 nm. Praeguseks on juba saadud palju nitriididel ja boriididel põhinevaid nanomaterjale, mille kristalliidi suurus on umbes 12 nm või vähem.

Nende aluseks olevate nanoosakeste spetsiifiliste omaduste tõttu on sellised matid e Riaalid on sageli mitmes mõttes paremad kui "tavalised". Näiteks meta tugevus l Nanotehnoloogia abil saadud la ületab tavamaterjali tugevust 1,53 korda, selle kõvadus on 5070 korda ja korrosioonikindlus 1012 korda suurem.

Nanomaterjalide kasutusvaldkonnad:

• nanoelektroonika ja nanofotoonika elemendid (pooljuhttransistorid ja laserid; fotodetektorid; päikesepatareid; mitmesugused andurid)
• ülitihedad infosalvestusseadmed
• telekommunikatsioon, info- ja arvutustehnoloogiad, supe r arvutid
• videotehnika lameekraanid, monitorid, videoprojektorid
• molekulaarsed elektroonikaseadmed, sealhulgas lülitid ja elektroonilised ahelad molekulaarsel tasemel
• kütuseelemendid ja energiasalvestusseadmed
• mikro- ja nanomehaanika seadmed, sealhulgas molekulaarmootorid ja nanomootorid, nanorobotid
• nanokeemia ja katalüüs, sealhulgas põlemiskontroll, katmine, elektriline To trokeemia ja farmaatsia
• lennu-, kosmose- ja kaitserakenduste seisukorra jälgimise seadmed I keskkonnauuringud
• ravimite ja valkude sihipärane kohaletoimetamine, biopolümeerid ja bioloogiliste kudede tervendamine, kliiniline ja meditsiiniline diagnostika, tehislihaste loomine juures kalapüük, luud, elusorganite implanteerimine
• biomehaanika, genoomika, bioinformaatika, bioinstrumendid
• kantserogeensete kudede, patogeenide ja bioloogiliselt kahjulike mõjurite registreerimine ja tuvastamine; ohutus põllumajanduses ja toiduainete tootmises.

Omski piirkond on valmis nanotehnoloogiat arendama

Nanotehnoloogia arendamine on üks prioriteetseid valdkondi Omski oblasti teaduse, tehnoloogia ja tehnika arendamiseks.

Nii tehakse pooljuhtide füüsika instituudi SB RAS Omski filiaalis uuringuid. h töö nanoelektroonika alal ning SB RASi süsivesinike töötlemise probleemide instituudis käib töö nanopoorsete süsinikukandjate ja katalüsaatorite saamiseks.

Teabeallikad:

• http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
• http://www.rambler.ru/news
• ht tp : // Nanometer.ru
• http://www.nanonewsnet.ru/ 67 KB Tunni varustus: Ettekanne Suure Isamaasõja algus, kus on kasutatud sõja algperioodi kaarti, sõjateemaliste dokumentaalfilmide katkeid, skeem Saksamaa ja NSV Liidu sõjavalmiduse kohta, näitus pühendatud raamatutest. suur Isamaasõda...

Nanotehnoloogia mõiste jaoks pole ehk ammendavat määratlust, kuid analoogselt praegu olemasolevate mikrotehnoloogiatega järeldub, et nanotehnoloogiad on tehnoloogiad, mis toimivad nanomeetri suurusjärgus suurustega. Seetõttu on üleminek “mikro”-lt “nano-le” kvalitatiivne üleminek ainega manipuleerimiselt üksikute aatomitega manipuleerimisele. Nanotehnoloogia arengust rääkides peame silmas kolme suunda: molekulide ja aatomite omadega võrreldavate mõõtmetega aktiivsete elementidega elektroonikalülituste (ka mahuliste) tootmist; nanomasinate arendamine ja tootmine; üksikute aatomite ja molekulidega manipuleerimine ning nendest makroobjektide kokkupanek. Nendes valdkondades on arengud kestnud juba pikka aega. 1981. aastal loodi tunnelmikroskoop, mis võimaldab üksikute aatomite ülekandmist. Tunneliefekt on kvantnähtus, kus mikroosake tungib ühest klassikaliselt ligipääsetavast liikumispiirkonnast teise, mis on esimesest eraldatud potentsiaalse barjääriga. Leiutatud mikroskoobi aluseks on väga terav nõel, mis libiseb üle uuritava pinna vähem kui ühe nanomeetrise vahega. Sel juhul liiguvad elektronid nõela tunneli otsast läbi selle pilu substraadisse.

Kuid lisaks pinnauuringutele on uut tüüpi mikroskoopide loomine avanud põhimõtteliselt uue võimaluse nanomeetri suuruste elementide tekkeks. Ainulaadsed tulemused saadi aatomite liikumise, nende eemaldamise ja sadestamise kohta antud punktis, samuti keemiliste protsesside lokaalse stimuleerimise kohta. Sellest ajast alates on tehnoloogiat oluliselt täiustatud. Tänapäeval kasutatakse neid saavutusi igapäevaelus: igasuguste laserplaatide ja veelgi enam DVD-de tootmine on võimatu ilma nanotehnilisi juhtimismeetodeid kasutamata.

Nanokeemia on nanodispergeeritud ainete ja materjalide süntees, nanomeetri suuruste kehade keemiliste muundumiste reguleerimine, nanostruktuuride keemilise lagunemise vältimine, haiguste ravimeetodid nanokristallide abil.

Nanokeemia uurimisvaldkonnad on järgmised:

• - aatomitest suurte molekulide kokkupanemise meetodite väljatöötamine nanomanipulaatorite abil;
• - aatomite molekulisiseste ümberkorralduste uurimine mehaaniliste, elektriliste ja magnetiliste mõjude mõjul. Nanostruktuuride süntees ülekriitilistes vedelikuvoogudes; suunatud kokkupaneku meetodite väljatöötamine fraktaal-, raam-, toru- ja sammasnanostruktuuride moodustamisega.
• - ülidisperssete ainete ja nanostruktuuride füüsikalis-keemilise evolutsiooni teooria arendamine; luues viise nanostruktuuride keemilise lagunemise vältimiseks.
• - uute nanokatalüsaatorite hankimine keemia- ja naftakeemiatööstuse jaoks; nanokristallide katalüütiliste reaktsioonide mehhanismi uurimine.
• - nuurimine poorses keskkonnas akustilistes väljades; nanostruktuuride süntees bioloogilistes kudedes; haiguste ravimeetodite väljatöötamine nanostruktuuride moodustamise teel patoloogiaga kudedes.
• - nanokristallide rühmades iseorganiseerumise fenomeni uurimine; otsima uusi võimalusi nanostruktuuride stabiliseerumise pikendamiseks keemiliste modifikaatoritega.
• - Oodatav tulemus on funktsionaalne valik masinaid, mis pakuvad:
• - molekulide lokaalsete mõjude all toimuvate molekulisiseste ümberkorralduste uurimise metoodika.
• - uued katalüsaatorid keemiatööstusele ja laboripraktikale;
• - laia toimespektriga haruldaste muldmetallide oksiid- ja vanaadium nanokatalüsaatorid.
• - tehniliste nanostruktuuride keemilise lagunemise vältimise metoodika;
• – meetodid keemilise lagunemise prognoosimiseks.
• - nanomeditsiinid teraapiaks ja kirurgiaks, hüdroksüapatiidil põhinevad preparaadid hambaraviks;
• - meetod onkoloogiliste haiguste raviks kasvajasisese nanokristallimise ja akustilise välja rakendamise teel.
• - meetodid nanostruktuuride loomiseks nanokristallide suunatud liitmise teel;
• - nanostruktuuride ruumilise korralduse reguleerimise tehnikad.
• - uued ultradispersse aktiivfaasiga keemilised andurid; meetodid andurite tundlikkuse suurendamiseks keemilise modifitseerimise teel.

Nanokeemia on teadus, mis uurib erinevate nanostruktuuride omadusi, aga ka uute meetodite väljatöötamist nende tootmiseks, uurimiseks ja muutmiseks.

Nanokeemia üks prioriteetseid ülesandeid on luua seos nanoosakese suuruse ja selle omaduste vahel.

Nanokeemia uurimisobjektid on kehad, mille mass on selline, et nende ekvivalentsuurus (kera läbimõõt, mille ruumala on võrdne keha ruumalaga) jääb nanovahemikku (0,1–100 nm)

Nanomaailma asukoha tõttu klassikalise füüsika ja kvantmehaanika piirimail ei saa selle objekte enam pidada absoluutselt identseteks ja statistiliselt eristamatuteks. Need on kõik individuaalsed ja üks nanoosake erineb teisest nanoosakest koostise, struktuuri ja paljude muude parameetrite poolest

Nanokeemia on kiire arengu staadiumis, nii et kui see

Õppides kerkivad pidevalt esile mõistete ja terminitega seotud küsimused.

Selged erinevused mõistete "klaster", "nanoosake" ja "kvant" vahel

perioodi” ei ole veel sõnastatud. Mõistet "klaster" kasutatakse sagedamini

suuremad aatomite agregaadid ja on levinud omaduste kirjeldamiseks

metallid ja süsinik. Mõiste "kvantpunkt" on tavaliselt

viitab pooljuhtide ja saarte osakestele, kus kvant

laengukandjate või eksitonite piirangud mõjutavad nende omadusi.

Teoreetiline nanokeemia töötab välja meetodeid nanokehade käitumise arvutamiseks, võttes arvesse selliseid osakeste oleku parameetreid nagu ruumilised koordinaadid ja kiirused, mass, koostise omadused, iga nanoosakese kuju ja struktuur.

Eksperimentaalne nanokeemia areneb kolmes suunas.

1. Sees esiteks Arendatakse ja kasutatakse ultratundlikke spektraalmeetodeid, mis võimaldavad hinnata kümneid ja sadu aatomeid sisaldavate molekulide struktuuri.

2. Teiseks Suund uurib nanokehade lokaalse (kohaliku) elektrilise, magnetilise või mehaanilise mõju all esinevaid nähtusi, mida rakendatakse nanosondide ja spetsiaalsete manipulaatorite abil. Eesmärgiks on uurida üksikute gaasimolekulide vastastikmõju nanokehadega ja nanokehadega üksteisega, tuvastada molekulide hävimiseta ja nende lagunemisega molekulidesisese ümberkorralduse võimalus. See suund pakub huvi ka soovitud nanokeha "aatomi kokkupanemise" võimaluse suhtes harjumus(välimus) aatomite liigutamisel piki substraadi pinda (alusmaterjal, mille pinda töödeldakse erinevat tüüpi, mille tulemusena moodustuvad uute omadustega kihid või kasvatatakse muust materjalist kile).

3. Sees kolmandaks suundi, määratakse nanokehade kollektiivide makrokineetilised omadused ja nende jaotusfunktsioonid olekuparameetrite järgi.

Rakenduslik nanokeemia sisaldab:

§ teoreetiliste aluste väljatöötamine nanosüsteemide kasutamiseks inseneri- ja nanotehnoloogias, meetodid konkreetsete nanosüsteemide arengu ennustamiseks nende kasutustingimustes, samuti optimaalsete töömeetodite otsimine ( tehniline nanokeemia);

§ nanosüsteemide käitumise teoreetiliste mudelite loomine nanomaterjalide sünteesil ja nende tootmiseks optimaalsete tingimuste otsimine ( sünteetiline nanokeemia);

§ bioloogiliste nanosüsteemide uurimine ja meetodite loomine nanosüsteemide kasutamiseks meditsiinilistel eesmärkidel. meditsiiniline nanokeemia);

§ nanoosakeste tekke ja migratsiooni teoreetiliste mudelite väljatöötamine keskkonnas ning meetodid loodusliku vee või õhu puhastamiseks nanoosakestest ( ökoloogiline nanokeemia).

Meditsiin ja tervishoid. On saadud tõendeid selle kasutamise kohta

nanoseadmed ja nanostruktureeritud pinnad võivad suureneda suurusjärgu võrra

analüüsi tõhusus sellises töömahukas bioloogiavaldkonnas nagu dekodeerimine

geneetiline kood. Indiviidi määramise meetodite väljatöötamine

geneetilised omadused viisid diagnoosimise ja ravi revolutsioonini

haigused. Lisaks ravimite väljakirjutamise optimeerimisele

nanotehnoloogia on võimaldanud välja töötada uusi meetodeid ravimite kohaletoimetamiseks

haiged elundid ja suurendavad oluliselt ka nende terapeutilist taset

mõju. Nanotehnoloogia saavutusi kasutatakse uurimistöös

rakubioloogia ja -patoloogia. uute analüütiliste tehnikate väljatöötamine,

sobib tööks nanomeetri skaalal, on oluliselt suurenenud

rakkude keemiliste ja mehaaniliste omaduste uuringute tõhusus

(sealhulgas jagunemine ja liikumine) ning võimaldas mõõta ka omadusi

üksikud molekulid. Need uued tehnikad on muutunud oluliseks täienduseks

elusorganismide talitluse uurimisega seotud tehnikad.

Lisaks viib nanostruktuuride kontrollitud loomine uute loomiseni

paremate omadustega bioloogiliselt ühilduvad materjalid.

Bioloogiliste süsteemide molekulaarsed komponendid (valgud, nukleiinhapped10

happed, lipiidid, süsivesikud ja nende bioloogilised analoogid) on näiteks

materjalid, mille struktuur ja omadused on määratud nanoskaalal. Palju

kasutades moodustuvad looduslikud nanostruktuurid ja nanosüsteemid

iseseadumise bioloogilised meetodid. Kunstlik anorgaaniline ja

orgaanilisi nanomaterjale saab viia rakkudesse ja kasutada

diagnostika (näiteks luues visualiseeritud kvant

"punktid") ja neid kasutatakse nende aktiivsete komponentidena.

Kasutatava arvuti mälumahu ja kiiruse suurendamine

nanotehnoloogia võimaldas liikuda edasi makromolekulaarse modelleerimise juurde

võred reaalses keskkonnas. Sellised arvutused on äärmiselt olulised

bioühilduvate siirdamiste ja uut tüüpi ravimite väljatöötamine.

Loetleme mõned paljutõotavad nanotehnoloogia rakendused

bioloogia:

Kiire ja tõhus geneetiliste koodide dekodeerimine, mis

pakub huvi diagnoosimiseks ja raviks.

Tõhus ja odavam tervishoid koos

kasutades kaugjuhtimispulti ja töötavaid seadmeid

elusorganismide sees

Uued meetodid ravimite manustamiseks ja jaotamiseks organismis, mis olid

omaks suurt tähtsust ravi efektiivsuse tõstmisel (nt

ravimite kohaletoimetamine teatud kehaosadesse)

Areng vastupidavam ja ei lükanud keha kunstlik

kudesid ja elundeid

Andurisüsteemide arendamine, mis suudaksid signaali anda

kehasiseste haiguste esinemine, mis võimaldaks arstidel

tegeleda mitte niivõrd raviga, vaid diagnoosimisega ja

haiguste ennetamine

Supramolekulaarse keemia objektid

Mõiste "supramolekulaarne keemia" võeti esmakordselt kasutusele 1978. aastal.

Nobeli preemia laureaat prantsuse keemik Jean-Marie Lehn ja

defineeritud kui "keemia, mis kirjeldab keerulisi moodustisi, mis on

kahe (või enama) omavahel seotud keemilise osakese ühinemise tulemus

molekulidevahelised jõud." Eesliide “supra” vastab vene keelele

eesliide "ülal".

Supramolekulaarne (supramolekulaarne) keemia

keemia) on interdistsiplinaarne teadusvaldkond, sealhulgas keemia,

füüsilised ja bioloogilised aspektid on keerulisemad kui

läbi ühtseks tervikuks ühendatud molekulid, keemilised süsteemid

molekulidevahelised (mittekovalentsed) interaktsioonid.

Supramolekulaarse keemia objektid on supramolekulaarsed

ansamblid, mis on üles ehitatud spontaanselt üksteist täiendavatest, st millel

fragmentide geomeetriline ja keemiline vastavus, sarnane

elamise kõige keerukamate ruumistruktuuride spontaanne kokkupanek

puur. Kaasaegse keemia üks põhiprobleeme on

selliste süsteemide sihipärane projekteerimine, molekulaarne loomine

kõrge järjestusega supramolekulaarsete ühendite "ehituskivid".

etteantud struktuuri ja omadustega. Supramolekulaarsed moodustised

mida iseloomustab nende komponentide ruumiline paigutus, nende

arhitektuur, pealisehitus, aga ka molekulidevahelised tüübid

interaktsioonid, mis hoiavad komponente koos. Üldiselt

molekulidevahelised interaktsioonid on nõrgemad kui kovalentsed sidemed, seega

supramolekulaarsed assotsiaadid on termodünaamiliselt vähem stabiilsed, rohkem

kineetiliselt labiilsed ja dünaamiliselt paindlikumad kui molekulid.

Kaugõppekursused on kaasaegne tõhusa lisahariduse ja täiendkoolituse vorm spetsialistide koolitamise valdkonnas funktsionaalsete materjalide ja nanomaterjalide tootmiseks paljulubavate tehnoloogiate väljatöötamiseks. See on üks paljulubavamaid kaasaegse hariduse vorme, mis areneb kogu maailmas. See teadmiste omandamise vorm on eriti oluline sellises interdistsiplinaarses valdkonnas nagu nanomaterjalid ja nanotehnoloogia. Kaugkursuste eelisteks on nende ligipääsetavus, paindlikkus õppemarsruutide koostamisel, õpilastega suhtlemise protsessi tõhusus ja efektiivsus, tasuvus võrreldes täiskoormusega kursustega, mida saab aga harmooniliselt kombineerida kaugõppega. Nanokeemia ja nanomaterjalide aluspõhimõtete valdkonnas on videomaterjalid koostanud Moskva Riikliku Ülikooli nanotehnoloogiate teadus- ja hariduskeskus:

• . Nanosüsteemiteaduste ja nanotehnoloogiate põhimõisted ja määratlused. Nanotehnoloogia ja nanosüsteemiteaduste tekkelugu. Interdistsiplinaarsus ja multidistsiplinaarsus. Nanoobjektide ja nanosüsteemide näited, nende omadused ja tehnoloogilised rakendused. Nanotehnoloogia objektid ja meetodid. Nanotehnoloogia arendamise põhimõtted ja väljavaated.
• . Nanosüsteemide moodustamise põhiprintsiibid. Füüsikalised ja keemilised meetodid. Protsessid nanoobjektide saamiseks "ülalt alla". Klassikaline, "pehme", mikrosfäär, ioonkiir (FIB), AFM - litograafia ja nanoindentatsioon. Nanoobjektide mehaaniline aktiveerimine ja mehhanosüntees. Protsessid nanoobjektide saamiseks "alt-üles". Tuuma moodustumise protsessid gaasilises ja kondenseerunud keskkonnas. Heterogeenne tuumastumine, epitaksia ja heteroepitaksia. Lülisamba lagunemine. Nanoobjektide süntees amorfsetes (klaasjas) maatriksites. Keemilised homogeniseerimismeetodid (koossadestamine, sool-geel meetod, krüokeemiline tehnoloogia, aerosoolpürolüüs, solvotermiline töötlemine, ülekriitiline kuivatamine). Nanoosakeste ja nanoobjektide klassifikatsioon. Nanoosakeste saamise ja stabiliseerimise tehnikad. Nanoosakeste agregatsioon ja lagunemine. Nanomaterjalide süntees ühe- ja kahemõõtmelistes nanoreaktorites.
• . Nanosüsteemide statistiline füüsika. Väikeste süsteemide faasisiirete omadused. Molekulisiseste ja molekulidevaheliste interaktsioonide tüübid. Hüdrofoobsus ja hüdrofiilsus. Enesekogumine ja iseorganiseerumine. Mitselli moodustumine. Isemonteeritud monokihid. Langmuir-Blodgetti filmid. Molekulide supramolekulaarne organiseeritus. Molekulaarne äratundmine. Polümeeride makromolekulid, nende valmistamise meetodid. Iseorganiseerumine polümeersüsteemides. Plokk-kopolümeeride mikrofaaside eraldamine. Dendrimerid, polümeerharjad. Polüelektrolüütide kiht-kihiline isekokkupanek. Supramolekulaarsed polümeerid.
• . Aine, faas, materjal. Materjalide hierarhiline struktuur. Nanomaterjalid ja nende klassifikatsioon. Funktsionaalsed anorgaanilised ja orgaanilised nanomaterjalid. Hübriidsed (orgaanilised-anorgaanilised ja anorgaanilised-orgaanilised) materjalid. Biomineraliseerimine ja biokeraamika. Nanostruktureeritud 1D, 2D ja 3D materjalid. Mesopoorsed materjalid. Molekulaarsõelad. Nanokomposiidid ja nende sünergilised omadused. Struktuursed nanomaterjalid.
• . Katalüüs ja nanotehnoloogia. Heterogeense katalüüsi põhiprintsiibid ja kontseptsioonid. Ettevalmistus- ja aktiveerimistingimuste mõju heterogeensete katalüsaatorite aktiivpinna tekkele. Struktuuritundlikud ja struktuuritundetud reaktsioonid. Nanoosakeste termodünaamiliste ja kineetiliste omaduste spetsiifilisus. Elektrokatalüüs. Katalüüs tseoliitidel ja molekulaarsõeltel. Membraani katalüüs.
• . Polümeerid konstruktsioonimaterjalide ja funktsionaalsete süsteemide jaoks. "Nutikad" polümeersüsteemid, mis on võimelised täitma keerulisi funktsioone. Näiteid "nutikatest" süsteemidest (polümeersed vedelikud õli tootmiseks, nutikad aknad, nanostruktuuriga membraanid kütuseelementide jaoks). Biopolümeerid kui kõige targemad süsteemid. Biomimeetiline lähenemine. Järjestuste disain nutikate polümeeride omaduste optimeerimiseks. Järjestuste molekulaarse evolutsiooni probleemid biopolümeerides.
• . Vaadeldakse keemiliste jõuallikate uute materjalide loomise hetkeseisu ja probleeme: tahkeoksiidkütuseelemendid (SOFC) ja liitiumakud. Analüüsitakse peamisi struktuuritegureid, mis mõjutavad erinevate anorgaaniliste ühendite omadusi, mis määravad ära nende kasutamise võimaluse elektroodmaterjalina: komplekssed perovskiidid SOFC-des ja siirdemetalliühendid (komplekssed oksiidid ja fosfaadid) liitiumakudes. Vaadeldakse peamisi liitiumakudes kasutatavaid ja paljutõotavateks tunnistatud anood- ja katoodmaterjale: nende eeliseid ja piiranguid, samuti võimalust ületada piiranguid komposiitmaterjalide aatomistruktuuri ja mikrostruktuuri suunatud muutuste kaudu nanostruktureerimise teel, et parandada omadusi. praegustest allikatest.

Valitud probleeme käsitletakse järgmistes raamatupeatükkides (Binom Publishing):

Illustreerivad materjalid nanokeemia, isekoostumise ja nanostruktureeritud pindade kohta:

Teaduslikult populaarsed "videoraamatud":

Valitud peatükid nanokeemiast ja funktsionaalsetest nanomaterjalidest.