ნანოქიმია არის კვლევის საგნის ევოლუცია ქიმიაში. ნანოქიმიის ძირითადი მიმართულებები და ცნებები

როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, ნანოსამყაროს მდებარეობის გამო კლასიკური ფიზიკისა და კვანტური მექანიკის საზღვრებზე, მისი ობიექტები აღარ შეიძლება ჩაითვალოს აბსოლუტურად იდენტურ და სტატისტიკურად განსხვავებულად. ყველა მათგანი ინდივიდუალურია და ერთი ნანონაწილაკი განსხვავდება შემადგენლობით, სტრუქტურით და სხვა მრავალი პარამეტრით (მაგალითად, ფულერენები C 60 და C 70). შეუძლებელია ობიექტის სტრუქტურაში არაჰომოგენურობისა და დარღვევების იგნორირება და მისი აღწერისთვის საშუალო, ინტეგრალური მახასიათებლების გამოყენება, როგორც ეს ჩვეულებრივ ფიზიკაშია. ნანოობიექტების თავისებურება მდგომარეობს იმაში, რომ მათი ზომა შეესაბამება ატომთაშორისი ურთიერთქმედების ძალების მოქმედების რადიუსს, ე.ი. იმ მანძილით, რომლითაც სხეულის ატომები უნდა მოიხსნას, რათა მათმა ურთიერთქმედებამ შესამჩნევად არ იმოქმედოს მის თვისებებზე. ამ მახასიათებლის გამო, ნანოსხეულები ერთმანეთთან და გარემოსთან ურთიერთქმედებენ განსხვავებულად, ვიდრე მაკროსხეულები. მეცნიერებას, რომელიც სწავლობს სხვადასხვა ნანოსტრუქტურის თვისებებს, აგრეთვე მათი წარმოების, შესწავლისა და მოდიფიკაციის ახალი მეთოდების შემუშავებას, ე.წ. ნანოქიმია. იგი სწავლობს სხვადასხვა ნანოსისტემების მომზადებას და თვისებებს. ნანოსისტემებიწარმოადგენს სხეულების ერთობლიობას, რომელიც გარშემორტყმულია აირით ან თხევადი გარემოთი. ასეთი სხეულები შეიძლება იყოს პოლიატომური გროვები და მოლეკულები, ნანოწვეთები და ნანოკრისტალები. ეს არის შუალედური ფორმები ატომებსა და მაკროსკოპულ სხეულებს შორის. სისტემების ზომა რჩება 0.1-100 ნმ დიაპაზონში.

ცოდნის ამ სფეროს ერთ-ერთი პრიორიტეტული ამოცანაა ნანონაწილაკების ზომასა და მის თვისებებს შორის კავშირის დამყარება. ნანოქიმიაში როლი კვანტური ზომის ეფექტები, იწვევს ნივთიერების თვისებების ცვლილებას ნაწილაკების ზომაზე და მათში ატომების ან მოლეკულების რაოდენობაზე. ზომის ეფექტების როლი იმდენად დიდია, რომ პერიოდული ცხრილის მსგავსი მტევნისა და ნანონაწილაკების თვისებების მათ ზომასა და გეომეტრიაზე დამოკიდებულების ცხრილების შექმნის მცდელობები მიმდინარეობს. კვანტური ზომის ეფექტები განსაზღვრავს მატერიის ისეთ თვისებებს, როგორიცაა სითბოს მოცულობა, ელექტროგამტარობა, ზოგიერთი ოპტიკური თვისება და ა.შ.

მახასიათებლების ცვლილებებს ორი ძირითადი მიზეზი უკავშირდება: ზედაპირის წილის ზრდა და ელექტრონული სტრუქტურის ცვლილება კვანტური ეფექტების გამო. ზედაპირის მახლობლად მდებარე ატომების თვისებები განსხვავდება მასალის უმეტესობაში მდებარე ატომების თვისებებისგან, ამიტომ ნაწილაკების ზედაპირი შეიძლება ჩაითვალოს მატერიის განსაკუთრებულ მდგომარეობად. რაც უფრო დიდია ზედაპირზე მდებარე ატომების ფრაქცია, მით უფრო ძლიერია ზედაპირთან დაკავშირებული ეფექტები (ნახ. 9).

ბრინჯი. 9. „ზედაპირის“ ატომების (1) და მასალის მოცულობაში (2) ატომების თანაფარდობის ცვლილება ნაწილაკების ზომის მიხედვით.

ნანოობიექტების ელექტრონული სტრუქტურის თავისებურებები აიხსნება ზომის შემცირებასთან დაკავშირებული კვანტური თვისებების გაძლიერებით. ნანოსტრუქტურების უჩვეულო თვისებები ართულებს მათ ტრივიალურ ტექნიკურ გამოყენებას და ამავე დროს ხსნის სრულიად მოულოდნელ ტექნიკურ პერსპექტივებს.

ნანონაწილაკების თვისებებში მნიშვნელოვანი განსხვავებები იწყება 100 ნმ-ზე ნაკლები ნაწილაკების ზომებში. ენერგეტიკული თვალსაზრისით, ნაწილაკების ზომის შემცირება იწვევს ზედაპირის ენერგიის როლის ზრდას, რაც იწვევს მცირე ობიექტების ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს.

ნანოქიმიის კვლევის ობიექტებიარის სხეულები ისეთი მასის, რომ მათი ეკვივალენტური ზომა (სფეროს დიამეტრი, რომლის მოცულობა სხეულის მოცულობის ტოლია) რჩება ნანორაიმში (0,1 - 100 ნმ). პირობითად, ნანოქიმია შეიძლება დაიყოს თეორიულ, ექსპერიმენტულ და გამოყენებად (ნახ. 10).

ბრინჯი. 10. ნანოქიმიის სტრუქტურა

თეორიული ნანოქიმიაშეიმუშავებს ნანოსხეულების ქცევის გამოთვლის მეთოდებს, ნაწილაკების მდგომარეობის ისეთი პარამეტრების გათვალისწინებით, როგორიცაა სივრცითი კოორდინატები და სიჩქარე, მასა, თითოეული ნანონაწილაკების შემადგენლობის, ფორმისა და სტრუქტურის მახასიათებლები.

ექსპერიმენტული ნანოქიმიავითარდება სამი მიმართულებით. ფარგლებში პირველი, რომელიც სრულად შეესაბამება ანალიტიკური ქიმიის განყოფილებას, მუშავდება და გამოიყენება ულტრამგრძნობიარე ფიზიკოქიმიური მეთოდები, რაც შესაძლებელს ხდის მოლეკულების და კლასტერების სტრუქტურის მსჯელობას, მათ შორის ათობით და ასობით ატომს. მეორემიმართულება სწავლობს მოვლენებს ნანოსხეულებზე ადგილობრივი (ლოკალური) ელექტრო, მაგნიტური ან მექანიკური ზემოქმედების ქვეშ, რომელიც ხორციელდება ნანოზონდების და სპეციალური მანიპულატორების გამოყენებით. მიზანია ცალკეული აირის მოლეკულების ნანოსხეულებთან და ნანოსხეულებთან ურთიერთქმედების შესწავლა, მოლეკულების და გროვების განადგურების და მათი დაშლის გარეშე შიდა გადაწყობის შესაძლებლობის იდენტიფიცირება. ეს მიმართულება ასევე დაინტერესებულია სასურველი გარეგნობის ნანოსხეულის „ატომური შეკრების“ შესაძლებლობით, როდესაც ატომები მოძრაობს სუბსტრატის ზედაპირის გასწვრივ (საბაზისო მასალა, რომლის ზედაპირი ექვემდებარება სხვადასხვა სახის დამუშავებას, შედეგად. რომელი ახალი თვისებების მქონე ფენები წარმოიქმნება ან იზრდება სხვა მასალის ფილმი). ფარგლებში მესამემიმართულებები, განისაზღვრება ნანოსხეულების კოლექტივების მაკროკინეტიკური მახასიათებლები და მათი განაწილების ფუნქციები მდგომარეობის პარამეტრებზე.

გამოყენებითი ნანოქიმიამოიცავს: ინჟინერიასა და ნანოტექნოლოგიაში ნანოსისტემების გამოყენების თეორიული საფუძვლების შემუშავებას, სპეციფიკური ნანოსისტემების განვითარების პროგნოზირების მეთოდებს მათი გამოყენების პირობებში, აგრეთვე მუშაობის ოპტიმალური მეთოდების ძიებას ( ტექნიკური ნანოქიმია); ნანოსისტემების ქცევის თეორიული მოდელების შექმნა ნანომასალების სინთეზის დროს და მათი წარმოებისთვის ოპტიმალური პირობების ძიება ( სინთეზური ნანოქიმია); ბიოლოგიური ნანოსისტემების შესწავლა და ნანოსისტემების სამკურნალო მიზნებისთვის გამოყენების მეთოდების შექმნა ( სამედიცინო ნანოქიმია); ნანონაწილაკების ფორმირებისა და მიგრაციის თეორიული მოდელების შემუშავება გარემოში და ნანონაწილაკებისგან ბუნებრივი წყლების ან ჰაერის გაწმენდის მეთოდები ( ეკოლოგიური ნანოქიმია).

კვლევის ობიექტების ზომებზე საუბრისას აუცილებელია გავითვალისწინოთ, რომ ქიმიაში ნანომასშტაბის ინტერვალის საზღვრები თვითნებურია. სხეულის თვისებები მგრძნობიარეა მისი ზომის სხვადასხვა ხარისხით. ზოგიერთი თვისება კარგავს თავის სპეციფიკას 10 ნმ-ზე მეტი ზომის დროს, სხვები - 100 ნმ-ზე მეტი. ამიტომ, იმისთვის, რომ ნაკლები თვისებები არ განიხილებოდეს, ნანოინტერვალის ზედა ზღვარი მიიღება 100 ნმ.

ამ ინტერვალში ნებისმიერი თვისება კონკრეტულად დამოკიდებულია მის მასაზე და მოცულობაზე. აქედან გამომდინარე, ნანოქიმიის ობიექტად შეიძლება ჩაითვალოს ობიექტები, რომლებსაც აქვთ ურთიერთქმედება თითოეული ატომი ყველა სხვა ატომთან ერთად მნიშვნელოვანია.

ნანოქიმიური ობიექტები შეიძლება კლასიფიცირდეს სხვადასხვა კრიტერიუმების მიხედვით. მაგალითად, მიხედვით ფაზის მდგომარეობა(ცხრილი 1).

გეომეტრიულად(განზომილებები) ნანოობიექტები შეიძლება კლასიფიცირდეს სხვადასხვა გზით. ზოგიერთი მკვლევარი გვთავაზობს ობიექტის განზომილების დახასიათებას იმ განზომილებების რაოდენობით, რომლებშიც ობიექტს აქვს მაკროსკოპული ზომები. სხვები საფუძვლად იღებენ ნანოსკოპიურ გაზომვებს.

მაგიდაზე ცხრილში 2 მოცემულია ნანოქიმიური კვლევის ძირითადი ობიექტები (ნანონაწილაკები და შესაბამისი ნანოსისტემები).

ნანოობიექტების კლასიფიკაცია მათი განზომილების მიხედვით მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ ფორმალური თვალსაზრისით. გეომეტრია მნიშვნელოვნად მოქმედებს მათ ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე. მოდით განვიხილოთ ნანოქიმიის ზოგიერთი ყველაზე პრიორიტეტული კვლევის ობიექტი.

ნანონაწილაკები კეთილშობილი გაზის ატომებიდან. ისინი ყველაზე მარტივი ნანოობიექტებია. ინერტული აირების ატომები მთლიანად შევსებული ელექტრონული გარსებით სუსტად ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან ვან დერ ვაალის ძალების მეშვეობით. ასეთი ნაწილაკების აღწერისას გამოიყენება მყარი ბურთულების მოდელი (სურ. 11). შებოჭვის ენერგია, ანუ ნანონაწილაკებისგან ინდივიდუალური ატომის გამოყოფაზე დახარჯული ენერგია ძალიან მცირეა, ამიტომ ნაწილაკები არსებობს არაუმეტეს 10-100 კ ტემპერატურაზე.

ბრინჯი. 11. 16 არგონის ატომის ნანონაწილაკები.

ლითონის ნანონაწილაკები. რამდენიმე ატომის ლითონის მტევანში შეიძლება განხორციელდეს როგორც კოვალენტური, ასევე მეტალის ტიპის ბმები (ნახ. 12). ლითონის ნანონაწილაკები ძალიან რეაქტიულია და ხშირად იყენებენ კატალიზატორებად. ლითონის ნანონაწილაკებს შეუძლიათ მიიღონ რეგულარული ფორმები - ოქტაედონი, იკოსაედონი, ტეტრადეკაედონი.

ბრინჯი. 12. პლატინის (თეთრი სფეროები) და სპილენძის (ნაცრისფერი) ატომებისგან შემდგარი ნანონაწილაკები

ფულერენები. ისინი წარმოადგენენ ღრუ ნაწილაკებს, რომლებიც წარმოიქმნება ნახშირბადის ატომების პოლიედრებით, რომლებიც დაკავშირებულია კოვალენტური ბმით. ფულერენებს შორის განსაკუთრებული ადგილი უჭირავს 60 ნახშირბადის ატომის ნაწილაკს - C 60, რომელიც მოგვაგონებს ფეხბურთის მიკროსკოპულ ბურთს (სურ. 13).

ბრინჯი. 13. ფულერენის მოლეკულა C 60

ფულერენები ფართოდ გამოიყენება: ახალი ლუბრიკანტებისა და ხახუნის საწინააღმდეგო საფარების, ახალი ტიპის საწვავის, ულტრა მაღალი სიხისტის ალმასის მსგავსი ნაერთების, სენსორების და საღებავების შესაქმნელად.

ნახშირბადის ნანომილები. ეს არის ღრუ ინტრამოლეკულური ობიექტები, რომლებიც შედგება დაახლოებით 1,000,000 ნახშირბადის ატომისგან და წარმოადგენს ერთ ან მრავალშრიან მილებს 1-დან 30 ნმ-მდე დიამეტრით და რამდენიმე ათეული მიკრონის სიგრძით. ნანომილის ზედაპირზე ნახშირბადის ატომები განლაგებულია რეგულარული ექვსკუთხედების წვეროებზე (სურ. 14).

ბრინჯი. 14. ნახშირბადის ნანომილები.

ნანომილებს აქვთ მრავალი უნიკალური თვისება, რის წყალობითაც ისინი ფართოდ გამოიყენება ძირითადად ახალი მასალების, ელექტრონიკის და სკანირების მიკროსკოპის შესაქმნელად. ნანომილების უნიკალური თვისებები: მაღალი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი, ელექტრული გამტარობა, სიძლიერე - შესაძლებელს ხდის მათზე დაფუძნებული სხვადასხვა პროცესისთვის ეფექტური კატალიზატორის მატარებლების შექმნას. მაგალითად, ნანომილები გამოიყენება ენერგიის ახალი წყაროების - საწვავის უჯრედების დასამზადებლად, რომლებსაც შეუძლიათ მუშაობა ბევრჯერ უფრო მეტხანს, ვიდრე ერთი და იგივე ზომის მარტივი ბატარეები. მაგალითად, ნანომილებს პალადიუმის ნანონაწილაკებით შეუძლიათ წყალბადის კომპაქტურად შენახვა მათ მოცულობაზე ათასჯერ მეტი. საწვავის უჯრედების ტექნოლოგიის შემდგომი განვითარება შესაძლებელს გახდის მათში ასობით და ათასობითჯერ მეტი ენერგიის შენახვას, ვიდრე თანამედროვე ბატარეებში.

იონური მტევანი. ისინი წარმოადგენენ კლასიკურ სურათს, რომელიც დამახასიათებელია იონური კავშირისთვის ნატრიუმის ქლორიდის ბროლის ბადეში (სურ. 15). თუ იონური ნანონაწილაკი საკმარისად დიდია, მაშინ მისი სტრუქტურა ახლოსაა ნაყარი კრისტალის სტრუქტურასთან. იონური ნაერთები გამოიყენება მაღალი გარჩევადობის ფოტოგრაფიული ფილმების, მოლეკულური ფოტოდეტექტორების, მიკროელექტრონული და ელექტროოპტიკის სხვადასხვა დარგებში.

ბრინჯი. 15. NaCl მტევანი.

ფრაქტალური მტევანი. ეს არის განშტოებული აგებულების ობიექტები (სურ. 16): ჭვარტლი, კოლოიდები, სხვადასხვა აეროზოლები და აეროგელები. ფრაქტალი არის ობიექტი, რომელშიც, გადიდების მატებასთან ერთად, შეგიძლიათ ნახოთ, როგორ მეორდება მასში ერთი და იგივე სტრუქტურა ყველა დონეზე და ნებისმიერ მასშტაბში.

სურ. 16. ფრაქტალური მტევანი

მოლეკულური მტევანი(სუპრამოლეკულური სისტემები). კლასტერები, რომლებიც შედგება მოლეკულებისგან. კლასტერების უმეტესობა მოლეკულურია. მათი რაოდენობა და მრავალფეროვნება უზარმაზარია. კერძოდ, ბევრი ბიოლოგიური მაკრომოლეკულა მიეკუთვნება მოლეკულურ კლასტერებს (სურ. 17 და 18).

ბრინჯი. 17. ფერედოქსინის ცილის მოლეკულური მტევანი.

ბრინჯი. 18. მაღალი ტრიალების მოლეკულური მტევნები

ნანოქიმია

ქიმია და ფარმაკოლოგია

ნანომეცნიერება დამოუკიდებელ დისციპლინად მხოლოდ ბოლო 7-10 წლის განმავლობაში გაჩნდა. ნანოსტრუქტურების შესწავლა მრავალი კლასიკური სამეცნიერო დისციპლინის საერთო მიმართულებაა. ნანოქიმია მათ შორის ერთ-ერთ წამყვან ადგილს იკავებს, რადგან ის თითქმის შეუზღუდავ შესაძლებლობებს ხსნის განვითარების, წარმოებისა და კვლევისთვის...

განათლების ფედერალური სააგენტო ომსკის სახელმწიფო პედაგოგიური უნივერსიტეტის ქიმიისა და ბიოლოგიის ფაკულტეტი
ქიმიის დეპარტამენტი და ქიმიის სწავლების მეთოდები

ნანოქიმია

დაასრულა: სტუდენტი 1-ХО კუკლინა ნ.ე.

შეამოწმა: დოქტორი, ასოცირებული პროფესორი B.Ya.Bryansky.

ომსკი 2008 წ

§1. ნანომეცნიერების ჩამოყალიბების ისტორია……………………………………………………………………………………………………………………………………………

§2. ნანომეცნიერების ძირითადი ცნებები…………………………………………………………………….5

§3. ზოგიერთი ნანონაწილაკების სტრუქტურისა და ქცევის თავისებურებები…………………………………8

§4. ნანოქიმიის გამოყენებითი გამოყენების სახეები…………………………………………………………………………….

§5. ნანონაწილაკების მიღების მეთოდები……………………………………………………………………..10

§6. ნანომასალები და მათი გამოყენების პერსპექტივები………………………………………………...11

ინფორმაციის წყაროები ………………………………………………………………………………………13

§1. ნანომეცნიერების ჩამოყალიბების ისტორია

1905 წ ალბერტ აინშტაინმა თეორიულად დაამტკიცა, რომ შაქრის მოლეკულის ზომა არის პდა ვენები არის 1 ნანომეტრი.

1931 წ გერმანელმა ფიზიკოსებმა ერნსტ რუსკამ და მაქს ნოლმა შექმნეს ელექტრონული მიკროსკოპიო ფარგლები უზრუნველყოფს 10 15 -ჯერ გაზრდა.

1932 წ ჰოლანდიელმა პროფესორმა ფრიც ზერნიკემ გამოიგონა ფაზის კონტრასტი მირომ როსკოპი ოპტიკური მიკროსკოპის ვარიანტია, რომელიც აუმჯობესებს გამოსახულების დეტალების ჩვენების ხარისხსა ჟენია და მისი დახმარებით შეისწავლა ცოცხალი უჯრედები.

1939 წ Siemens-მა, სადაც ერნსტ რუსკა მუშაობდა, გამოუშვა პირველი კომერციული ელექტრონული მიკროსკოპი 10 ნმ გარჩევადობით.

1966 წ ამერიკელი ფიზიკოსი რასელ იანგი, რომელიც მუშაობდა ასის ეროვნულ ბიუროშინ ისრები, გამოიგონეს ძრავა, რომელიც დღეს გამოიყენება გვირაბის მიკროორგანიზმების სკანირებისთვისო სკოპები და ნანოინსტრუმენტების პოზიციონირებისთვის 0,01 ანგსტრომის სიზუსტით (1 ნანომეტრი = 10 ანგსტრომი).

1968 წ Bell-ის აღმასრულებელმა ვიცე-პრეზიდენტმა ალფრედ ჩომ და ჯონ არტურმა, მისი ნახევარგამტარების კვლევის დეპარტამენტის თანამშრომელმა, დაასაბუთეს ნანოტექნოლოგიის გამოყენების თეორიული შესაძლებლობა ზედაპირული დამუშავების პრობლემების გადაჭრაში და ელექტრონული მოწყობილობების შექმნისას ატომური სიზუსტის მიღწევაში.

1974 წ იაპონელმა ფიზიკოსმა ნორიო ტანიგუჩიმ, რომელიც მუშაობდა ტოკიოს უნივერსიტეტში, შემოგვთავაზა ტერმინი „ნანოტექნოლოგია“ (მატერიის გაყოფის, შეკრებისა და შეცვლის პროცესი.ა თევზაობა ერთი ატომის ან ერთი მოლეკულის ზემოქმედებით), რომელმაც სწრაფად მოიპოვა პოპულარობა სამეცნიერო წრეებში.

1982 წ IBM ციურიხის კვლევით ცენტრში ფიზიკოსები გერდ ბინიგი და გენ რიჩ რორერმა შექმნა სკანირების გვირაბის მიკროსკოპი (STM), რომელიც საშუალებას აძლევს ავაშენოთ ატომების განლაგების სამგანზომილებიანი სურათი გამტარ მასალების ზედაპირებზე.

1985 წ სამმა ამერიკელმა ქიმიკოსმა: რაისის უნივერსიტეტის პროფესორმა რიჩარდ სმელიმ, ისევე როგორც რობერტ კარლმა და ჰაროლდ კროტომ, აღმოაჩინეს ფულერენი - შედგენილი მოლეკულები.მე რომელიც შედგება 60 ნახშირბადის ატომისგან, რომლებიც განლაგებულია სფეროს სახით. ამ მეცნიერებმა ასევე შეძლეს პირველად გაზომონ ობიექტი 1 ნმ ზომის.

1986წ გერდ ბინიგმა შეიმუშავა სკანირებადი ატომური ძალის ზონდი მიკროო ფარგლები, რამაც საბოლოოდ შესაძლებელი გახადა ნებისმიერი მასალის ატომების ვიზუალიზაცია (არა მხოლოდო მძღოლები), ასევე მათი მანიპულირება.

19871988 წ დელტას კვლევით ინსტიტუტში პ.ნ. ლუსკინოვიჩმა ექსპლუატაციაში ჩაუშვა პირველი რუსული ნანოტექნოლოგიური ინსტალაცია, რომელიც ახორციელებდა ნაწილაკების მიმართულ გაქცევას მიკროსკოპის ზონდის წვერიდან გათბობის გავლენის ქვეშ.

1989 წ მეცნიერებმა დონალდ ეიგლერმა და ერჰარდ შვეცერმა კალიფორნიის IBM კვლევითი ცენტრიდან შეძლეს თავიანთი კომპანიის სახელი 35 ქსენონის ატომით ნიკელის კრისტალზე ჩამოაყალიბონ.

1991 წ იაპონელი პროფესორი სუმიო ლიჯიმა, რომელიც მუშაობდა NEC-ში დათან გამოიყენეს ფულერენი ნახშირბადის მილების (ან ნანომილების) შესაქმნელად 0,8 ნმ დიამეტრით.

1991 წ ამერიკის შეერთებულ შტატებში ამოქმედდა ეროვნული სამეცნიერო ფონდის პირველი ნანოტექნოლოგიური პროგრამა. იაპონიის მთავრობაც მსგავს საქმიანობას ეწევა.

1998 წ დელფტსის ტექნიკური უნივერსიტეტის ჰოლანდიელმა პროფესორმა ცეეს დეკერმა შექმნა ტრანზისტორი, რომელიც დაფუძნებულია ნანომილაკებზე. ამისათვის ის უნდა ყოფილიყო მსოფლიოში პირველი, ვინც შეცვლილიყოე განსაზღვრეთ ასეთი მოლეკულის ელექტრული გამტარობა.

2000 წ გერმანელმა ფიზიკოსმა ფრანც გისიბლმა დაინახა სუბატომური ნაწილაკები სილიკონში. მისმა კოლეგამ რობერტ მაგერლემ შემოგვთავაზა ნანოტომოგრაფიის ტექნოლოგია სამგანზომილებიანი შესაქმნელადრ მატერიის შიდა სტრუქტურის ახალი სურათი 100 ნმ გარჩევადობით.

2000 წ აშშ-ს მთავრობამ ნანოტექნოლოგიის ეროვნული ინსტიტუტი გახსნადა ინიციატივა (NNI). აშშ-ს ბიუჯეტმა 270 მილიონი დოლარი გამოყო ამ სფეროსთვის, კომერციულიე ჩინურმა კომპანიებმა მასში 10-ჯერ მეტი ინვესტიცია ჩადეს.

2002 წ Cees Dekker-მა დააკავშირა ნახშირბადის მილი დნმ-სთან და შექმნა ერთი ნანოე მექანიზმი.

2003 წ პროფესორმა ფენგ ლიუმ იუტას უნივერსიტეტიდან, ფრანც გისიბლის ნაშრომის გამოყენებით, გამოიყენა ატომური მიკროსკოპი ელექტრონების ორბიტების გამოსახულების შესაქმნელად ბირთვის გარშემო მოძრაობისას მათი აშლილობის ანალიზით.

§2. ნანომეცნიერების ძირითადი ცნებები

ნანომეცნიერება დამოუკიდებელ დისციპლინად მხოლოდ მას შემდეგ გაჩნდად ასაკი 7-10 წელი. ნანოსტრუქტურების შესწავლა მრავალი კლასიკური სამეცნიერო დისციპლინის საერთო მიმართულებაა. ნანოქიმია მათ შორის ერთ-ერთ წამყვან ადგილს იკავებს, რადგან ის ხსნის თითქმის შეუზღუდავ შესაძლებლობებს განსაზღვრული თვისებების მქონე ახალი ნანომასალების შემუშავების, წარმოებისა და კვლევისთვის, რომლებიც ხშირად ხარისხობრივად აღემატება ბუნებრივ მასალებს.

ნანოქიმია - არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს სხვადასხვა ნალექის თვისებებსთ სტრუქტურები, ასევე მათი წარმოების, შესწავლისა და მოდიფიკაციის ახალი მეთოდების შემუშავება.

ნანოქიმიის პრიორიტეტული ამოცანაანანონაწილაკების ზომას შორის კავშირის დამყარებაა სტიცა და მისი თვისებები.

ნანოქიმიის კვლევის ობიექტებიარის სხეულები ისეთი მასით, რომ მათი ექვივალენტიდა ვალენტობის ზომა რჩება ნანოფორთოხლის ფარგლებში (0,1 100 ნმ).

ნანომასშტაბიანი ობიექტები იკავებენ შუალედურ ადგილს, ერთის მხრივ, ნაყარ მასალებს და მეორეს მხრივ ატომებსა და მოლეკულებს შორის. ასეთის არსებობაъ მასალებში მოქმედება მათ ახალ ქიმიურ და ფიზიკურ თვისებებს აძლევს. ნანოობიექტები არის შუალედური და დამაკავშირებელი რგოლი სამყაროს შორის, რომელშიც ისინი მოქმედებენ.ო კვანტური მექანიკის ცოდნა და სამყარო, რომელშიც მოქმედებს კლასიკური ფიზიკის კანონები.

მიმდებარე სამყაროში ობიექტების დამახასიათებელი ზომები

ნანოქიმია სწავლობს სხვადასხვა ნანოსისტემების მომზადებას და თვისებებს.ნანოსისტემები წარმოადგენს სხეულების ერთობლიობას, რომელიც გარშემორტყმულია აირით ან თხევადი გარემოთი. ასეთი თე ისინი შეიძლება იყოს პოლიატომური გროვები და მოლეკულები, ნანოწვეთები და ნანოკრისტალები. ეს არის შუალედური ფორმები ატომებსა და მაკროსკოპულ სხეულებს შორის. სისტემების ზომა დაახლოებითთან მდებარეობს 0.1 100 ნმ-ის ფარგლებში.

ნანოქიმიური ობიექტების კლასიფიკაცია ფაზური მდგომარეობის მიხედვით

ფაზის მდგომარეობა	ერთი ატომები	კლასტერები	ნანონაწილაკები	კომპაქტური ნივთიერება
დიამეტრი, ნმ	0,1-0,3	0,3-10	10-100	100-ზე მეტი
ატომების რაოდენობა	1-10	10-10 6	10 6 -10 9	109-ზე მეტი

ნანოქიმიის მიერ შესწავლილი ობიექტების დიაპაზონი მუდმივად ფართოვდება. ქიმიკოსები ყოველთვის ცდილობდნენ გაეგოთ, რა არის განსაკუთრებული ნანომეტრის ზომის სხეულებში. ამან გამოიწვია კოლოიდური და მაკრომოლეკულური ქიმიის სწრაფი განვითარება.

XX საუკუნის 80-90-იან წლებში ელექტრონული, ატომური ძალის მეთოდების წყალობით დან nel მიკროსკოპით, შესაძლებელი გახდა ლითონების ნანოკრისტალების ქცევაზე დაკვირვება და ნე ორგანული მარილები, ცილის მოლეკულები, ფულერენი და ნანომილები და ბოლო წლებში ტა ეს დაკვირვებები ფართოდ გავრცელდა.

ნანოქიმიური კვლევის ობიექტები

ნანონაწილაკები	ნანოსისტემები
ფულერენები	კრისტალები, ხსნარები
ტუბულენები	აგრეგატები, ხსნარები
ცილის მოლეკულები	ხსნარები, კრისტალები
პოლიმერის მოლეკულები	სოლები, გელები
არაორგანული ნანოკრისტალებიე საზოგადოებები	აეროზოლები, კოლოიდური ხსნარები, ნალექები
მიცელი	კოლოიდური ხსნარები
ნანობლოკები	მყარი
ლანგმუირმა გადაიღო ბლოჯეტი	სხეულები ზედაპირზე ფილმით
გროვები გაზებში	აეროზოლები
ნანონაწილაკები სხვადასხვა ზომის ფენებშიე საზოგადოებები	ნანოსტრუქტურული ფილმები

ამრიგად, შეიძლება განვასხვავოთ ნანოქიმიის შემდეგი ძირითადი მახასიათებლები:

1. ობიექტების გეომეტრიული ზომები არის ნანომეტრის მასშტაბით;
2. ობიექტების და მათი კოლექციების მიერ ახალი თვისებების გამოვლინება;
3. ობიექტების კონტროლისა და ზუსტად მანიპულირების უნარი;
4. ობიექტებზე აწყობილი ობიექტები და მოწყობილობები ახალ მომხმარებლებს იღებენ bskie თვისებები.

§3. ზოგიერთი ნანონაწილაკების სტრუქტურისა და ქცევის თავისებურებები

ნანონაწილაკები კეთილშობილი გაზის ატომებიდანარის უმარტივესი ნანოობიექტებიъ და სხვ. ინერტული აირების ატომები მთლიანად შევსებული ელექტრონული გარსებით სუსტად ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან ვან დერ ვაალის ძალების მეშვეობით. ასეთი ნაწილაკების აღწერისას გამოიყენება მყარი სფეროების მოდელი.

ლითონის ნანონაწილაკები. რამდენიმე ატომის ლითონის მტევანში შეიძლება განხორციელდეს როგორც კოვალენტური, ასევე მეტალის ტიპის ბმები. ლითონის ნანონაწილაკები ძალიან რეაქტიულია და ხშირად იყენებენ კატალიზატორებად.ა ტოროვს. ლითონის ნანონაწილაკები, როგორც წესი, იღებენ ოქტაედრის, icos-ის რეგულარულ ფორმასა ჰედრონი, ტეტრადეკედრონი.

ფრაქტალური მტევანიეს არის განშტოებული სტრუქტურის ობიექტები: ჭვარტლი, კოლ ლოიდები, სხვადასხვა აეროზოლები და აეროგელები. ფრაქტალი არის ობიექტი, რომელშიც ასაკთან ერთად,თან მზარდი გადიდებით, შეგიძლიათ ნახოთ, როგორ მეორდება მასში ერთი და იგივე სტრუქტურა ყველა დონეზე და ნებისმიერ მასშტაბში.

მოლეკულური მტევანიმტევანი, რომელიც შედგება მოლეკულებისგან. კლასების უმეტესობაე თხრილები მოლეკულურია. მათი რაოდენობა და მრავალფეროვნება უზარმაზარია. კერძოდ, მოლეკულებზეზე ბევრი ბიოლოგიური მაკრომოლეკულა ეკუთვნის პოლარულ მტევანებს.

ფულერენები არის ღრუ შიგნით ნაწილაკები, რომლებიც წარმოიქმნება მრავალკუთხედებითნ ნახშირბადის ატომებისგან დამზადებული ნიკები, რომლებიც დაკავშირებულია კოვალენტური ბმით. განსაკუთრებული ადგილი სრულყოფილთა შორისე ახლად დაკავებული C 60 ნახშირბადის ატომიანი ნაწილაკით 60 ფეხბურთის მიკროსკოპული ბურთის მსგავსი.

ნანომილები ეს არის ღრუ მოლეკულები შიგნით, რომელიც შედგება დაახლოებით 1,000,000 ატისგანო ნახშირბადის და არის ერთფენიანი მილები, რომელთა დიამეტრი დაახლოებით ნანომეტრია და სიგრძე რამდენიმე ათეული მიკრონი. ნანომილის ზედაპირზე ნახშირბადის ატომები იხსნებაო განლაგებულია რეგულარული ექვსკუთხედების წვეროებზე.

§4. ნანოქიმიის გამოყენებითი გამოყენების სახეები

პირობითად, ნანოქიმია შეიძლება დაიყოს:

• თეორიული
• ექსპერიმენტული
• Გამოყენებითი

თეორიული ნანოქიმიაშეიმუშავებს ნანოსხეულების ქცევის გამოთვლის მეთოდებს ნაწილაკების მდგომარეობის ისეთი პარამეტრების გათვალისწინებით, როგორიცაა სივრცითი კოორდინატები და სიჩქარეო ზომა, მასა, შემადგენლობის მახასიათებლები, ფორმა და სტრუქტურა თითოეული ნანონაწილაკისთვის.

ექსპერიმენტული ნანოქიმიავითარდება სამი მიმართულებით.როგორც პირველის ნაწილი ვითარდება და გამოიყენება ულტრამგრძნობიარე სპექტრალური მეთოდები, დიახიუ რაც შესაძლებელს ხდის ათეულობით და ასობით ატომის შემცველი მოლეკულების სტრუქტურის მსჯელობას.მეორეს ფარგლებშიმიმართულებები, მოვლენები ადგილობრივი (ლოკალური) ელე მაგნიტური ან მექანიკური ზემოქმედება ნანოსხეულებზე, განხორციელებული ნანოზონდების და სპეციალური მანიპულატორების გამოყენებით.მესამე ნაწილის სახითმე ვადგენ მიმართულებებსთ Xia ნანოსხეულების კოლექტივების მაკროკინეტიკური მახასიათებლები და n განაწილების ფუნქციებია შენიშვნა სახელმწიფო პარამეტრების მიხედვით.

გამოყენებითი ნანოქიმიამოიცავს:

• ინჟინერიასა და ნანოტექნოლოგიაში ნანოსისტემების გამოყენების თეორიული საფუძვლების შემუშავებაო ლოგიკას, მათ პირობებში კონკრეტული ნანოსისტემების განვითარების პროგნოზირების მეთოდებს დათან გამოყენება, ასევე მუშაობის ოპტიმალური მეთოდების ძიება (ტექნიკურიდა ნოქიმია).
• ნანოსისტემების ქცევის თეორიული მოდელების შექმნა ნანომატების სინთეზის დროსე რიალი და მათი წარმოებისთვის ოპტიმალური პირობების ძიება (სინთეზური ნანოქიმია).
• ბიოლოგიური ნანოსისტემების შესწავლა და ნანომეტრების გამოყენების მეთოდების შექმნადა ღეროები სამკურნალო მიზნებისთვის (სამედიცინო ნანოქიმია).
• გარემოში ნანონაწილაკების წარმოქმნისა და მიგრაციის თეორიული მოდელების შემუშავებაზე მკაცრი გარემო და ნანონაწილაკებისგან ბუნებრივი წყლების ან ჰაერის გაწმენდის მეთოდები (მაგო ლოგიკური ნანოქიმია).

§5. ნანონაწილაკების მიღების მეთოდები

ფუნდამენტურად, ნანონაწილაკების სინთეზის ყველა მეთოდი შეიძლება დაიყოს ორ დიდ ჯგუფად:

დისპერსიის მეთოდები, ან ნანონაწილაკების მიღების მეთოდები ჩვეულებრივი მაკრონიმუშის დაფქვით

კონდენსაციის მეთოდები, ან ცალკეული ატომებიდან ნანონაწილაკების „ზრდის“ მეთოდები.

დისპერსიის მეთოდები

დისპერსიული მეთოდებით, საწყისი სხეულები იშლება ნანონაწილაკებად. ნანონაწილაკების მიღების ამ მიდგომას ზოგიერთი მეცნიერი ფიგურალურად უწოდებენ"ზემოდან ქვემოდან მიდგომა" . ეს არის ნანონაწილაკების, ერთგვარი „ხორცის“ შექმნის ყველა გზა.ო ჭრა” მაკროსხეულებისთვის. ეს მეთოდი ფართოდ გამოიყენება მიკროელექტრონიკისთვის მასალების წარმოებაში; ის მოიცავს ობიექტების ზომის შემცირებას ნანომასშტაბამდე, სამრეწველო აღჭურვილობისა და გამოყენებული მასალის შესაძლებლობების ფარგლებში. დათ ნივთიერების ნანონაწილაკებად დაფქვა შესაძლებელია არა მხოლოდ მექანიკურად. რუსული კომპანია Advanced Powder Technologies აწარმოებს ნანონაწილაკებს ლითონის ძაფის ძლიერი დენის იმპულსით აფეთქებით.

ნანონაწილაკების მოპოვების უფრო ეგზოტიკური გზებიც არსებობს. ამერიკელმა მეცნიერებმა შეაგროვეს მიკროორგანიზმები ლეღვის ხის ფოთლებიდან 2003 წელსროდოკოკი და მოათავსეს ისინი ოქროს შემცველ ხსნარში. ბაქტერიები მოქმედებდნენ როგორც ქიმიური აგენტითან სტაბილიზატორი, ვერცხლის იონებისგან დაახლოებით 10 ნმ დიამეტრის სუფთა ნანონაწილაკების შეგროვება. ნანონაწილაკების აგებით ბაქტერიები თავს ნორმალურად გრძნობდნენ და აგრძელებდნენ გამრავლებას.

კონდენსაციამეთოდები

კონდენსაციის მეთოდებით ("ქვემოდან ზევით მიდგომა") ნანონაწილაკები იღებენ nზე ცალკეული ატომების გაერთიანების თემები. მეთოდი არის კონტროლირებადითან ამ პირობებში იქმნება ატომებისა და იონების ანსამბლები. შედეგად, იქმნება ახალი ობიექტები ახალი სტრუქტურებით და, შესაბამისად, ახალი თვისებებით, რომელთა დაპროგრამება შესაძლებელია ანსამბლების ფორმირების პირობების შეცვლით. ეს ერთიდ ეს ნაბიჯი აადვილებს ობიექტების მინიატურიზაციის პრობლემის გადაჭრას, გვაახლოებს რიგი პრობლემების გადაჭრასთან მაღალი გარჩევადობის ლითოგრაფიაში, ახალი მიკროპროცესორების, თხელი პოლიმერული ფილმების და ახალი ნახევარგამტარების შექმნასთან.

§6. ნანომასალები და მათი გამოყენების პერსპექტივები

ნანომასალების კონცეფცია პირველად ჩამოყალიბდაXX საუკუნის 80-იანი წლები გ.გლაიტერის მიერ, რომელმაც თავად შემოიღო ეს ტერმინი სამეცნიერო გამოყენებაში ”ნანომასალა " ტრადიციული ნანომასალების გარდა (როგორიცაა ქიმიური ელემენტები და ნაერთები, ამორფული ნივთიერებები, ლითონები და მათი შენადნობები), მათ შორისაა ნანოსემიგამტარები, ნანოპოლიმერები, ნ.ა არაფოროვანი მასალები, ნანოფხვნილები, მრავალი ნახშირბადის ნანოსტრუქტურა, nა ნობიომასალები, სუპრამოლეკულური სტრუქტურები და კატალიზატორები.

ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ ნანომასალების უნიკალურ თვისებებს, არის ნანონაწილაკების განზომილებიანი, ელექტრონული და კვანტური ეფექტები, რომლებიც ქმნიან მათ, ისევე როგორც მათ ძალიან განვითარებულ ზედაპირს. არაერთმა კვლევამ აჩვენა, რომბ მნიშვნელოვანი და ტექნიკურად საინტერესო ცვლილებები ნანომასალების ფიზიკურ და მექანიკურ თვისებებში (სიძლიერე, სიმტკიცე და ა.შ.) ხდება ნაწილაკების ზომის დიაპაზონში რამდენიმე n-დან.ა რიცხვები 100 ნმ-მდე. დღეისათვის უკვე მიღებულია მრავალი ნანომასალა, რომელიც დაფუძნებულია ნიტრიდებსა და ბორიდებზე, რომელთა კრისტალიტის ზომა დაახლოებით 12 ნმ ან ნაკლებია.

მათ საფუძველში მყოფი ნანონაწილაკების სპეციფიკური თვისებების გამო, ასეთი საგებებიე რიალი ხშირად აღემატება "რეგულარულ" ბევრ რამეს. მაგალითად, მეტა სიძლიერელ ნანოტექნოლოგიით მიღებული ლა 1,53-ჯერ აღემატება ჩვეულებრივი მასალის სიმტკიცეს, მისი სიმტკიცე 5070-ჯერ მეტია, ხოლო კოროზიის წინააღმდეგობა 1012-ჯერ მეტია.

ნანომასალების გამოყენების სფეროები:

• ნანოელექტრონიკისა და ნანოფოტონიკის ელემენტები (ნახევარგამტარული ტრანზისტორები და ლაზერები; ფოტოდეტექტორები; მზის უჯრედები; სხვადასხვა სენსორები)
• ულტრა მკვრივი ინფორმაციის ჩამწერი მოწყობილობები
• ტელეკომუნიკაციები, საინფორმაციო და გამოთვლითი ტექნოლოგიები, სუპე r კომპიუტერები
• ვიდეო ტექნიკა ბრტყელი ეკრანები, მონიტორები, ვიდეო პროექტორები
• მოლეკულური ელექტრონული მოწყობილობები, მათ შორის კონცენტრატორები და ელექტრონული სქემები მოლეკულურ დონეზე
• საწვავის უჯრედები და ენერგიის შესანახი მოწყობილობები
• მიკრო და ნანომექანიკის მოწყობილობები, მათ შორის მოლეკულური ძრავები და ნანომოტორები, ნანორობოტები
• ნანოქიმია და კატალიზი, მათ შორის წვის კონტროლი, საფარი, ელექტრორომ ტროქიმია და ფარმაცევტიკა
• საავიაციო, კოსმოსური და თავდაცვის აპლიკაციების მდგომარეობის მონიტორინგის მოწყობილობებიმე გარემოსდაცვითი კვლევა
• წამლებისა და ცილების მიზანმიმართული მიწოდება, ბიოპოლიმერები და ბიოლოგიური ქსოვილების შეხორცება, კლინიკური და სამედიცინო დიაგნოსტიკა, ხელოვნური კუნთების შექმნაზე თევზაობა, ძვლები, ცოცხალი ორგანოების იმპლანტაცია
• ბიომექანიკა, გენომიკა, ბიოინფორმატიკა, ბიოინსტრუმენტაცია
• კანცეროგენული ქსოვილების, პათოგენების და ბიოლოგიურად მავნე აგენტების რეგისტრაცია და იდენტიფიკაცია; უსაფრთხოება სოფლის მეურნეობაში და სურსათის წარმოებაში.

ომსკის რეგიონი მზად არის ნანოტექნოლოგიის განვითარებისთვის

ნანოტექნოლოგიის განვითარება ომსკის რეგიონში მეცნიერების, ტექნოლოგიებისა და ინჟინერიის განვითარების ერთ-ერთი პრიორიტეტული სფეროა.

ამრიგად, ნახევარგამტარული ფიზიკის ინსტიტუტის SB RAS ომსკის ფილიალში მიმდინარეობს კვლევა.თ ნანოელექტრონიკაზე მუშაობა, ხოლო SB RAS-ის ნახშირწყალბადების დამუშავების პრობლემების ინსტიტუტში მიმდინარეობს მუშაობა ნანოფოროვანი ნახშირბადის საყრდენებისა და კატალიზატორების მისაღებად.

ინფორმაციის წყაროები:

• http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
• http://www.rambler.ru/news
• ht tp: // Nanometer.ru
• http://www.nanonewsnet.ru/ 67 კბ გაკვეთილის აღჭურვილობა: პრეზენტაცია დიდი სამამულო ომის დასაწყისი, რომელშიც გამოყენებულია ომის საწყისი პერიოდის რუკა, ომის შესახებ დოკუმენტური ფილმების ფრაგმენტები, დიაგრამა გერმანიისა და სსრკ ომისთვის მზადყოფნის შესახებ, წიგნების გამოფენა, რომელიც ეძღვნება დიდი სამამულო ომი...

ნანოტექნოლოგიის კონცეფციისთვის, შესაძლოა, არ არსებობს ამომწურავი განმარტება, მაგრამ ამჟამად არსებული მიკროტექნოლოგიების ანალოგიით, აქედან გამომდინარეობს, რომ ნანოტექნოლოგიები არის ტექნოლოგიები, რომლებიც მოქმედებენ ნანომეტრის რიგის რაოდენობებთან. მაშასადამე, „მიკროდან“ „ნანოზე“ გადასვლა არის თვისებრივი გადასვლა მატერიის მანიპულირებიდან ცალკეული ატომების მანიპულირებაზე. რაც შეეხება ნანოტექნოლოგიის განვითარებას, ჩვენ ვგულისხმობთ სამ მიმართულებას: ელექტრონული სქემების (მათ შორის მოცულობითი) წარმოებას აქტიური ელემენტებით მოლეკულებისა და ატომების ზომების შესადარებელი; ნანომანქანების განვითარება და წარმოება; ცალკეული ატომებისა და მოლეკულების მანიპულირება და მათგან მაკრო ობიექტების შეკრება. ამ სფეროებში განვითარება დიდი ხანია მიმდინარეობს. 1981 წელს შეიქმნა გვირაბის მიკროსკოპი, რომელიც ცალკეული ატომების გადაცემის საშუალებას იძლევა. გვირაბის ეფექტი არის მიკრონაწილაკის შეღწევის კვანტური ფენომენი მოძრაობის ერთი კლასიკურად ხელმისაწვდომი რეგიონიდან მეორეში, რომელიც გამოყოფილია პირველისგან პოტენციური ბარიერით. გამოგონილი მიკროსკოპის საფუძველი არის ძალიან ბასრი ნემსი, რომელიც სრიალებს შესასწავლ ზედაპირზე ერთ ნანომეტრზე ნაკლები უფსკრულით. ამ შემთხვევაში, ელექტრონები ნემსის გვირაბის წვერიდან ამ უფსკრულის გავლით შევიდა სუბსტრატში.

თუმცა, ზედაპირული კვლევების გარდა, ახალი ტიპის მიკროსკოპების შექმნამ ფუნდამენტურად ახალი გზა გახსნა ნანომეტრის ზომის ელემენტების ფორმირებისთვის. მიღებულ იქნა უნიკალური შედეგები ატომების მოძრაობაზე, მათ მოცილებაზე და მოცემულ წერტილში დეპონირებაზე, აგრეთვე ქიმიური პროცესების ლოკალურ სტიმულაციაზე. მას შემდეგ ტექნოლოგია მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა. დღესდღეობით ეს მიღწევები გამოიყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში: ნებისმიერი ლაზერული დისკის წარმოება და მით უმეტეს, DVD-ების წარმოება შეუძლებელია ნანოტექნიკური კონტროლის მეთოდების გამოყენების გარეშე.

ნანოქიმია არის ნანოდისპერსირებული ნივთიერებებისა და მასალების სინთეზი, ნანომეტრის ზომის სხეულების ქიმიური გარდაქმნების რეგულირება, ნანოსტრუქტურების ქიმიური დეგრადაციის პრევენცია, ნანოკრისტალების გამოყენებით დაავადებების მკურნალობის მეთოდები.

ნანოქიმიაში კვლევის შემდეგი სფეროებია:

• - ნანომანიპულატორების გამოყენებით ატომებიდან დიდი მოლეკულების აწყობის მეთოდების შემუშავება;
• - მექანიკური, ელექტრული და მაგნიტური ზემოქმედების ქვეშ ატომების ინტრამოლეკულური გადაწყობების შესწავლა. ზეკრიტიკულ სითხის ნაკადებში ნანოსტრუქტურების სინთეზი; მიმართული აწყობის მეთოდების შემუშავება ფრაქტალის, ჩარჩოს, მილაკოვანი და სვეტოვანი ნანოსტრუქტურების ფორმირებით.
• - ულტრადისპერსიული ნივთიერებებისა და ნანოსტრუქტურების ფიზიკურ-ქიმიური ევოლუციის თეორიის შემუშავება; ნანოსტრუქტურების ქიმიური დეგრადაციის თავიდან აცილების გზების შექმნა.
• - ახალი ნანოკატალიზატორების მოპოვება ქიმიური და ნავთობქიმიური მრეწველობისთვის; ნანოკრისტალებზე კატალიზური რეაქციების მექანიზმის შესწავლა.
• - აკუსტიკური ველების ფოროვან გარემოში ნანოკრისტალიზაციის მექანიზმების შესწავლა; ნანოსტრუქტურების სინთეზი ბიოლოგიურ ქსოვილებში; პათოლოგიის მქონე ქსოვილებში ნანოსტრუქტურების ფორმირებით დაავადებების მკურნალობის მეთოდების შემუშავება.
• - ნანოკრისტალების ჯგუფებში თვითორგანიზაციის ფენომენის შესწავლა; ნანოსტრუქტურების სტაბილიზაციის გახანგრძლივების ახალი გზების ძიება ქიმიური მოდიფიკატორებით.
• - მოსალოდნელი შედეგი იქნება მანქანების ფუნქციური სპექტრი, რომელიც უზრუნველყოფს:
• - მოლეკულებზე ადგილობრივი ზემოქმედების ქვეშ მოლეკულური გადაწყობების შესწავლის მეთოდოლოგია.
• - ახალი კატალიზატორები ქიმიური მრეწველობისა და ლაბორატორიული პრაქტიკისთვის;
• - იშვიათი მიწის ოქსიდისა და ვანადიუმის ნანოკატალიზატორები მოქმედების ფართო სპექტრით.
• - ტექნიკური ნანოსტრუქტურების ქიმიური დეგრადაციის პრევენციის მეთოდოლოგია;
• - ქიმიური დეგრადაციის პროგნოზირების მეთოდები.
• - ნანომედიკამენტები თერაპიისა და ქირურგიისთვის, პრეპარატები ჰიდროქსიაპატიტის საფუძველზე სტომატოლოგიისთვის;
• - ონკოლოგიური დაავადებების მკურნალობის მეთოდი სიმსივნური ნანოკრისტალიზაციის ჩატარებით და აკუსტიკური ველის გამოყენებით.
• - ნანოსტრუქტურების შექმნის მეთოდები ნანოკრისტალების მიმართული აგრეგაციის გზით;
• - ნანოსტრუქტურების სივრცითი ორგანიზაციის რეგულირების ტექნიკა.
• - ახალი ქიმიური სენსორები ულტრადისპერსიული აქტიური ფაზით; ქიმიური მოდიფიკაციით სენსორების მგრძნობელობის გაზრდის მეთოდები.

ნანოქიმია არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს სხვადასხვა ნანოსტრუქტურის თვისებებს, ასევე მათი წარმოების, შესწავლისა და მოდიფიკაციის ახალი მეთოდების შემუშავებას.

ნანოქიმიის ერთ-ერთი პრიორიტეტული ამოცანაა ნანონაწილაკების ზომასა და მის თვისებებს შორის კავშირის დამყარება.

ნანოქიმიის კვლევის ობიექტები არის სხეულები ისეთი მასით, რომ მათი ეკვივალენტური ზომა (სფეროს დიამეტრი, რომლის მოცულობა სხეულის მოცულობის ტოლია) რჩება ნანორაიმში (0,1 - 100 ნმ)

ნანოსამყაროს მდებარეობის გამო კლასიკური ფიზიკისა და კვანტური მექანიკის საზღვრებზე, მისი ობიექტები აღარ შეიძლება ჩაითვალოს აბსოლუტურად იდენტურად და სტატისტიკურად განსხვავებულად. ისინი ყველა ინდივიდუალურია და ერთი ნანონაწილაკი განსხვავდება სხვა ნანონაწილაკებისგან შემადგენლობით, სტრუქტურით და მრავალი სხვა პარამეტრით.

ნანოქიმია სწრაფი განვითარების ეტაპზეა, ასე რომ, როცა ის

სწავლის დროს მუდმივად ჩნდება კითხვები ცნებებთან და ტერმინებთან დაკავშირებით.

აშკარა განსხვავებები ტერმინებს „კასეტური“, „ნანონაწილაკი“ და „კვანტური“ შორის

პერიოდი“ ჯერ არ არის ჩამოყალიბებული. ტერმინი "კლასტერი" უფრო ხშირად გამოიყენება

ატომების უფრო დიდი აგრეგატები და საერთოა თვისებების აღსაწერად

ლითონები და ნახშირბადი. ტერმინი "კვანტური წერტილი" ჩვეულებრივ არის

ეხება ნახევარგამტარებისა და კუნძულების ნაწილაკებს, სადაც კვანტური

მუხტის მატარებლების ან ეგციტონების შეზღუდვები გავლენას ახდენს მათ თვისებებზე.

თეორიული ნანოქიმიაშეიმუშავებს ნანოსხეულების ქცევის გამოთვლის მეთოდებს, ნაწილაკების მდგომარეობის ისეთი პარამეტრების გათვალისწინებით, როგორიცაა სივრცითი კოორდინატები და სიჩქარე, მასა, თითოეული ნანონაწილაკების შემადგენლობის, ფორმისა და სტრუქტურის მახასიათებლები.

ექსპერიმენტული ნანოქიმიავითარდება სამი მიმართულებით.

1. ფარგლებში პირველი მუშავდება და გამოიყენება ულტრამგრძნობიარე სპექტრული მეთოდები, რაც შესაძლებელს ხდის ათობით და ასობით ატომის შემცველი მოლეკულების სტრუქტურის მსჯელობას.

2. მეორე მიმართულება სწავლობს მოვლენებს ნანოსხეულებზე ადგილობრივი (ლოკალური) ელექტრო, მაგნიტური ან მექანიკური ზემოქმედების ქვეშ, რომელიც ხორციელდება ნანოზონდების და სპეციალური მანიპულატორების გამოყენებით. მიზანია ცალკეული აირის მოლეკულების ნანოსხეულებთან და ნანოსხეულებთან ურთიერთქმედების შესწავლა, მოლეკულების განადგურების გარეშე და მათი დაშლის გარეშე მოლეკულური გადაწყობის შესაძლებლობის იდენტიფიცირება. ეს მიმართულება ასევე საინტერესოა სასურველი ნანო სხეულის „ატომური შეკრების“ შესაძლებლობით ჩვევა(გარეგნობა) სუბსტრატის ზედაპირის გასწვრივ ატომების გადაადგილებისას (საბაზისო მასალა, რომლის ზედაპირი ექვემდებარება სხვადასხვა სახის დამუშავებას, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ახალი თვისებების მქონე ფენები ან იზრდება სხვა მასალის ფილმი).

3. ფარგლებში მესამე მიმართულებები, განისაზღვრება ნანოსხეულების კოლექტივების მაკროკინეტიკური მახასიათებლები და მათი განაწილების ფუნქციები მდგომარეობის პარამეტრებზე.

გამოყენებითი ნანოქიმიამოიცავს:

§ ინჟინერიასა და ნანოტექნოლოგიაში ნანოსისტემების გამოყენების თეორიული საფუძვლების შემუშავება, სპეციფიკური ნანოსისტემების განვითარების პროგნოზირების მეთოდები მათი გამოყენების პირობებში, აგრეთვე მუშაობის ოპტიმალური მეთოდების ძიება ( ტექნიკური ნანოქიმია);

§ ნანოსისტემების ქცევის თეორიული მოდელების შექმნა ნანომასალების სინთეზის დროს და მათი წარმოებისთვის ოპტიმალური პირობების ძიება ( სინთეზური ნანოქიმია);

§ ბიოლოგიური ნანოსისტემების შესწავლა და ნანოსისტემების სამკურნალო მიზნებისთვის გამოყენების მეთოდების შექმნა ( სამედიცინო ნანოქიმია);

§ ნანონაწილაკების ფორმირებისა და მიგრაციის თეორიული მოდელების შემუშავება გარემოში და ნანონაწილაკებისგან ბუნებრივი წყლების ან ჰაერის გაწმენდის მეთოდები. ეკოლოგიური ნანოქიმია).

მედიცინა და ჯანდაცვა. მოპოვებულია მტკიცებულება, რომ გამოყენება

ნანომოწყობილობები და ნანოსტრუქტურული ზედაპირები შეიძლება გაიზარდოს სიდიდის რიგითობით

ანალიზის ეფექტურობა ბიოლოგიის ისეთ შრომატევად სფეროში, როგორიცაა დეკოდირება

გენეტიკური კოდი. ინდივიდუალური განსაზღვრის მეთოდების შემუშავება

გენეტიკურმა მახასიათებლებმა გამოიწვია რევოლუცია დიაგნოსტიკასა და მკურნალობაში

დაავადებები. მედიკამენტების გამოწერის ოპტიმიზაციის გარდა,

ნანოტექნოლოგიამ შესაძლებელი გახადა წამლის მიწოდების ახალი მეთოდების შემუშავება

დაავადებული ორგანოები და ასევე მნიშვნელოვნად გაზრდის მათი თერაპიული ხარისხს

გავლენა. ნანოტექნოლოგიის მიღწევები გამოიყენება კვლევებში

უჯრედის ბიოლოგია და პათოლოგია. ახალი ანალიტიკური ტექნიკის შემუშავება,

ნანომეტრის მასშტაბით სამუშაოდ შესაფერისი, მნიშვნელოვნად გაიზარდა

უჯრედების ქიმიური და მექანიკური თვისებების შესწავლის ეფექტურობა

(მათ შორის გაყოფა და მოძრაობა) და ასევე შესაძლებელი გახადა მახასიათებლების გაზომვა

ინდივიდუალური მოლეკულები. ეს ახალი ტექნიკა გახდა მნიშვნელოვანი დამატება

ცოცხალი ორგანიზმების ფუნქციონირების შესწავლასთან დაკავშირებული ტექნიკა.

გარდა ამისა, ნანოსტრუქტურების კონტროლირებადი შექმნა იწვევს ახლის შექმნას

ბიოთავსებადი მასალები გაუმჯობესებული მახასიათებლებით.

ბიოლოგიური სისტემების მოლეკულური კომპონენტები (ცილები, ნუკლეინის მჟავები10

მჟავები, ლიპიდები, ნახშირწყლები და მათი ბიოლოგიური ანალოგები) არის მაგალითები

მასალები, რომელთა სტრუქტურა და თვისებები განისაზღვრება ნანო მასშტაბით. ბევრი

გამოყენებით იქმნება ბუნებრივი ნანოსტრუქტურები და ნანოსისტემები

თვითშეკრების ბიოლოგიური მეთოდები. ხელოვნური არაორგანული და

ორგანული ნანომასალები შეიძლება შევიდეს უჯრედებში და გამოიყენონ

დიაგნოსტიკა (მაგალითად, ვიზუალური კვანტის შექმნით

"პუნქტები") და გამოიყენება როგორც მათი აქტიური კომპონენტები.

კომპიუტერის გამოყენებით მეხსიერების მოცულობისა და სიჩქარის გაზრდა

ნანოტექნოლოგიამ შესაძლებელი გახადა მაკრომოლეკულური მოდელირებაზე გადასვლა

ბადეები რეალურ გარემოში. ასეთი გამოთვლები ძალზე მნიშვნელოვანია

ბიოთავსებადი ტრანსპლანტაციებისა და ახალი ტიპის მედიკამენტების განვითარება.

მოდით ჩამოვთვალოთ ნანოტექნოლოგიის რამდენიმე პერსპექტიული გამოყენება

ბიოლოგია:

გენეტიკური კოდების სწრაფი და ეფექტური დეკოდირება, რაც

საინტერესოა დიაგნოსტიკისა და მკურნალობისთვის.

ეფექტური და იაფი ჯანდაცვა

დისტანციური მართვის და მოქმედი მოწყობილობების გამოყენებით

ცოცხალი ორგანიზმების შიგნით

ნარკოტიკების ორგანიზმში შეყვანისა და გავრცელების ახალი მეთოდები, რაც ჰქონდა

დიდი მნიშვნელობა ექნება მკურნალობის ეფექტურობის გაზრდისთვის (მაგ

ნარკოტიკების მიწოდება სხეულის კონკრეტულ ადგილებში)

განვითარება უფრო გამძლე და არა უარყოფილი სხეულის მიერ ხელოვნური

ქსოვილები და ორგანოები

სენსორული სისტემების შემუშავება, რომელსაც შეუძლია სიგნალი

სხეულის შიგნით დაავადებების გაჩენა, რაც ექიმებს საშუალებას მისცემს

ჩაერთოს არა იმდენად მკურნალობაში, არამედ დიაგნოზში და

დაავადების პრევენცია

სუპრამოლეკულური ქიმიის ობიექტები

ტერმინი "სუპრამოლეკულური ქიმია" პირველად 1978 წელს დაინერგა.

ნობელის პრემიის ლაურეატი ფრანგი ქიმიკოსი ჟან-მარი ლენი და

განისაზღვრება, როგორც „ქიმია, რომელიც აღწერს რთულ წარმონაქმნებს, რომლებიც

ორი (ან მეტი) ერთმანეთთან შეკრული ქიმიური ნაწილაკების გაერთიანების შედეგი

ინტერმოლეკულური ძალები." პრეფიქსი "supra" შეესაბამება რუსულს

პრეფიქსი "ზემოთ".

სუპრამოლეკულური (სუპრამოლეკულური) ქიმია

ქიმია) არის მეცნიერების ინტერდისციპლინარული დარგი, მათ შორის ქიმიური,

განხილვის ფიზიკური და ბიოლოგიური ასპექტები უფრო რთული ვიდრე

მოლეკულები, ქიმიური სისტემები, რომლებიც დაკავშირებულია ერთ მთლიანობაში

ინტერმოლეკულური (არაკოვალენტური) ურთიერთქმედება.

სუპრამოლეკულური ქიმიის ობიექტები სუპრამოლეკულურია

ანსამბლები, რომლებიც აგებულია სპონტანურად დამატებითი ანსამბლებისგან, ანუ აქვთ

ფრაგმენტების გეომეტრიული და ქიმიური შესაბამისობა, მსგავსი

ცხოვრების ყველაზე რთული სივრცითი სტრუქტურების სპონტანური შეკრება

გალია. თანამედროვე ქიმიის ერთ-ერთი ფუნდამენტური პრობლემაა

ასეთი სისტემების მიზნობრივი დიზაინი, შექმნა მოლეკულურიდან

უაღრესად მოწესრიგებული სუპრამოლეკულური ნაერთების „სამშენებლო ბლოკები“.

მოცემული სტრუქტურითა და თვისებებით. სუპრამოლეკულური წარმონაქმნები

ახასიათებს მათი კომპონენტების სივრცითი მოწყობა, მათი

არქიტექტურა, „სუპრასტრუქტურა“, ასევე ინტერმოლეკულური ტიპები

ურთიერთქმედება, რომელიც აერთიანებს კომპონენტებს. საერთოდ

ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება უფრო სუსტია ვიდრე კოვალენტური ბმები, ამიტომ

სუპრამოლეკულური ასოციაციები ნაკლებად თერმოდინამიკურად სტაბილურია, მეტი

კინეტიკურად ლაბილური და უფრო დინამიურად მოქნილი ვიდრე მოლეკულები.

დისტანციური საგანმანათლებლო კურსები არის ეფექტური დამატებითი განათლების და მოწინავე ტრენინგის თანამედროვე ფორმა სპეციალისტების მომზადების სფეროში ფუნქციური მასალებისა და ნანომასალების წარმოებისთვის პერსპექტიული ტექნოლოგიების განვითარებისთვის. ეს არის თანამედროვე განათლების ერთ-ერთი პერსპექტიული ფორმა, რომელიც ვითარდება მთელ მსოფლიოში. ცოდნის მიღების ეს ფორმა განსაკუთრებით აქტუალურია ისეთ ინტერდისციპლინურ სფეროში, როგორიცაა ნანომასალები და ნანოტექნოლოგია. დისტანციური კურსების უპირატესობებია მათი ხელმისაწვდომობა, მოქნილობა სასწავლო მარშრუტების მშენებლობაში, სტუდენტებთან ურთიერთობის პროცესის გაუმჯობესებული ეფექტურობა და ეფექტურობა, ხარჯ-ეფექტურობა სრულ განაკვეთზე კურსებთან შედარებით, რაც, თუმცა, შეიძლება ჰარმონიულად იყოს შერწყმული დისტანციურ სწავლებასთან. ნანოქიმიისა და ნანომასალების ფუნდამენტური პრინციპების სფეროში მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ნანოტექნოლოგიების სამეცნიერო და საგანმანათლებლო ცენტრის მიერ მომზადებულია ვიდეო მასალები:

• . ნანოსისტემური მეცნიერებებისა და ნანოტექნოლოგიების ძირითადი ცნებები და განმარტებები. ნანოტექნოლოგიისა და ნანოსისტემური მეცნიერებების გაჩენის ისტორია. ინტერდისციპლინურობა და მულტიდისციპლინურობა. ნანოობიექტების და ნანოსისტემების მაგალითები, მათი მახასიათებლები და ტექნოლოგიური აპლიკაციები. ნანოტექნოლოგიის ობიექტები და მეთოდები. ნანოტექნოლოგიის განვითარების პრინციპები და პერსპექტივები.
• . ნანოსისტემის ფორმირების ძირითადი პრინციპები. ფიზიკური და ქიმიური მეთოდები. ნანოობიექტების მოპოვების პროცესები „ზემოდან ქვემოდან“. კლასიკური, „რბილი“, მიკროსფერო, იონური სხივი (FIB), AFM - ლითოგრაფია და ნანოინდენტაცია. ნანოობიექტების მექანიკური გააქტიურება და მექანიკური სინთეზი. ნანოობიექტების მოპოვების პროცესები „ქვემოდან ზევით“. ბირთვული პროცესები აირისებრ და შედედებულ გარემოში. ჰეტეროგენული ნუკლეაცია, ეპიტაქსია და ჰეტეროეპიტაქსია. სპინოდალური დაშლა. ნანოობიექტების სინთეზი ამორფულ (მინის) მატრიცებში. ქიმიური ჰომოგენიზაციის მეთოდები (კო-ნალექი, სოლ-გელის მეთოდი, კრიოქიმიური ტექნოლოგია, აეროზოლური პიროლიზი, სოლვოთერმული დამუშავება, სუპერკრიტიკული გაშრობა). ნანონაწილაკებისა და ნანოობიექტების კლასიფიკაცია. ნანონაწილაკების მიღებისა და სტაბილიზაციის ტექნიკა. ნანონაწილაკების აგრეგაცია და დაშლა. ნანომასალების სინთეზი ერთ და ორგანზომილებიან ნანორეაქტორებში.
• . ნანოსისტემების სტატისტიკური ფიზიკა. ფაზური გადასვლების თავისებურებები მცირე სისტემებში. შიდა და ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების სახეები. ჰიდროფობიურობა და ჰიდროფილურობა. თვითშეკრება და თვითორგანიზება. მიცელის წარმოქმნა. თვითმმართველობის აწყობილი მონოფენები. ლანგმუირ-ბლოჯეტის ფილმები. მოლეკულების სუპრამოლეკულური ორგანიზაცია. მოლეკულური ამოცნობა. პოლიმერული მაკრომოლეკულები, მათი მომზადების მეთოდები. თვითორგანიზება პოლიმერულ სისტემებში. ბლოკის კოპოლიმერების მიკროფაზური გამოყოფა. დენდრიმერები, პოლიმერული ჯაგრისები. პოლიელექტროლიტების ფენა-ფენა თვითშეკრება. სუპრამოლეკულური პოლიმერები.
• . ნივთიერება, ფაზა, მასალა. მასალების იერარქიული სტრუქტურა. ნანომასალები და მათი კლასიფიკაცია. არაორგანული და ორგანული ფუნქციური ნანომასალები. ჰიბრიდული (ორგანულ-არაორგანული და არაორგანულ-ორგანული) მასალები. ბიომინერალიზაცია და ბიოკერამიკა. ნანოსტრუქტურირებული 1D, 2D და 3D მასალები. მეზოფორული მასალები. მოლეკულური საცრები. ნანოკომპოზიტები და მათი სინერგიული თვისებები. სტრუქტურული ნანომასალები.
• . კატალიზი და ნანოტექნოლოგია. ძირითადი პრინციპები და ცნებები ჰეტეროგენულ კატალიზში. მომზადებისა და აქტივაციის პირობების გავლენა ჰეტეროგენული კატალიზატორების აქტიური ზედაპირის წარმოქმნაზე. სტრუქტურისადმი მგრძნობიარე და სტრუქტურისადმი მგრძნობიარე რეაქციები. ნანონაწილაკების თერმოდინამიკური და კინეტიკური თვისებების სპეციფიკა. ელექტროკატალიზი. კატალიზი ცეოლითებსა და მოლეკულურ საცერებზე. მემბრანული კატალიზი.
• . პოლიმერები სტრუქტურული მასალებისა და ფუნქციური სისტემებისთვის. "ჭკვიანი" პოლიმერული სისტემები, რომლებსაც შეუძლიათ რთული ფუნქციების შესრულება. "ჭკვიანი" სისტემების მაგალითები (პოლიმერული სითხეები ნავთობის წარმოებისთვის, ჭკვიანი ფანჯრები, ნანოსტრუქტურული გარსები საწვავის უჯრედებისთვის). ბიოპოლიმერები, როგორც ყველაზე "ჭკვიანი" სისტემები. ბიომიმეტური მიდგომა. თანმიმდევრობის დიზაინი ჭკვიანი პოლიმერების თვისებების ოპტიმიზაციისთვის. თანმიმდევრობების მოლეკულური ევოლუციის პრობლემები ბიოპოლიმერებში.
• . განხილულია ქიმიური ენერგიის წყაროებისთვის ახალი მასალების შექმნის არსებული მდგომარეობა და პრობლემები: მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედები (SOFC) და ლითიუმის ბატარეები. გაანალიზებულია ძირითადი სტრუქტურული ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ სხვადასხვა არაორგანული ნაერთების თვისებებზე, რომლებიც განსაზღვრავენ მათი ელექტროდულ მასალად გამოყენების შესაძლებლობას: რთული პეროვსკიტები SOFC-ებში და გარდამავალი ლითონის ნაერთები (კომპლექსური ოქსიდები და ფოსფატები) ლითიუმის ბატარეებში. განიხილება ძირითადი ანოდისა და კათოდური მასალები, რომლებიც გამოიყენება ლითიუმის ბატარეებში და აღიარებულია, როგორც პერსპექტიული: მათი უპირატესობები და შეზღუდვები, აგრეთვე შეზღუდვების გადალახვის შესაძლებლობა ნანოსტრუქტურის საშუალებით ატომური სტრუქტურისა და კომპოზიტური მასალების მიკროსტრუქტურის მიმართული ცვლილებებით, მახასიათებლების გაუმჯობესების მიზნით. მიმდინარე წყაროებიდან.

შერჩეული საკითხები განიხილება წიგნის შემდეგ თავებში (ბინომის გამომცემლობა):

საილუსტრაციო მასალები ნანოქიმიაზე, თვითაწყობაზე და ნანოსტრუქტურულ ზედაპირებზე:

მეცნიერულად პოპულარული "ვიდეო წიგნები":

ნანოქიმიისა და ფუნქციური ნანომასალების რჩეული თავები.