Ինչպես նշվեց վերևում, դասական ֆիզիկայի և քվանտային մեխանիկայի սահմաններում նանոաշխարհի տեղակայման պատճառով նրա օբյեկտներն այլևս չեն կարող համարվել բացարձակապես նույնական և վիճակագրորեն չտարբերվող: Դրանք բոլորն անհատական են, և մի նանոմասնիկը մյուսից տարբերվում է բաղադրությամբ, կառուցվածքով և բազմաթիվ այլ պարամետրերով (օրինակ՝ ֆուլերենները C 60 և C 70)։ Անհնար է անտեսել օբյեկտի կառուցվածքում անհամասեռությունների և անկանոնությունների առկայությունը և այն նկարագրելու համար օգտագործել միջին, ինտեգրալ բնութագրերը, ինչպես ընդունված է դասական ֆիզիկայում: Նանոօբյեկտների առանձնահատկությունը կայանում է նրանում, որ դրանց չափերը համաչափ են միջատոմային փոխազդեցության ուժերի գործողության շառավղին, այսինքն. այն հեռավորությամբ, որով պետք է հեռացվեն մարմնի ատոմները, որպեսզի դրանց փոխազդեցությունը նկատելի չափով չազդի նրա հատկությունների վրա։ Այս հատկության շնորհիվ նանոմարմինները միմյանց և շրջակա միջավայրի հետ փոխազդում են տարբեր կերպ, քան մակրոմարմինները: Գիտությունը, որն ուսումնասիրում է տարբեր նանոկառուցվածքների հատկությունները, ինչպես նաև դրանց արտադրության, ուսումնասիրության և ձևափոխման նոր մեթոդների մշակումը, կոչվում է. նանոքիմիա. Նա ուսումնասիրում է տարբեր նանոհամակարգերի պատրաստումն ու հատկությունները։ Նանոհամակարգերներկայացնում է գազային կամ հեղուկ միջավայրով շրջապատված մարմինների մի շարք: Նման մարմինները կարող են լինել բազմատոմային կլաստերներ և մոլեկուլներ, նանոկաթիլներ և նանոբյուրեղներ։ Սրանք միջանկյալ ձևեր են ատոմների և մակրոսկոպիկ մարմինների միջև։ Համակարգերի չափերը մնում են 0,1-100 նմ միջակայքում։
Գիտելիքների այս ոլորտի առաջնահերթ խնդիրներից է կապ հաստատել նանոմասնիկի չափի և նրա հատկությունների միջև։ Նանոքիմիայում դերը քվանտային չափի էֆեկտներ, առաջացնելով նյութի հատկությունների փոփոխություն՝ կախված մասնիկների չափից և դրանցում առկա ատոմների կամ մոլեկուլների քանակից։ Չափի էֆեկտների դերն այնքան մեծ է, որ փորձ է արվում ստեղծել կլաստերների և նանոմասնիկների հատկությունների կախվածության աղյուսակներ դրանց չափից և երկրաչափությունից՝ Պարբերական աղյուսակի նման։ Քվանտային չափերի էֆեկտները որոշում են նյութի այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են ջերմային հզորությունը, էլեկտրական հաղորդունակությունը, որոշ օպտիկական հատկություններ և այլն:
Բնութագրերի փոփոխությունները կապված են երկու հիմնական պատճառի հետ՝ մակերեսային մասնաբաժնի ավելացում և էլեկտրոնային կառուցվածքի փոփոխություն՝ քվանտային էֆեկտների պատճառով։ Մակերեւույթի մոտ գտնվող ատոմների հատկությունները տարբերվում են նյութի մեծ մասում տեղակայված ատոմների հատկություններից, հետևաբար մասնիկների մակերեսը կարելի է համարել որպես նյութի հատուկ վիճակ։ Որքան մեծ է մակերեսի վրա տեղակայված ատոմների համամասնությունը, այնքան ավելի ուժեղ են մակերևույթի հետ կապված ազդեցությունները (նկ. 9):
Բրինձ. 9. «Մակերևույթի» ատոմների (1) և նյութի մեծ մասի (2) ատոմների հարաբերակցության փոփոխություն՝ կախված մասնիկների չափից:
Նանոօբյեկտների էլեկտրոնային կառուցվածքի առանձնահատկությունները բացատրվում են չափերի նվազման հետ կապված քվանտային հատկությունների ուժեղացմամբ: Նանոկառուցվածքների անսովոր հատկությունները խոչընդոտում են դրանց չնչին տեխնիկական օգտագործմանը և միևնույն ժամանակ բացում են բոլորովին անսպասելի տեխնիկական հեռանկարներ։
Նանոմասնիկների հատկությունների զգալի տարբերությունները սկսում են ի հայտ գալ 100 նմ-ից ցածր մասնիկների չափսերի դեպքում: Էներգետիկ տեսանկյունից մասնիկների չափի նվազումը հանգեցնում է մակերևութային էներգիայի դերի մեծացմանը, ինչը հանգեցնում է փոքր առարկաների ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների փոփոխության։
Նանոքիմիայի հետազոտության օբյեկտներայնպիսի զանգված ունեցող մարմիններ են, որ նրանց համարժեք չափերը (գնդիկի տրամագիծը, որի ծավալը հավասար է մարմնի ծավալին) մնում է նանոինտերվալի սահմաններում (0,1 - 100 նմ)։ Պայմանականորեն, նանոքիմիան կարելի է բաժանել տեսական, փորձարարական և կիրառական (նկ. 10):
Բրինձ. 10. Նանոքիմիայի կառուցվածքը
Տեսական նանոքիմիամշակում է նանոմարմինների վարքագծի հաշվարկման մեթոդներ՝ հաշվի առնելով մասնիկների վիճակի այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են տարածական կոորդինատները և արագությունները, զանգվածը, յուրաքանչյուր նանոմասնիկի կազմի, ձևի և կառուցվածքի բնութագրերը:
Փորձարարական նանոքիմիազարգանում է երեք ուղղություններով. Շրջանակներում առաջին, որը լիովին համապատասխանում է անալիտիկ քիմիայի բաժնին, մշակվում և օգտագործվում են գերզգայուն ֆիզիկական և քիմիական մեթոդներ, որոնք հնարավորություն են տալիս դատել մոլեկուլների և կլաստերների կառուցվածքը, ներառյալ տասնյակ և հարյուրավոր ատոմներ: ԵրկրորդՈւղղությունը ուսումնասիրում է երևույթները նանոմարմինների վրա տեղական (տեղական) էլեկտրական, մագնիսական կամ մեխանիկական ազդեցության տակ, որոնք իրականացվում են նանոզոնդների և հատուկ մանիպուլյատորների միջոցով: Նպատակն է ուսումնասիրել առանձին գազի մոլեկուլների փոխազդեցությունը նանոմարմինների և նանոմարմինների հետ միմյանց հետ, բացահայտել ներքին վերադասավորումների հնարավորությունը՝ առանց մոլեկուլների և կլաստերների ոչնչացման և դրանց քայքայման։ Այս ուղղությունը շահագրգռված է նաև ցանկալի տեսքի նանոմարմնի «ատոմային հավաքման» հնարավորությամբ, երբ ատոմները տեղափոխում են ենթաշերտի մակերևույթի երկայնքով (հիմնական նյութը, որի մակերեսը ենթարկվում է տարբեր տեսակի վերամշակման, որպես արդյունք. որոնք նոր հատկություններով շերտեր են առաջանում կամ աճեցնում այլ նյութից թաղանթ): Շրջանակներում երրորդուղղությունները, որոշվում են նանոմարմինների կոլեկտիվների մակրոկինետիկ բնութագրերը և դրանց բաշխման գործառույթները վիճակի պարամետրերի վրա:
Կիրառական նանոքիմիաներառում է՝ ճարտարագիտության և նանոտեխնոլոգիայի մեջ նանոհամակարգերի կիրառման տեսական հիմքերի մշակում, դրանց օգտագործման պայմաններում հատուկ նանոհամակարգերի զարգացումը կանխատեսելու մեթոդներ, ինչպես նաև շահագործման օպտիմալ մեթոդների որոնում ( տեխնիկական նանոքիմիա); նանոհամակարգերի վարքագծի տեսական մոդելների ստեղծում նանոնյութերի սինթեզի ժամանակ և դրանց արտադրության օպտիմալ պայմանների որոնում ( սինթետիկ նանոքիմիա); կենսաբանական նանոհամակարգերի ուսումնասիրություն և նանոհամակարգերի բժշկական նպատակներով օգտագործման մեթոդների ստեղծում ( բժշկական նանոքիմիա); շրջակա միջավայրում նանոմասնիկների ձևավորման և միգրացիայի տեսական մոդելների մշակում և բնական ջրերը կամ օդը նանոմասնիկներից մաքրելու մեթոդները ( էկոլոգիական նանոքիմիա).
Խոսելով ուսումնասիրության օբյեկտների չափերի մասին՝ անհրաժեշտ է հաշվի առնել, որ քիմիայում նանոմաշտաբի միջակայքի սահմանները կամայական են։ Մարմնի հատկությունները զգայուն են նրա չափերի տարբեր աստիճաններով։ Որոշ հատկություններ կորցնում են իրենց առանձնահատկությունը 10 նմ-ից ավելի չափերի դեպքում, մյուսները՝ 100 նմ-ից ավելի: Հետևաբար, ավելի քիչ հատկություններ հաշվից բացառելու համար նանոինտերվալի վերին սահմանը վերցված է 100 նմ:
Այս ընդմիջումով ցանկացած հատկություն կոնկրետ կախված է իր զանգվածից և ծավալից: Հետեւաբար, նանոքիմիայի օբյեկտ կարելի է համարել փոխազդեցություններ ունեցող առարկաներ յուրաքանչյուր ատոմ մյուս բոլոր ատոմների հետ նշանակալի են.
Նանոքիմիական օբյեկտները կարելի է դասակարգել ըստ տարբեր չափանիշների: Օրինակ, ըստ փուլային վիճակ(Աղյուսակ 1):
Երկրաչափական առումով(չափերը) նանոօբյեկտները կարելի է դասակարգել տարբեր ձևերով: Որոշ հետազոտողներ առաջարկում են օբյեկտի չափսերը բնութագրել այն չափսերի քանակով, որոնցում օբյեկտն ունի մակրոսկոպիկ չափեր։ Մյուսները հիմք են ընդունում նանոսկոպիկ չափումների քանակը:
Աղյուսակում Աղյուսակ 2-ում թվարկված են նանոքիմիական հետազոտության հիմնական օբյեկտները (նանոմասնիկները և դրանց համապատասխան նանոհամակարգերը):
Նանոօբյեկտների դասակարգումն ըստ չափման կարևոր է ոչ միայն ֆորմալ տեսանկյունից։ Երկրաչափությունը զգալիորեն ազդում է դրանց ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների վրա: Եկեք դիտարկենք նանոքիմիայի ամենաառաջնահերթ հետազոտական օբյեկտներից մի քանիսը:
Նանոմասնիկներ ազնիվ գազի ատոմներից. Դրանք ամենապարզ նանոօբյեկտներն են։ Ամբողջությամբ լցված էլեկտրոնային թաղանթներով իներտ գազերի ատոմները թույլ են փոխազդում միմյանց հետ վան դեր Վալսյան ուժերի միջոցով։ Նման մասնիկները նկարագրելիս օգտագործվում է կոշտ գնդիկների մոդելը (նկ. 11): Կապող էներգիան, այսինքն՝ այն էներգիան, որը ծախսվում է առանձին ատոմ նանոմասնիկից անջատելու վրա, շատ փոքր է, ուստի մասնիկները գոյություն ունեն 10-100 Կ-ից ոչ բարձր ջերմաստիճաններում։
Բրինձ. 11. Արգոնի 16 ատոմների նանոմասնիկներ.
Մետաղական նանոմասնիկներ. Մի քանի ատոմներից կազմված մետաղական կլաստերներում կարող են իրականացվել ինչպես կովալենտային, այնպես էլ մետաղական տիպի կապեր (նկ. 12): Մետաղական նանոմասնիկները շատ ռեակտիվ են և հաճախ օգտագործվում են որպես կատալիզատորներ: Մետաղական նանոմասնիկները կարող են կանոնավոր ձևեր ունենալ՝ ութանիստ, իկոսաեդրոն, քառատեկ էջ:
Բրինձ. 12. Պլատինի (սպիտակ գնդիկներ) և պղնձի (մոխրագույն) ատոմներից բաղկացած նանոմասնիկներ.
Ֆուլերեններ. Դրանք սնամեջ մասնիկներ են, որոնք ձևավորվում են ածխածնի ատոմների պոլիէդրներից, որոնք միացված են կովալենտային կապով։ Ֆուլերենների մեջ առանձնահատուկ տեղ է զբաղեցնում 60 ածխածնի ատոմներից բաղկացած մասնիկը` C 60, որը հիշեցնում է միկրոսկոպիկ ֆուտբոլի գնդակ (նկ. 13):
Բրինձ. 13. Ֆուլերենի մոլեկուլ C 60
Ֆուլերենները լայնորեն կիրառվում են՝ նոր քսանյութերի և հակաշփման ծածկույթների, վառելիքի նոր տեսակների, գերբարձր կարծրության ալմաստի նման միացությունների, սենսորների և ներկերի ստեղծման մեջ:
Ածխածնային նանոխողովակներ. Սրանք խոռոչ ներմոլեկուլային առարկաներ են, որոնք բաղկացած են մոտավորապես 1,000,000 ածխածնի ատոմներից և ներկայացնում են մեկ կամ բազմաշերտ խողովակներ՝ 1-ից 30 նմ տրամագծով և մի քանի տասնյակ միկրոն երկարությամբ: Նանոխողովակի մակերեսին ածխածնի ատոմները տեղակայված են կանոնավոր վեցանկյունների գագաթներում (նկ. 14):
Բրինձ. 14. Ածխածնային նանոխողովակներ.
Նանոխողովակները ունեն մի շարք եզակի հատկություններ, որոնց շնորհիվ դրանք լայնորեն կիրառվում են հիմնականում նոր նյութերի ստեղծման, էլեկտրոնիկայի և սկանավորող մանրադիտակի մեջ։ Նանոխողովակների եզակի հատկությունները` բարձր հատուկ մակերես, էլեկտրական հաղորդունակություն, ամրություն - հնարավորություն են տալիս դրանց հիման վրա տարբեր գործընթացների համար արդյունավետ կատալիզատորներ ստեղծել: Օրինակ, նանոխողովակները օգտագործվում են էներգիայի նոր աղբյուրներ ստեղծելու համար՝ վառելիքի բջիջներ, որոնք կարող են շատ անգամ ավելի երկար աշխատել, քան նույն չափի պարզ մարտկոցները: Օրինակ՝ պալադիումի նանոմասնիկներով նանոխողովակները կարող են կոմպակտ ջրածին պահել իրենց ծավալից հազարապատիկ անգամ: Վառելիքի բջիջների տեխնոլոգիայի հետագա զարգացումը հնարավորություն կտա դրանցում կուտակել հարյուրավոր և հազարավոր անգամ ավելի շատ էներգիա, քան ժամանակակից մարտկոցներում:
Իոնային կլաստերներ. Նրանք ներկայացնում են դասական պատկեր, որը բնորոշ է նատրիումի քլորիդի բյուրեղային ցանցում իոնային կապին (նկ. 15): Եթե իոնային նանոմասնիկը բավականաչափ մեծ է, ապա նրա կառուցվածքը մոտ է զանգվածային բյուրեղի կառուցվածքին: Իոնային միացություններն օգտագործվում են բարձր լուծաչափով լուսանկարչական թաղանթների, մոլեկուլային ֆոտոդետեկտորների ստեղծման և միկրոէլեկտրոնիկայի և էլեկտրաօպտիկայի տարբեր ոլորտներում։
Բրինձ. 15. NaCl կլաստեր.
Ֆրակտալ կլաստերներ. Դրանք ճյուղավորված կառուցվածք ունեցող առարկաներ են (նկ. 16)՝ մուր, կոլոիդներ, տարբեր աերոզոլներ և աերոգելներ։ Ֆրակտալն այն առարկան է, որտեղ աճող խոշորացումով դուք կարող եք տեսնել, թե ինչպես է նույն կառուցվածքը կրկնվում նրա մեջ բոլոր մակարդակներում և ցանկացած մասշտաբով:
Նկար 16. Ֆրակտալ կլաստեր
Մոլեկուլային կլաստերներ(գերմոլեկուլային համակարգեր): Կլաստերներ՝ բաղկացած մոլեկուլներից։ Կլաստերների մեծ մասը մոլեկուլային են: Նրանց քանակն ու բազմազանությունը ահռելի է։ Մասնավորապես, շատ կենսաբանական մակրոմոլեկուլներ պատկանում են մոլեկուլային կլաստերներին (նկ. 17 և 18):
Բրինձ. 17. Ֆերեդոքսին սպիտակուցի մոլեկուլային կլաստեր:
Բրինձ. 18. Բարձր պտույտի մոլեկուլային կլաստերներ
Նանոքիմիա
Քիմիա և դեղագիտություն
Նանոգիտությունը որպես ինքնուրույն գիտություն ի հայտ է եկել միայն վերջին 7-10 տարում։ Նանոկառուցվածքների ուսումնասիրությունը շատ դասական գիտական առարկաների համար ընդհանուր ուղղություն է: Նանոքիմիան զբաղեցնում է դրանց մեջ առաջատար տեղերից մեկը, քանի որ այն բացում է գրեթե անսահմանափակ հնարավորություններ մշակման, արտադրության և հետազոտության համար...
ԿՐԹՈՒԹՅԱՆ ԴԱՇՆԱԿԱՆ ԳՈՐԾԱԿԱԼՈՒԹՅՈՒՆ ՕՄՍԿ ՊԵՏԱԿԱՆ ՄԱՆԿԱՎԱՐԺԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ ՔԻՄԻԱԿԱՆ ԵՎ ԿԵՆՍԱԲԱՆՈՒԹՅԱՆ ՖԱԿՈՒԼՏԵՏ
ՔԻՄԻԱՅԻ ԲԱԺԻՆ ԵՎ ՔԻՄԻԱՅԻ ՈՒՍՈՒՑՄԱՆ ՄԵԹՈԴՆԵՐ
Նանոքիմիա
Ավարտեց՝ ուսանող 1-ХО Kuklina N.E.
Ստուգել է` բ.գ.թ., դոցենտ Բ.Յա.Բրյանսկի:
Օմսկ 2008 թ
§1. Նանոգիտության ձևավորման պատմություն………………………………………………………………………
§2. Նանոգիտության հիմնական հասկացությունները……………………………………………………………….5
§3. Որոշ նանոմասնիկների կառուցվածքի և վարքագծի առանձնահատկությունները…………………………………8
§4. Նանոքիմիայի կիրառական կիրառությունների տեսակները……………………………………………………………………
§5. Նանոմասնիկների ստացման մեթոդներ………………………………………………………………………………………………………………
§6. Նանոնյութերը և դրանց կիրառման հեռանկարները……………………………………………………………………………………
Տեղեկատվության աղբյուրները…………………………………………………………………………………………………………………………
§1. Նանոգիտության ձևավորման պատմություն
1905 թ Ալբերտ Էյնշտեյնը տեսականորեն ապացուցեց, որ շաքարի մոլեկուլի չափը pիսկ երակները 1 նանոմետր են:
1931 թ Գերմանացի ֆիզիկոսներ Էռնստ Ռուսկան և Մաքս Նոլը ստեղծել են էլեկտրոնային մանրադիտակըՕ շրջանակը տրամադրում է 10 15 - անգամ ավելացում:
1932 թ Հոլանդացի պրոֆեսոր Ֆրից Զերնիկեն հորինել է փուլային կոնտրաստ միԴեպի roscope օպտիկական մանրադիտակի տարբերակ, որը բարելավում է պատկերի մանրամասների ցուցադրման որակըԱ zheniya-ն, և նրա օգնությամբ ուսումնասիրել են կենդանի բջիջները։
1939 թ Siemens-ը, որտեղ աշխատում էր Էռնստ Ռուսկան, արտադրեց առաջին առևտրային էլեկտրոնային մանրադիտակը 10 նմ լուծաչափով:
1966 թ Ամերիկացի ֆիզիկոս Ռասել Յանգը, ով աշխատում էր Հարյուրավոր ազգային բյուրոյում n տեգեր, հորինել է այն շարժիչը, որն այսօր օգտագործվում է թունելային միկրոսկանավորման համարՕ շրջանակներ և 0,01 անգստրոմ (1 նանոմետր = 10 անգստրոմ) ճշգրտությամբ նանոգործիքներ տեղադրելու համար։
1968 թ Bell-ի գործադիր փոխնախագահ Ալֆրեդ Չոն և նրա կիսահաղորդչային հետազոտությունների բաժնի աշխատակից Ջոն Արթուրը հիմնավորեցին նանոտեխնոլոգիան օգտագործելու տեսական հնարավորությունը մակերևութային մշակման խնդիրների լուծման և էլեկտրոնային սարքերի ստեղծման ատոմային ճշգրտության հասնելու համար։
1974 թ Ճապոնացի ֆիզիկոս Նորիո Տանիգուչին, ով աշխատել է Տոկիոյի համալսարանում, առաջարկել է «նանոտեխնոլոգիա» տերմինը (նյութերի բաժանման, հավաքման և փոփոխման գործընթաց.Ա ձկնորսություն՝ դրանք ենթարկելով մեկ ատոմի կամ մեկ մոլեկուլի), որն արագորեն հայտնի դարձավ գիտական շրջանակներում։
1982 թ IBM Ցյուրիխի հետազոտական կենտրոնում ֆիզիկոսներ Գերդ Բիննիգը և Գե n Ռիչ Ռոհերը ստեղծեց սկանավորող թունելային մանրադիտակ (STM), որը թույլ է տալիս հաղորդիչ նյութերի մակերեսների վրա ատոմների դասավորության եռաչափ պատկեր ստեղծել:
1985 թ Երեք ամերիկացի քիմիկոսներ՝ Ռայսի համալսարանի պրոֆեսոր Ռիչարդ Սմալլին, ինչպես նաև Ռոբերտ Կարլը և Հարոլդ Կրոտոն, հայտնաբերել են ֆուլերեններ՝ կազմված մոլեկուլներ։Ի բաղկացած է 60 ածխածնի ատոմներից, որոնք դասավորված են գնդի տեսքով։ Այս գիտնականները նաև առաջին անգամ կարողացել են չափել 1 նմ չափի առարկա։
1986 թ Գերդ Բինիգը մշակել է ատոմային ուժի սկանավորման միկրոՕ շրջանակը, որը վերջապես հնարավորություն տվեց պատկերացնել ցանկացած նյութի ատոմ (ոչ միայնՕ վարորդներին), ինչպես նաև շահարկել նրանց:
19871988 թթ Դելտա գիտահետազոտական ինստիտուտում Պ.Ն.-ի ղեկավարությամբ։ Լուսկինովիչը շահագործման է հանձնել առաջին ռուսական նանոտեխնոլոգիական ինստալացիան, որն իրականացրել է մանրադիտակի զոնդի ծայրից մասնիկների ուղղորդված արտահոսքը ջեռուցման ազդեցության տակ։
1989 թ Կալիֆորնիայի IBM հետազոտական կենտրոնի գիտնականներ Դոնալդ Էյգլերին և Էրհարդ Շվետցերին հաջողվել է նիկելի բյուրեղի վրա 35 քսենոնի ատոմներով շարադրել իրենց ընկերության անվանումը:
1991 թ Ճապոնացի պրոֆեսոր Սումիո Լիջիման, ով աշխատում էր NEC-ում ևՀետ օգտագործել է ֆուլերեններ՝ 0,8 նմ տրամագծով ածխածնային խողովակներ (կամ նանոխողովակներ) ստեղծելու համար։
1991 թ ԱՄՆ-ում մեկնարկել է Ազգային գիտական հիմնադրամի առաջին նանոտեխնոլոգիական ծրագիրը։ Նմանատիպ գործունեությամբ է զբաղվում նաև Ճապոնիայի կառավարությունը։
1998 թ Դելֆթսի տեխնիկական համալսարանի հոլանդացի պրոֆեսոր Cees Dekker-ը ստեղծել է տրանզիստոր, որը հիմնված է նանոխողովակների վրա: Դա անելու համար նա պետք է լիներ աշխարհում առաջինը, ով կփոխվերե որոշել նման մոլեկուլի էլեկտրական հաղորդունակությունը.
2000 թ Գերմանացի ֆիզիկոս Ֆրանց Գիսիբլը սիլիցիումի ենթատոմային մասնիկներ է տեսել: Նրա գործընկեր Ռոբերտ Մագերլը առաջարկել է նանոտոմոգրաֆիայի տեխնոլոգիա՝ եռաչափ ստեղծելու համարՌ նյութի ներքին կառուցվածքի նոր պատկեր՝ 100 նմ լուծաչափով։
2000 թ ԱՄՆ կառավարությունը բացեց Նանոտեխնոլոգիայի ազգային ինստիտուտըԵվ նախաձեռնություն (NNI): ԱՄՆ բյուջեով այս ոլորտին հատկացվել է 270 մլն դոլար՝ կոմերցիոնե Չինական ընկերությունները դրանում 10 անգամ ավելի շատ ներդրումներ են կատարել։
2002 թ Cees Dekker-ը միացրել է ածխածնային խողովակը ԴՆԹ-ի հետ՝ ստեղծելով մեկ նանոե մեխանիզմ.
2003 թ Յուտայի համալսարանի պրոֆեսոր Ֆենգ Լյուն, օգտագործելով Ֆրանց Գիսիբլի աշխատանքը, ատոմային մանրադիտակով կառուցեց էլեկտրոնային ուղեծրերի պատկերները՝ վերլուծելով դրանց խառնաշփոթությունը միջուկի շուրջը շարժվելիս:
§2. Նանոգիտության հիմնական հասկացությունները
Նանոգիտությունը որպես անկախ գիտություն առաջացավ միայն այն բանից հետոդ տարիքը 7-10 տարեկան. Նանոկառուցվածքների ուսումնասիրությունը շատ դասական գիտական առարկաների համար ընդհանուր ուղղություն է: Նանոքիմիան զբաղեցնում է առաջատար տեղերից մեկը դրանց շարքում, քանի որ այն գրեթե անսահմանափակ հնարավորություններ է բացում նոր նանոնյութերի մշակման, արտադրության և հետազոտման համար՝ որոշակի հատկություններով, որոնք հաճախ որակով գերազանցում են բնական նյութերին:
Նանոքիմիա - գիտություն է, որն ուսումնասիրում է տարբեր նստվածքների հատկություններըՏ կառույցները, ինչպես նաև դրանց արտադրության, ուսումնասիրման և ձևափոխման նոր մեթոդների մշակումը։
Նանոքիմիայի առաջնահերթ խնդիրն էկապ հաստատել նանոմասնիկների չափերի միջևԱ stitsa և դրա հատկությունները.
Նանոքիմիայի հետազոտության օբյեկտներայնպիսի զանգված ունեցող մարմիններ են, որոնք իրենց համարժեք ենԵվ վալենտային չափը մնում է նանորանի սահմաններում (0,1 100 նմ):
Նանոմաշտաբով առարկաները միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում մի կողմից զանգվածային նյութերի, մյուս կողմից՝ ատոմների և մոլեկուլների միջև: Նմանի առկայությունըъ նյութերում ակտերը տալիս են նոր քիմիական և ֆիզիկական հատկություններ: Նանոօբյեկտները միջանկյալ և կապող օղակ են այն աշխարհի միջև, որտեղ նրանք գործում են:Օ քվանտային մեխանիկայի իմացություն և այն աշխարհը, որտեղ գործում են դասական ֆիզիկայի օրենքները:
Շրջապատող աշխարհի օբյեկտների բնորոշ չափերը
Նանոքիմիան ուսումնասիրում է տարբեր նանոհամակարգերի պատրաստումը և հատկությունները։Նանոհամակարգեր ներկայացնում է գազային կամ հեղուկ միջավայրով շրջապատված մարմինների մի շարք: Նման տե Դրանք կարող են լինել բազմատոմային կլաստերներ և մոլեկուլներ, նանոկաթիլներ և նանոբյուրեղներ։ Սրանք միջանկյալ ձևեր են ատոմների և մակրոսկոպիկ մարմինների միջև։ Համակարգերի չափը մոտՀետ գտնվում է 0,1 100 նմ-ի սահմաններում:
Նանոքիմիական օբյեկտների դասակարգումն ըստ փուլային վիճակի
|
Փուլային վիճակ |
Միայնակ ատոմներ |
Կլաստերներ |
Նանոմասնիկներ |
Կոմպակտ նյութ |
|
Տրամագիծը, նմ |
0,1-0,3 |
0,3-10 |
10-100 |
100-ից ավելի |
|
Ատոմների քանակը |
1-10 |
10-10 6 |
10 6 -10 9 |
109-ից ավելի |
Նանոքիմիայի կողմից ուսումնասիրված առարկաների շրջանակը անընդհատ ընդլայնվում է։ Քիմիկոսները միշտ ձգտել են հասկանալ, թե ինչն է առանձնահատուկ նանոմետրի մարմինների մեջ: Սա հանգեցրեց կոլոիդային և մակրոմոլեկուլային քիմիայի արագ զարգացմանը։
XX դարի 80-90-ական թվականներին էլեկտրոնային, ատոմային ուժի մեթոդների և n nel մանրադիտակով, հնարավոր եղավ դիտարկել մետաղների նանաբյուրեղների և նե օրգանական աղեր, սպիտակուցային մոլեկուլներ, ֆուլերեններ և նանոխողովակներ, իսկ վերջին տարիներին տԱ Այս դիտարկումները լայն տարածում գտան։
Նանոքիմիական հետազոտության օբյեկտներ
|
Նանոմասնիկներ |
Նանոհամակարգեր |
|
Ֆուլերեններ |
Բյուրեղներ, լուծումներ |
|
Տուբուլեններ |
Ագրեգատներ, լուծումներ |
|
Սպիտակուցի մոլեկուլներ |
Լուծումներ, բյուրեղներ |
|
Պոլիմերային մոլեկուլներ |
Սոլս, գելեր |
|
Անօրգանական նանոբյուրեղներե հասարակություններ |
Աերոզոլներ, կոլոիդային լուծույթներ, տեղումներ |
|
Միցելներ |
Կոլոիդային լուծույթներ |
|
Նանոբլոկներ |
Պինդ նյութեր |
|
Լանգմյուիրը «Blodgett» ֆիլմերը |
Մակերեւույթի վրա թաղանթով մարմիններ |
|
Կլաստերներ գազերի մեջ |
Աերոզոլներ |
|
Նանոմասնիկներ տարբեր չափերի շերտերումե հասարակություններ |
Նանոկառուցվածքային ֆիլմեր |
Այսպիսով, կարելի է առանձնացնել նանոքիմիայի հետևյալ հիմնական բնութագրերը.
- Օբյեկտների երկրաչափական չափերը նանոմետրային սանդղակով են.
- Նոր հատկությունների դրսևորում առարկաների և դրանց հավաքածուների կողմից.
- Օբյեկտները կառավարելու և ճշգրիտ կառավարելու ունակություն;
- Օբյեկտների հիման վրա հավաքված առարկաները և սարքերը ստանում են նոր սպառողներ bskie հատկությունները.
§3. Որոշ նանոմասնիկների կառուցվածքի և վարքի առանձնահատկությունները
Նանոմասնիկներ ազնիվ գազի ատոմներիցամենապարզ նանոօբյեկտներն ենъ և այլն։ Ամբողջությամբ լցված էլեկտրոնային թաղանթներով իներտ գազերի ատոմները թույլ են փոխազդում միմյանց հետ վան դեր Վալսյան ուժերի միջոցով։ Նման մասնիկները նկարագրելիս օգտագործվում է կոշտ գնդերի մոդելը։
Մետաղական նանոմասնիկներ. Մի քանի ատոմների մետաղական կլաստերներում կարող են իրականացվել ինչպես կովալենտային, այնպես էլ մետաղական տիպի կապեր։ Մետաղական նանոմասնիկները շատ ռեակտիվ են և հաճախ օգտագործվում են որպես կատալիզատորներ:Ա torov. Մետաղական նանոմասնիկները սովորաբար ստանում են ութանիստի կանոնավոր ձև՝ իկոսԱ հեդրոն, քառադեկային։
Ֆրակտալ կլաստերներդրանք ճյուղավորված կառուցվածք ունեցող առարկաներ են՝ մուր, կոլ լոիդներ, տարբեր աերոզոլներ և աերոգելներ: Ֆրակտալն այն առարկան է, որտեղ տարիքի հետ՝Հետ Աճող խոշորացումով կարելի է տեսնել, թե ինչպես է նույն կառուցվածքը կրկնվում դրանում բոլոր մակարդակներում և ցանկացած մասշտաբով։
Մոլեկուլային կլաստերներմոլեկուլներից կազմված կլաստերներ։ Դասերի մեծ մասըե խրամատները մոլեկուլային են: Նրանց քանակն ու բազմազանությունը ահռելի է։ Մասնավորապես՝ մոլեկուլներինժամը Շատ կենսաբանական մակրոմոլեկուլներ պատկանում են բևեռային կլաստերներին։
Ֆուլերեններ սնամեջ մասնիկներ են, որոնք ձևավորվում են բազմանկյունների կողմից n ածխածնի ատոմներից պատրաստված խորշեր, որոնք կապված են կովալենտային կապով: Հատուկ տեղ ֆուլլերների շրջանումե նոր զբաղեցրած 60 ածխածնի ատոմներից բաղկացած մասնիկ C 60 , որը հիշեցնում է միկրոսկոպիկ ֆուտբոլի գնդակ:
Նանոխողովակներ դրանք ներսում խոռոչ մոլեկուլներ են, որոնք բաղկացած են մոտավորապես 1,000,000 at-իցՕ ածխածին և միաշերտ խողովակներ են՝ մոտ մեկ նանոմետր տրամագծով և մի քանի տասնյակ միկրոն երկարությամբ։ Նանոխողովակի մակերեսին ածխածնի ատոմները լուծված ենՕ դրված է կանոնավոր վեցանկյունների գագաթներին:
§4. Նանոքիմիայի կիրառական կիրառությունների տեսակները
Պայմանականորեն, նանոքիմիան կարելի է բաժանել.
- Տեսական
- Փորձարարական
- Կիրառվել է
Տեսական նանոքիմիամշակում է նանոմարմինների վարքագիծը հաշվարկելու մեթոդներ՝ հաշվի առնելով մասնիկների վիճակի այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են տարածական կոորդինատները և արագությունըՕ չափը, զանգվածը, յուրաքանչյուր նանոմասնիկի բաղադրության, ձևի և կառուցվածքի բնութագրերը:
Փորձարարական նանոքիմիազարգանում է երեք ուղղություններով.Որպես առաջինի մաս Մշակվում և կիրառվում են գերզգայուն սպեկտրալ մեթոդներ, այոՅու հնարավորություն տալով դատել տասնյակ և հարյուրավոր ատոմներ պարունակող մոլեկուլների կառուցվածքի մասին։Երկրորդի շրջանակներումուղղություններ, երևույթներ տեղական (տեղական) էլե մագնիսական կամ մեխանիկական ազդեցությունները նանոմարմինների վրա, որոնք իրականացվում են նանոզոնդների և հատուկ մանիպուլյատորների միջոցով:Որպես երրորդ մասԵս որոշում եմ ուղղություններըՏ Նանոմարմինների կոլեկտիվների եւ n բաշխման ֆունկցիաների Xia մակրոկինետիկ բնութագրերըԱ նշում ըստ վիճակի պարամետրերի.
Կիրառական նանոքիմիաներառում է.
- Ինժեներության և նանոտեխնոլոգիայի մեջ նանոհամակարգերի կիրառման տեսական հիմքերի մշակումՕ գիտություն, դրանց պայմաններում կոնկրետ նանոհամակարգերի զարգացումը կանխատեսելու մեթոդներ ևՀետ օգտագործումը, ինչպես նաև շահագործման օպտիմալ մեթոդների որոնումը (տեխև նոքիմիա):
- Նանոհամակարգերի վարքագծի տեսական մոդելների ստեղծում նանոմատների սինթեզի ժամանակե ռիալներ և դրանց արտադրության համար օպտիմալ պայմանների որոնում (սինթետիկ նանոքիմիա)։
- Կենսաբանական նանոհամակարգերի ուսումնասիրություն և նանոմետրերի օգտագործման մեթոդների ստեղծումԵվ ցողուններ՝ բուժական նպատակներով (բժշկական նանոքիմիա)։
- Շրջակա միջավայրում նանոմասնիկների առաջացման և միգրացիայի տեսական մոդելների մշակումժամը կոշտ միջավայր և բնական ջրերը կամ օդը նանոմասնիկներից մաքրելու մեթոդները (էլՕ տրամաբանական նանոքիմիա):
§5. Նանոմասնիկների ստացման մեթոդներ
Սկզբունքորեն, նանոմասնիկների սինթեզի բոլոր մեթոդները կարելի է բաժանել երկու մեծ խմբի.
Ցրման մեթոդներ, կամ սովորական մակրո նմուշի մանրացման միջոցով նանոմասնիկներ ստանալու մեթոդներ
խտացման մեթոդներ, կամ առանձին ատոմներից նանոմասնիկների «աճեցման» մեթոդներ։
Ցրման մեթոդներ
Դիսպերսիոն մեթոդներով ելակետային մարմինները տրորվում են նանոմասնիկների։ Նանոմասնիկների ստացման այս մոտեցումը փոխաբերականորեն կոչվում է որոշ գիտնականների կողմից«Վերևից ներքև մոտեցում» . Սա նանոմասնիկներ ստեղծելու ամենապարզ եղանակն է՝ մի տեսակ «միս»Օ կտրում» մակրոմարմինների համար: Այս մեթոդը լայնորեն կիրառվում է միկրոէլեկտրոնիկայի համար նյութերի արտադրության մեջ, այն բաղկացած է արդյունաբերական սարքավորումների և օգտագործվող նյութի հնարավորությունների շրջանակում օբյեկտների չափերը նանոմաշտաբի հասցնելու մեջ: ԵՎհ Հնարավոր է նյութը նանոմասնիկների վերածել ոչ միայն մեխանիկական եղանակով։ Ռուսական Advanced Powder Technologies ընկերությունը արտադրում է նանոմասնիկներ՝ պայթեցնելով մետաղական թելը հզոր հոսանքի իմպուլսով։
Կան նաև նանոմասնիկներ ստանալու ավելի էկզոտիկ եղանակներ։ Ամերիկացի գիտնականները թզենու տերեւներից միկրոօրգանիզմներ են հավաքել 2003թՌոդոկոկ և դրանք դրեց ոսկի պարունակող լուծույթի մեջ։ Բակտերիաները գործում էին որպես քիմիական նյութՀետ կայունացնող միջոց, արծաթի իոններից հավաքելով մոտ 10 նմ տրամագծով կոկիկ նանոմասնիկներ։ Նանոմասնիկներ կառուցելով՝ բակտերիաներն իրենց նորմալ էին զգում և շարունակում էին բազմանալ։
Խտացումմեթոդները
խտացման մեթոդներով («ներքևից վեր մոտեցում») նանոմասնիկները ստանում են nժամը առանձին ատոմների միավորման թեմաներ. Մեթոդն այն է, որ վերահսկվողՀետ Այս պայմաններում ձևավորվում են ատոմների և իոնների համույթներ։ Արդյունքում ձևավորվում են նոր օբյեկտներ՝ նոր կառուցվածքներով և, համապատասխանաբար, նոր հատկություններով, որոնք կարող են ծրագրավորվել՝ փոխելով անսամբլների ձևավորման պայմանները։ Այս մեկըդ Այս քայլը հեշտացնում է օբյեկտների մանրացման խնդիրը լուծելը, մեզ մոտեցնում է բարձր լուծաչափի լիտոգրաֆիայի մի շարք խնդիրների լուծմանը, նոր միկրոպրոցեսորների, բարակ պոլիմերային թաղանթների և նոր կիսահաղորդիչների ստեղծմանը:
§6. Նանոնյութերը և դրանց կիրառման հեռանկարները
Նանոնյութերի հայեցակարգն առաջին անգամ ձևակերպվել է20-րդ դարի 80-ական թվականներ Գ.Գլեյթերի կողմից, ով տերմինն ինքնին մտցրեց գիտական օգտագործման մեջ «նանոնյութ « Ավանդական նանոնյութերից բացի (օրինակ՝ քիմիական տարրեր և միացություններ, ամորֆ նյութեր, մետաղներ և դրանց համաձուլվածքներ), դրանք ներառում են նանոկիսահաղորդիչներ, նանոպոլիմերներ, n.Ա ոչ ծակոտկեն նյութեր, նանոփոշիներ, բազմաթիվ ածխածնային նանոկառուցվածքներ, nԱ ոչ կենսանյութեր, վերմոլեկուլային կառուցվածքներ և կատալիզատորներ:
Գործոններ, որոնք որոշում են նանոնյութերի յուրահատուկ հատկությունները, դրանք կազմող նանոմասնիկների ծավալային, էլեկտրոնային և քվանտային ազդեցություններն են, ինչպես նաև դրանց շատ զարգացած մակերեսը։ Բազմաթիվ ուսումնասիրություններ ցույց են տվել, որբ Նանոնյութերի ֆիզիկական և մեխանիկական հատկությունների զգալի և տեխնիկապես հետաքրքիր փոփոխություններ (ուժ, կարծրություն և այլն) տեղի են ունենում մասնիկների չափերի մի քանի n-ից:Ա թվեր մինչև 100 նմ: Ներկայումս արդեն իսկ ձեռք են բերվել նիտրիդների և բորիդների վրա հիմնված բազմաթիվ նանոնյութեր՝ մոտ 12 նմ կամ պակաս բյուրեղային չափերով։
Նրանց հիմքում ընկած նանոմասնիկների առանձնահատուկ հատկությունների շնորհիվ նման գորգերե ռիալները հաճախ շատ առումներով գերազանցում են «սովորականին»: Օրինակ, մետա ուժըլ Նանոտեխնոլոգիայի միջոցով ստացված լա-ն 1,53 անգամ գերազանցում է սովորական նյութի ուժը, կարծրությունը՝ 5070 անգամ, իսկ կոռոզիոն դիմադրությունը՝ 1012 անգամ։
Նանոնյութերի կիրառությունները.
- նանոէլեկտրոնիկայի և նանոֆոտոնիկայի տարրեր (կիսահաղորդչային տրանզիստորներ և լազերներ, ֆոտոդետեկտորներ, արևային բջիջներ, տարբեր սենսորներ)
- գերխիտ տեղեկատվության ձայնագրող սարքեր
- հեռահաղորդակցության, տեղեկատվական և հաշվողական տեխնոլոգիաների, սուպե r համակարգիչներ
- տեսատեխնիկա հարթ էկրաններ, մոնիտորներ, վիդեո պրոյեկտորներ
- մոլեկուլային էլեկտրոնային սարքեր, ներառյալ անջատիչներ և էլեկտրոնային սխեմաներ մոլեկուլային մակարդակում
- վառելիքի բջիջներ և էներգիայի պահպանման սարքեր
- միկրո և նանոմեխանիկայի սարքեր, ներառյալ մոլեկուլային շարժիչներ և նանոմարժիչներ, նանոռոբոտներ
- նանոքիմիա և կատալիզ, ներառյալ այրման հսկողություն, ծածկույթ, էլեկտրԴեպի տրոքիմիա և դեղագործություն
- ավիացիոն, տիեզերական և պաշտպանական ծրագրերԻ բնապահպանական հետազոտություն
- դեղերի և սպիտակուցների նպատակային առաքում, բիոպոլիմերներ և կենսաբանական հյուսվածքների բուժում, կլինիկական և բժշկական ախտորոշում, արհեստական մկանների ստեղծումժամը ձկնորսություն, ոսկորներ, կենդանի օրգանների իմպլանտացիա
- բիոմեխանիկա, գենոմիկա, բիոինֆորմատիկա, կենսագործիքավորում
- քաղցկեղածին հյուսվածքների, պաթոգենների և կենսաբանական վնասակար նյութերի գրանցում և նույնականացում. անվտանգությունը գյուղատնտեսության և սննդի արտադրության մեջ.
Օմսկի մարզը պատրաստ է զարգացնել նանոտեխնոլոգիան
Նանոտեխնոլոգիայի զարգացումը Օմսկի մարզում գիտության, տեխնոլոգիաների և ճարտարագիտության զարգացման առաջնահերթ ուղղություններից է։
Այսպիսով, SB RAS կիսահաղորդչային ֆիզիկայի ինստիտուտի Օմսկի մասնաճյուղում կատարվում են հետազոտություններ.հ աշխատանքները նանոէլեկտրոնիկայի վրա, իսկ SB RAS-ի ածխաջրածինների մշակման հիմնախնդիրների ինստիտուտում աշխատանքներ են տարվում նանածակոտային ածխածնային հենարաններ և կատալիզատորներ ձեռք բերելու ուղղությամբ:
Տեղեկատվության աղբյուրներ.
- http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
- http://www.rambler.ru/news
- ht tp: // Nanometer.ru
- http://www.nanonewsnet.ru/
67 ԿԲ Դասի սարքավորումներ. Ներկայացում Հայրենական մեծ պատերազմի սկիզբը, որն օգտագործում է պատերազմի սկզբնական շրջանի քարտեզը, պատերազմի մասին վավերագրական ֆիլմերի դրվագներ, Գերմանիայի և ԽՍՀՄ-ի պատերազմի պատրաստության մասին դիագրամ, գրքերի ցուցահանդես՝ նվիրված Հայրենական մեծ պատերազմի...
Նանոտեխնոլոգիա հասկացության համար, թերևս, չկա սպառիչ սահմանում, բայց ներկայումս գոյություն ունեցող միկրոտեխնոլոգիաների անալոգիայից հետևում է, որ նանոտեխնոլոգիաները տեխնոլոգիաներ են, որոնք գործում են նանոմետրի կարգի քանակներով: Հետևաբար, «միկրո»-ից «նանո»-ի անցումը որակական անցում է նյութի մանիպուլյացիայից առանձին ատոմների մանիպուլյացիա: Երբ խոսքը վերաբերում է նանոտեխնոլոգիայի զարգացմանը, մենք նկատի ունենք երեք ուղղություն. էլեկտրոնային սխեմաների արտադրություն (ներառյալ ծավալային) ակտիվ տարրերով, որոնք համեմատելի են մոլեկուլների և ատոմների չափերով. նանոմեքենաների մշակում և արտադրություն; առանձին ատոմների և մոլեկուլների մանիպուլյացիա և դրանցից մակրոօբյեկտների հավաքում: Այս ոլորտներում զարգացումները վաղուց են ընթանում։ 1981 թվականին ստեղծվել է թունելային մանրադիտակ, որը թույլ է տալիս տեղափոխել առանձին ատոմներ։ Թունելի էֆեկտը միկրոմասնիկի ներթափանցման քվանտային երևույթ է դասականորեն հասանելի շարժման մի շրջանից մյուսը՝ առաջինից առանձնացված պոտենցիալ պատնեշով։ Հորինված մանրադիտակի հիմքը շատ սուր ասեղն է, որը սահում է ուսումնասիրվող մակերեսի վրայով մեկ նանոմետրից պակաս բացվածքով: Այս դեպքում էլեկտրոնները ասեղի թունելի ծայրից այս բացով անցնում են ենթաշերտի:
Սակայն, ի լրումն մակերեսային ուսումնասիրությունների, նոր տեսակի մանրադիտակների ստեղծումը սկզբունքորեն նոր ճանապարհ է բացել նանոմետրի չափսերի տարրերի ձևավորման համար։ Եզակի արդյունքներ են ստացվել ատոմների շարժման, տվյալ կետում դրանց հեռացման և նստեցման, ինչպես նաև քիմիական պրոցեսների տեղային խթանման վերաբերյալ։ Այդ ժամանակից ի վեր տեխնոլոգիան զգալիորեն բարելավվել է։ Այսօր այս նվաճումները կիրառվում են առօրյա կյանքում՝ ցանկացած լազերային սկավառակի արտադրությունը, և առավել եւս՝ DVD-ների արտադրությունն անհնար է առանց նանոտեխնիկական կառավարման մեթոդների կիրառման։
Նանոքիմիան նանոցրված նյութերի և նյութերի սինթեզն է, նանոմետրի չափի մարմինների քիմիական փոխակերպումների կարգավորումը, նանոկառուցվածքների քիմիական քայքայման կանխարգելումը, նանոբյուրեղների միջոցով հիվանդությունների բուժման մեթոդները:
Նանոքիմիայի հետազոտության հետևյալ ոլորտներն են.
- - ատոմներից խոշոր մոլեկուլների հավաքման մեթոդների մշակում նանոմանիպուլատորների միջոցով.
- - մեխանիկական, էլեկտրական և մագնիսական ազդեցության տակ ատոմների ներմոլեկուլային վերադասավորումների ուսումնասիրություն. Նանոկառուցվածքների սինթեզ գերկրիտիկական հեղուկի հոսքերում; ուղղորդված հավաքման մեթոդների մշակում՝ ֆրակտալ, շրջանակային, խողովակային և սյունակային նանոկառուցվածքների ձևավորմամբ։
- - գերցրված նյութերի և նանոկառուցվածքների ֆիզիկա-քիմիական էվոլյուցիայի տեսության մշակում. նանոկառուցվածքների քիմիական դեգրադացիան կանխելու ուղիների ստեղծում։
- - քիմիական և նավթաքիմիական արդյունաբերության համար նոր նանոկատալիզատորների ձեռքբերում. ուսումնասիրում է նանաբյուրեղների վրա կատալիտիկ ռեակցիաների մեխանիզմը։
- - ակուստիկ դաշտերում ծակոտկեն միջավայրերում նանոբյուրեղացման մեխանիզմների ուսումնասիրություն. կենսաբանական հյուսվածքներում նանոկառուցվածքների սինթեզ; պաթոլոգիա ունեցող հյուսվածքներում նանոկառուցվածքների ձևավորման միջոցով հիվանդությունների բուժման մեթոդների մշակում:
- - նանաբյուրեղների խմբերում ինքնակազմակերպման երևույթի ուսումնասիրություն. որոնել քիմիական մոդիֆիկատորներով նանոկառուցվածքների կայունացումը երկարացնելու նոր ուղիներ:
- - Ակնկալվող արդյունքը կլինի մեքենաների ֆունկցիոնալ շարք, որն ապահովում է.
- - մոլեկուլների վրա տեղական ազդեցության տակ ներմոլեկուլային վերադասավորումների ուսումնասիրության մեթոդաբանություն:
- - նոր կատալիզատորներ քիմիական արդյունաբերության և լաբորատոր պրակտիկայի համար.
- - հազվագյուտ հողի օքսիդ և վանադիումի նանոկատալիզատորներ՝ գործողության լայն սպեկտրով:
- - տեխնիկական նանոկառուցվածքների քիմիական քայքայման կանխարգելման մեթոդաբանություն.
- - քիմիական քայքայման կանխատեսման մեթոդներ.
- - թերապիայի և վիրաբուժության նանո դեղամիջոցներ, հիդրօքսիապատիտի վրա հիմնված պատրաստուկներ ստոմատոլոգիայի համար.
- - ուռուցքաբանական հիվանդությունների բուժման մեթոդ՝ ներուռուցքային նանոբյուրեղացման և ակուստիկ դաշտի կիրառման միջոցով։
- - նանոկառուցվածքների ստեղծման մեթոդներ նանոբյուրեղների ուղղորդված ագրեգացիայի միջոցով.
- - նանոկառուցվածքների տարածական կազմակերպման կարգավորման մեթոդներ.
- - նոր քիմիական տվիչներ՝ ծայրահեղ նուրբ ակտիվ փուլով; քիմիական մոդիֆիկացիաներով սենսորների զգայունության բարձրացման մեթոդներ:
Նանոքիմիա գիտություն է, որն ուսումնասիրում է տարբեր նանոկառուցվածքների հատկությունները, ինչպես նաև դրանց արտադրության, ուսումնասիրման և ձևափոխման նոր մեթոդների մշակումը։
Նանոքիմիայի առաջնահերթ խնդիրներից է նանոմասնիկի չափի և նրա հատկությունների միջև կապ հաստատելը:
Նանոքիմիայի հետազոտության օբյեկտներ այնպիսի զանգված ունեցող մարմիններ են, որ դրանց համարժեք չափերը (գնդիկի տրամագիծը, որի ծավալը հավասար է մարմնի ծավալին) մնում է նանորանի միջակայքում (0,1 - 100 նմ)
Դասական ֆիզիկայի և քվանտային մեխանիկայի սահմաններում նանոաշխարհի դիրքի պատճառով նրա առարկաներն այլևս չեն կարող համարվել բացարձակապես նույնական և վիճակագրորեն չտարբերվող: Դրանք բոլորն անհատական են, և մեկ նանոմասնիկը տարբերվում է մյուս նանոմասնիկից բաղադրությամբ, կառուցվածքով և շատ այլ պարամետրերով
Նանոքիմիան գտնվում է արագ զարգացման փուլում, ուստի երբ այն
Սովորելու ընթացքում անընդհատ ծագում են հարցեր՝ կապված հասկացությունների և տերմինների հետ։
Հստակ տարբերություններ «կլաստեր», «նանոմասնիկ» և «քվանտ» տերմինների միջև
ժամկետը» դեռևս ձևակերպված չեն։ Ավելի հաճախ օգտագործվում է «կլաստեր» տերմինը
ատոմների ավելի մեծ ագրեգատներ և բնորոշ է հատկությունները
մետաղներ և ածխածին. «Քվանտային կետ» տերմինը սովորաբար
վերաբերում է կիսահաղորդիչների և կղզիների մասնիկներին, որտեղ քվանտ
Լիցքակիրների կամ էքսիտոնների սահմանափակումները ազդում են դրանց հատկությունների վրա:
Տեսական նանոքիմիամշակում է նանոմարմինների վարքագծի հաշվարկման մեթոդներ՝ հաշվի առնելով մասնիկների վիճակի այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են տարածական կոորդինատները և արագությունները, զանգվածը, յուրաքանչյուր նանոմասնիկի կազմի, ձևի և կառուցվածքի բնութագրերը:
Փորձարարական նանոքիմիազարգանում է երեք ուղղություններով.
1. Շրջանակներում առաջին Մշակվում և կիրառվում են գերզգայուն սպեկտրային մեթոդներ, որոնք հնարավորություն են տալիս դատել տասնյակ և հարյուրավոր ատոմներ պարունակող մոլեկուլների կառուցվածքի մասին։
2. Երկրորդ Ուղղությունը ուսումնասիրում է երևույթները նանոմարմինների վրա տեղական (տեղական) էլեկտրական, մագնիսական կամ մեխանիկական ազդեցության տակ, որոնք իրականացվում են նանոզոնդների և հատուկ մանիպուլյատորների միջոցով: Նպատակն է ուսումնասիրել առանձին գազի մոլեկուլների փոխազդեցությունը նանոմարմինների և նանոմարմինների հետ միմյանց հետ, բացահայտել ներմոլեկուլային վերադասավորումների հնարավորությունը՝ առանց մոլեկուլների ոչնչացման և դրանց քայքայման։ Այս ուղղությունը հետաքրքրում է նաև ցանկալի նանոմարմնի «ատոմային հավաքման» հնարավորությամբ սովորություն(արտաքին տեսք) ատոմները սուբստրատի մակերևույթով տեղափոխելիս (հիմնական նյութը, որի մակերեսը ենթարկվում է տարբեր տեսակի մշակման, որի արդյունքում ձևավորվում են նոր հատկություններով շերտեր կամ աճում է այլ նյութի թաղանթ):
3. Շրջանակներում երրորդ ուղղությունները, որոշվում են նանոմարմինների կոլեկտիվների մակրոկինետիկ բնութագրերը և դրանց բաշխման գործառույթները վիճակի պարամետրերի վրա:
Կիրառական նանոքիմիաներառում է.
§ ճարտարագիտության և նանոտեխնոլոգիայի մեջ նանոհամակարգերի օգտագործման տեսական հիմքերի մշակում, դրանց օգտագործման պայմաններում հատուկ նանոհամակարգերի զարգացումը կանխատեսելու մեթոդներ, ինչպես նաև շահագործման օպտիմալ մեթոդների որոնում ( տեխնիկական նանոքիմիա);
§ նանոհամակարգերի վարքագծի տեսական մոդելների ստեղծում նանոնյութերի սինթեզի ժամանակ և դրանց արտադրության օպտիմալ պայմանների որոնում ( սինթետիկ նանոքիմիա);
§ կենսաբանական նանոհամակարգերի ուսումնասիրություն և բժշկական նպատակներով նանոհամակարգերի օգտագործման մեթոդների ստեղծում ( բժշկական նանոքիմիա);
շրջակա միջավայրում նանոմասնիկների ձևավորման և միգրացիայի տեսական մոդելների մշակում և բնական ջրերը կամ օդը նանոմասնիկներից մաքրելու մեթոդները ( էկոլոգիական նանոքիմիա).
Բժշկություն և առողջապահություն. Ձեռք են բերվել ապացույցներ, որ օգտագործումը
նանո սարքերը և նանոկառուցվածքային մակերեսները կարող են մեծանալ մեծության կարգով
վերլուծության արդյունավետությունը կենսաբանության այնպիսի աշխատատար ոլորտում, ինչպիսին է վերծանումը
գենետիկ կոդը. Անհատականության որոշման մեթոդների մշակում
գենետիկական բնութագրերը հանգեցրին հեղափոխության ախտորոշման և բուժման մեջ
հիվանդություններ. Բացի դեղերի նշանակման օպտիմալացումից,
նանոտեխնոլոգիան հնարավորություն է տվել մշակել դեղերի առաքման նոր մեթոդներ
հիվանդ օրգանները, ինչպես նաև զգալիորեն մեծացնում են դրանց թերապևտիկ աստիճանը
ազդեցություն. Նանոտեխնոլոգիայի նվաճումները օգտագործվում են հետազոտության մեջ
բջջային կենսաբանություն և պաթոլոգիա: Նոր վերլուծական տեխնիկայի մշակում,
հարմար է նանոմետրային մասշտաբով աշխատանքի համար, զգալիորեն աճել է
բջիջների քիմիական և մեխանիկական հատկությունների ուսումնասիրության արդյունավետությունը
(ներառյալ բաժանումը և շարժումը), ինչպես նաև հնարավորություն տվեց չափել բնութագրերը
առանձին մոլեկուլներ. Այս նոր տեխնիկան դարձել է նշանակալի լրացում
Կենդանի օրգանիզմների գործունեության ուսումնասիրության հետ կապված տեխնիկա.
Բացի այդ, նանոկառուցվածքների վերահսկվող ստեղծումը հանգեցնում է նորի ստեղծմանը
բարելավված բնութագրերով կենսահամատեղելի նյութեր:
Կենսաբանական համակարգերի մոլեկուլային բաղադրիչներ (սպիտակուցներ, նուկլեինաթթուներ10
թթուները, լիպիդները, ածխաջրերը և դրանց կենսաբանական անալոգները) օրինակներ են
նյութեր, որոնց կառուցվածքը և հատկությունները որոշվում են նանոմաշտաբով։ Շատերը
օգտագործելով բնական նանոկառուցվածքները և նանոհամակարգերը ձևավորվում են
ինքնակազմակերպման կենսաբանական մեթոդներ. Արհեստական անօրգանական և
օրգանական նանոնյութերը կարող են ներմուծվել բջիջներ և օգտագործվել դրա համար
ախտորոշում (օրինակ՝ ստեղծելով վիզուալացված քվանտ
«կետեր») և օգտագործվում են որպես դրանց ակտիվ բաղադրիչներ:
Օգտագործելով համակարգչի հիշողության հզորությունը և արագությունը
նանոտեխնոլոգիան հնարավորություն տվեց անցնել մակրոմոլեկուլային մոդելավորմանը
ցանցեր իրական միջավայրում: Նման հաշվարկները չափազանց կարևոր են
կենսահամատեղելի փոխպատվաստումների և դեղամիջոցների նոր տեսակների մշակում։
Թվարկենք նանոտեխնոլոգիայի մի քանի խոստումնալից կիրառություններ
Կենսաբանություն:
Գենետիկ կոդերի արագ և արդյունավետ վերծանում, որը
հետաքրքրություն է ներկայացնում ախտորոշման և բուժման համար:
Արդյունավետ և ավելի էժան առողջապահություն հետ
օգտագործելով հեռակառավարման և գործող սարքեր
կենդանի օրգանիզմների ներսում
Դեղորայքի ընդունման և օրգանիզմում բաշխման նոր մեթոդներ, որոնք ունեցել են
մեծ նշանակություն կունենար բուժման արդյունավետության բարձրացման համար (օրինակ
դեղերի առաքում մարմնի որոշակի վայրեր)
Մշակում է ավելի դիմացկուն եւ չի մերժվում մարմնի կողմից արհեստական
հյուսվածքներ և օրգաններ
Սենսորային համակարգերի մշակում, որոնք կարող են ազդանշան տալ
մարմնի ներսում հիվանդությունների առաջացումը, ինչը թույլ կտար բժիշկներին
զբաղվել ոչ այնքան բուժման, որքան ախտորոշման և
հիվանդության կանխարգելում
Գերմոլեկուլային քիմիայի առարկաներ
«Գերմոլեկուլային քիմիա» տերմինն առաջին անգամ ներկայացվել է 1978 թվականին։
Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր ֆրանսիացի քիմիկոս Ժան Մարի Լենը և
սահմանվում է որպես «քիմիա, որը նկարագրում է բարդ կազմավորումները, որոնք
երկու (կամ ավելի) քիմիական մասնիկների միավորման արդյունքը, որոնք կապված են միմյանց հետ
միջմոլեկուլային ուժեր»։ «Սուպրա» նախածանցը համապատասխանում է ռուսերենին
նախածանց «վերևում»:
Գերմոլեկուլային (սուպրամոլեկուլային) քիմիա
քիմիա) գիտության միջդիսցիպլինար ոլորտ է, ներառյալ քիմիական,
հաշվի առնելու ֆիզիկական և կենսաբանական ասպեկտներն ավելի բարդ են, քան
մոլեկուլներ, քիմիական համակարգեր՝ կապված մեկ ամբողջության միջոցով
միջմոլեկուլային (ոչ կովալենտային) փոխազդեցություններ.
Գերմոլեկուլային քիմիայի առարկաները վերմոլեկուլային են
անսամբլներ, որոնք ինքնաբերաբար կառուցվում են փոխլրացնողներից, այսինքն՝ ունենալով
բեկորների երկրաչափական և քիմիական համապատասխանությունը, նման
Կենցաղում ամենաբարդ տարածական կառույցների ինքնաբուխ հավաքում
վանդակ. Ժամանակակից քիմիայի հիմնարար խնդիրներից է
նման համակարգերի նպատակային նախագծում, ստեղծում մոլեկուլային
բարձր կարգի գերմոլեկուլային միացությունների «շինանյութեր»:
տրված կառուցվածքով և հատկություններով։ Գերմոլեկուլային գոյացություններ
բնութագրվում է դրանց բաղադրիչների տարածական դասավորությամբ, դրանց
ճարտարապետությունը, «վերկառուցվածքը», ինչպես նաև միջմոլեկուլային տեսակները
փոխազդեցություններ, որոնք միավորում են բաղադրիչները: Ընդհանրապես
միջմոլեկուլային փոխազդեցություններն ավելի թույլ են, քան կովալենտային կապերը, ուստի
supramolecular associates ավելի քիչ թերմոդինամիկորեն կայուն են, ավելի
կինետիկորեն անկայուն և դինամիկորեն ավելի ճկուն, քան մոլեկուլները:
Հեռավար կրթական դասընթացները արդյունավետ լրացուցիչ կրթության և առաջադեմ ուսուցման ժամանակակից ձև են մասնագետների պատրաստման ոլորտում՝ ֆունկցիոնալ նյութերի և նանոնյութերի արտադրության հեռանկարային տեխնոլոգիաների մշակման համար: Սա ժամանակակից կրթության խոստումնալից ձևերից մեկն է, որը զարգանում է ամբողջ աշխարհում։ Գիտելիքների ձեռքբերման այս ձևը հատկապես արդիական է այնպիսի միջդիսցիպլինար ոլորտում, ինչպիսիք են նանոնյութերը և նանոտեխնոլոգիաները: Հեռավար դասընթացների առավելություններն են դրանց մատչելիությունը, ուսումնական երթուղիների կառուցման ճկունությունը, ուսանողների հետ փոխգործակցության գործընթացի բարելավված արդյունավետությունն ու արդյունավետությունը, ծախսարդյունավետությունը լրիվ դրույքով դասընթացների համեմատ, ինչը, սակայն, կարող է ներդաշնակորեն զուգակցվել հեռավար ուսուցման հետ: Նանոքիմիայի և նանոնյութերի հիմնարար սկզբունքների բնագավառում Մոսկվայի պետական համալսարանի Նանոտեխնոլոգիաների գիտակրթական կենտրոնի կողմից պատրաստվել են տեսանյութեր.
- . Նանոհամակարգային գիտությունների և նանոտեխնոլոգիաների հիմնական հասկացություններն ու սահմանումները: Նանոտեխնոլոգիաների և նանոհամակարգային գիտությունների առաջացման պատմություն. Միջդիսցիպլինարություն և բազմառարկայականություն. Նանոօբյեկտների և նանոհամակարգերի օրինակներ, դրանց առանձնահատկությունները և տեխնոլոգիական կիրառությունները: Նանոտեխնոլոգիայի առարկաները և մեթոդները. Նանոտեխնոլոգիայի զարգացման սկզբունքներն ու հեռանկարները.
- . Նանոհամակարգի ձևավորման հիմնական սկզբունքները. Ֆիզիկական և քիմիական մեթոդներ. Նանոօբյեկտներ «վերևից ներքև» ստանալու գործընթացներ. Դասական, «փափուկ», միկրոսֆերա, իոնային ճառագայթ (FIB), AFM՝ լիտոգրաֆիա և նանոինտացիա: Նանոօբյեկտների մեխանիկական ակտիվացում և մեխանոսինթեզ: Նանոօբյեկտներ «ներքևից վեր» ստանալու գործընթացներ. Միջուկացման գործընթացները գազային և խտացված միջավայրերում: Հետերոգեն միջուկավորում, էպիտաքսիա և հետերոէպիտաքսիա: Սպինոդալ քայքայումը. Նանոօբյեկտների սինթեզ ամորֆ (ապակյա) մատրիցներում։ Քիմիական համասեռացման մեթոդներ (համատեղեցում, սոլ-գել մեթոդ, կրիոքիմիական տեխնոլոգիա, աերոզոլային պիրոլիզ, solvothermal բուժում, գերկրիտիկական չորացում): Նանոմասնիկների և նանոօբյեկտների դասակարգում. Նանոմասնիկների ստացման և կայունացման տեխնիկա. Նանոմասնիկների ագրեգացիա և տարանջատում. Նանոնյութերի սինթեզը մեկ և երկչափ նանոռեակտորներում.
- . Նանոհամակարգերի վիճակագրական ֆիզիկա. Փոքր համակարգերում փուլային անցումների առանձնահատկությունները. Ներմոլեկուլային և միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների տեսակները. Հիդրոֆոբություն և հիդրոֆիլություն: Ինքնահավաք և ինքնակազմակերպում. Միցելի ձևավորում. Ինքնահավաք մոնաշերտեր. Լանգմյուիր-Բլոջեթի ֆիլմերը. Մոլեկուլների գերմոլեկուլային կազմակերպում. Մոլեկուլային ճանաչում. Պոլիմերային մակրոմոլեկուլներ, դրանց պատրաստման եղանակներ. Ինքնակազմակերպում պոլիմերային համակարգերում. Բլոկային համապոլիմերների միկրոֆազային տարանջատում. Դենդրիմերներ, պոլիմերային խոզանակներ: Պոլիէլեկտրոլիտների շերտ առ շերտ ինքնահավաքում. Գերմոլեկուլային պոլիմերներ.
- . Նյութ, փուլ, նյութ: Նյութերի հիերարխիկ կառուցվածքը. Նանոնյութերը և դրանց դասակարգումը. Անօրգանական և օրգանական ֆունկցիոնալ նանոնյութեր. Հիբրիդ (օրգանական-անօրգանական և անօրգանական-օրգանական) նյութեր. Բիոմիներալիզացիա և կենսակերամիկա. Նանոկառուցվածքային 1D, 2D և 3D նյութեր: Մեզոպորոզ նյութեր. Մոլեկուլային մաղեր. Նանոկոմպոզիտները և դրանց սիներգետիկ հատկությունները. Կառուցվածքային նանոնյութեր.
- . Կատալիզ և նանոտեխնոլոգիա. Տարասեռ կատալիզի հիմնական սկզբունքներն ու հասկացությունները: Պատրաստման և ակտիվացման պայմանների ազդեցությունը տարասեռ կատալիզատորների ակտիվ մակերեսի ձևավորման վրա: Կառուցվածքի նկատմամբ զգայուն և կառուցվածքի նկատմամբ զգայուն ռեակցիաներ: Նանոմասնիկների թերմոդինամիկական և կինետիկ հատկությունների առանձնահատկությունները. Էլեկտրոկատալիզի. Կատալիզ ցեոլիտների և մոլեկուլային մաղերի վրա: Մեմբրանային կատալիզ.
- . Պոլիմերներ կառուցվածքային նյութերի և ֆունկցիոնալ համակարգերի համար: «Խելացի» պոլիմերային համակարգեր, որոնք ունակ են կատարել բարդ գործառույթներ. «Խելացի» համակարգերի օրինակներ (պոլիմերային հեղուկներ նավթի արտադրության համար, խելացի պատուհաններ, նանոկառուցվածքային թաղանթներ վառելիքի բջիջների համար): Կենսապոլիմերները որպես առավել «խելացի» համակարգեր. Բիոմիմետիկ մոտեցում. Խելացի պոլիմերների հատկությունների օպտիմալացման համար հաջորդականության ձևավորում: Հերթականությունների մոլեկուլային էվոլյուցիայի խնդիրները կենսապոլիմերներում.
- . Դիտարկված են քիմիական էներգիայի աղբյուրների համար նոր նյութերի ստեղծման ներկա վիճակն ու խնդիրները՝ պինդ օքսիդ վառելիքային բջիջներ (SOFC) և լիթիումային մարտկոցներ: Վերլուծված են հիմնական կառուցվածքային գործոնները, որոնք ազդում են տարբեր անօրգանական միացությունների հատկությունների վրա, որոնք որոշում են դրանց կիրառման հնարավորությունը որպես էլեկտրոդային նյութեր՝ բարդ պերովսկիտներ SOFC-ներում և անցումային մետաղների միացություններ (բարդ օքսիդներ և ֆոսֆատներ) լիթիումային մարտկոցներում: Դիտարկվում են լիթիումային մարտկոցներում օգտագործվող հիմնական անոդ և կաթոդ նյութերը, որոնք ճանաչվել են որպես խոստումնալից. ընթացիկ աղբյուրներից։
Ընտրված հարցերը քննարկվում են գրքի հետևյալ գլուխներում (Binom Publishing).
Նանոքիմիայի, ինքնահավաքման և նանոկառուցվածքային մակերեսների պատկերազարդման նյութեր.
Գիտականորեն հայտնի «վիդեո գրքեր».
Նանոքիմիայի և ֆունկցիոնալ նանոնյութերի ընտրված գլուխներ:
