Siç u tha më lart, për shkak të vendndodhjes së nanobotës në kufijtë e fizikës klasike dhe mekanikës kuantike, objektet e saj nuk mund të konsiderohen më si absolutisht identike dhe statistikisht të padallueshme. Të gjithë ata janë individualë, dhe një nanogrimcë ndryshon nga një tjetër në përbërje, strukturë dhe shumë parametra të tjerë (për shembull, fullerenet C 60 dhe C 70). Është e pamundur të injorohet prania e johomogjeniteteve dhe parregullsive në strukturën e një objekti dhe të përdoren karakteristika mesatare, integrale për ta përshkruar atë, siç është zakon në fizikën klasike. E veçanta e nanoobjekteve qëndron në faktin se madhësia e tyre është në përpjesëtim me rrezen e veprimit të forcave të bashkëveprimit ndëratomik, d.m.th. me distancën në të cilën duhet të largohen atomet e një trupi në mënyrë që bashkëveprimi i tyre të mos ndikojë në vetitë e tij në një masë të dukshme. Për shkak të kësaj veçorie, nanotrupat ndërveprojnë me njëri-tjetrin dhe me mjedisin ndryshe nga makrotrupat. Shkenca që studion vetitë e nanostrukturave të ndryshme, si dhe zhvillimin e metodave të reja për prodhimin, studimin dhe modifikimin e tyre quhet nanokimia. Ajo studion përgatitjen dhe vetitë e nanosistemeve të ndryshme. Nanosistemet përfaqësojnë një grup trupash të rrethuar nga një medium gaz ose i lëngshëm. Trupa të tillë mund të jenë grupime dhe molekula poliatomike, nanopika dhe nanokristale. Këto janë forma të ndërmjetme midis atomeve dhe trupave makroskopikë. Madhësia e sistemeve mbetet në intervalin 0,1-100 nm.
Një nga detyrat prioritare të kësaj fushe njohurie është vendosja e një marrëdhënieje midis madhësisë së një nanogrimce dhe vetive të saj. Në nanokimi, roli i efektet e madhësisë kuantike, duke shkaktuar një ndryshim në vetitë e një lënde në varësi të madhësisë së grimcave dhe numrit të atomeve ose molekulave në to. Roli i efekteve të madhësisë është aq i madh saqë po bëhen përpjekje për të krijuar tabela të varësisë së vetive të grupimeve dhe nanogrimcave nga madhësia dhe gjeometria e tyre, të ngjashme me Tabelën Periodike. Efektet e madhësisë kuantike përcaktojnë veti të tilla të materies si kapaciteti i nxehtësisë, përçueshmëria elektrike, disa veti optike, etj.
Ndryshimet në karakteristika shoqërohen me dy arsye kryesore: një rritje në fraksionin e sipërfaqes dhe një ndryshim në strukturën elektronike për shkak të efekteve kuantike. Vetitë e atomeve të vendosura afër sipërfaqes ndryshojnë nga vetitë e atomeve të vendosura në pjesën më të madhe të materialit, prandaj sipërfaqja e një grimce mund të konsiderohet si një gjendje e veçantë e materies. Sa më i madh të jetë fraksioni i atomeve të vendosura në sipërfaqe, aq më të forta janë efektet që lidhen me sipërfaqen (Fig. 9).
Oriz. 9. Ndryshimi në raportin e atomeve “sipërfaqe” (1) dhe atyre të vendosura në vëllimin e materialit (2) në varësi të madhësisë së grimcave.
Veçoritë e strukturës elektronike të nanoobjekteve shpjegohen me rritjen e vetive kuantike të shoqëruara me një ulje të madhësisë. Vetitë e pazakonta të nanostrukturave ndërlikojnë përdorimin e tyre të parëndësishëm teknik dhe në të njëjtën kohë hapin perspektiva teknike krejtësisht të papritura.
Ndryshime të rëndësishme në vetitë e nanogrimcave fillojnë të shfaqen në madhësinë e grimcave më të vogla se 100 nm. Nga pikëpamja energjetike, një rënie në madhësinë e grimcave çon në një rritje të rolit të energjisë sipërfaqësore, e cila çon në ndryshime në vetitë fizike dhe kimike të objekteve të vogla.
Objektet e kërkimit të nanokimisë janë trupa me një masë të tillë që madhësia e tyre ekuivalente (diametri i një sfere vëllimi i së cilës është i barabartë me vëllimin e trupit) mbetet brenda nanoranzhit (0,1 - 100 nm). Në mënyrë konvencionale, nanokimia mund të ndahet në teorike, eksperimentale dhe të aplikueshme (Fig. 10).
Oriz. 10. Struktura e nanokimisë
Nanokimia teorike zhvillon metoda për llogaritjen e sjelljes së nanotrupave, duke marrë parasysh parametra të tillë të gjendjes së grimcave si koordinatat dhe shpejtësitë hapësinore, masa, karakteristikat e përbërjes, formën dhe strukturën e secilës nanogrimcë.
Nanokimia eksperimentale zhvillohet në tre drejtime. Brenda së pari, e cila lidhet plotësisht me seksionin e kimisë analitike, po zhvillohen dhe përdoren metoda fiziko-kimike ultrasensitive, duke bërë të mundur gjykimin e strukturës së molekulave dhe grupimeve, duke përfshirë dhjetëra e qindra atome. Së dyti Drejtimi studion fenomenet nën ndikimet lokale (lokale) elektrike, magnetike ose mekanike në nanotrupa, të zbatuara duke përdorur nanosonda dhe manipulues të veçantë. Qëllimi është studimi i ndërveprimit të molekulave individuale të gazit me nanotrupat dhe nanotrupat me njëri-tjetrin, për të identifikuar mundësinë e rirregullimeve të brendshme pa shkatërrimin e molekulave dhe grupimeve dhe shpërbërjen e tyre. Ky drejtim është gjithashtu i interesuar për mundësinë e "montimit atomik" të një nanotrupi të pamjes së dëshiruar kur lëviz atomet përgjatë sipërfaqes së një substrati (materiali bazë, sipërfaqja e të cilit i nënshtrohet llojeve të ndryshme të përpunimit, si rezultat i cilat shtresa me veti të reja formohen ose rritet një film i një materiali tjetër). Brenda e treta drejtimet, përcaktohen karakteristikat makrokinetike të kolektivave të nanotrupave dhe funksionet e shpërndarjes së tyre mbi parametrat e gjendjes.
Nanokimia e aplikuar përfshin: zhvillimin e bazave teorike për përdorimin e nanosistemeve në inxhinieri dhe nanoteknologji, metoda për parashikimin e zhvillimit të nanosistemeve specifike në kushtet e përdorimit të tyre, si dhe kërkimin e metodave optimale të funksionimit ( nanokimi teknike); krijimi i modeleve teorike të sjelljes së nanosistemeve gjatë sintezës së nanomaterialeve dhe kërkimi i kushteve optimale për prodhimin e tyre ( nanokimi sintetike); studimi i nanosistemeve biologjike dhe krijimi i metodave për përdorimin e nanosistemeve për qëllime mjekësore ( nanokimi mjekësore); zhvillimi i modeleve teorike të formimit dhe migrimit të nanogrimcave në mjedis dhe metodave për pastrimin e ujërave natyrore ose ajrit nga nanogrimcat ( nanokimia ekologjike).
Duke folur për madhësitë e objekteve të studimit, është e nevojshme të merret parasysh se kufijtë e intervalit të shkallës nano në kimi janë arbitrare. Vetitë e një trupi janë të ndjeshme në shkallë të ndryshme ndaj madhësisë së tij. Disa nga vetitë humbasin specifikën e tyre në madhësi më të mëdha se 10 nm, të tjera - më të mëdha se 100 nm. Prandaj, për të përjashtuar më pak veti nga shqyrtimi, kufiri i sipërm i nanointervalit merret të jetë 100 nm.
Në këtë interval, çdo pronë varet në mënyrë specifike nga masa dhe vëllimi i saj. Prandaj, objekt i nanokimisë mund të konsiderohen objekte që kanë ndërveprime çdo atom me të gjithë atomet e tjerë janë domethënës.
Objektet nanokimike mund të klasifikohen sipas kritereve të ndryshme. Për shembull, sipas gjendje fazore(Tabela 1).
Gjeometrikisht(dimensionet) nanoobjektet mund të klasifikohen në mënyra të ndryshme. Disa studiues propozojnë të karakterizojnë dimensionalitetin e një objekti me numrin e dimensioneve në të cilat objekti ka dimensione makroskopike. Të tjerë marrin si bazë numrin e matjeve nanoskopike.
Në tabelë Tabela 2 tregon objektet kryesore të kërkimit nanokimik (nanogrimcat dhe nanosistemet përkatëse).
Klasifikimi i nanoobjekteve sipas dimensionalitetit të tyre është i rëndësishëm jo vetëm nga pikëpamja formale. Gjeometria ndikon ndjeshëm në vetitë e tyre fizike dhe kimike. Le të shqyrtojmë disa nga objektet kërkimore me prioritet më të lartë në nanokimi.
Nanogrimca nga atomet e gazit fisnik. Ato janë nanoobjektet më të thjeshta. Atomet e gazeve inerte me predha elektronike të mbushura plotësisht ndërveprojnë dobët me njëri-tjetrin përmes forcave van der Waals. Kur përshkruhen grimca të tilla, përdoret modeli i topave të forta (Fig. 11). Energjia lidhëse, domethënë energjia e shpenzuar për shkëputjen e një atomi individual nga një nanogrimcë, është shumë e vogël, kështu që grimcat ekzistojnë në temperatura jo më të larta se 10-100 K.
Oriz. 11. Nanogrimca me 16 atome argon.
Nanogrimcat metalike. Në grupimet metalike të disa atomeve, mund të realizohen lidhje kovalente dhe metalike (Fig. 12). Nanogrimcat metalike janë shumë reaktive dhe shpesh përdoren si katalizatorë. Nanogrimcat metalike mund të marrin forma të rregullta - oktaedron, ikozaedron, tetradekaedron.
Oriz. 12. Nanogrimca të përbëra nga atome platini (sfera të bardha) dhe bakri (gri)
Fullerenet. Ato janë grimca të zbrazëta të formuara nga poliedra të atomeve të karbonit të lidhura nga një lidhje kovalente. Një vend të veçantë midis fullereneve zë një grimcë prej 60 atomesh karboni - C 60, që të kujton një top mikroskopik futbolli (Fig. 13).
Oriz. 13. Molekula e Fullerenit C 60
Fullerenet përdoren gjerësisht: në krijimin e lubrifikantëve të rinj dhe veshjeve kundër fërkimit, llojeve të reja të karburantit, komponimeve të ngjashme me diamantin me fortësi ultra të lartë, sensorë dhe bojëra.
Nanotubat e karbonit. Këto janë objekte të zbrazëta intramolekulare që përbëhen nga afërsisht 1.000.000 atome karboni dhe përfaqësojnë tuba me një ose shumë shtresa me një diametër prej 1 deri në 30 nm dhe një gjatësi prej disa dhjetëra mikron. Në sipërfaqen e nanotubit, atomet e karbonit ndodhen në majat e gjashtëkëndëshave të rregullt (Fig. 14).
Oriz. 14. Nanotubat e karbonit.
Nanotubat kanë një sërë veçorish unike, falë të cilave ato përdoren gjerësisht kryesisht në krijimin e materialeve të reja, elektronikës dhe mikroskopisë skanuese. Vetitë unike të nanotubave: sipërfaqja e lartë specifike, përçueshmëria elektrike, forca - bëjnë të mundur krijimin e bartësve efektivë katalizatorë për procese të ndryshme bazuar në to. Për shembull, nanotubat përdoren për të krijuar burime të reja energjie - qeliza karburanti që mund të funksionojnë shumë herë më gjatë se bateritë e thjeshta të së njëjtës madhësi. Për shembull, nanotubat me nanogrimca paladiumi mund të ruajnë hidrogjenin në mënyrë kompakte mijëra herë më të madhe se vëllimi i tyre. Zhvillimi i mëtejshëm i teknologjisë së qelizave të karburantit do të bëjë të mundur ruajtjen e qindra e mijëra herë më shumë energji në to sesa në bateritë moderne.
Grupe jonike. Ato përfaqësojnë një pamje klasike, karakteristikë e një lidhjeje jonike në rrjetën kristalore të klorurit të natriumit (Fig. 15). Nëse një nanogrimcë jonike është mjaft e madhe, atëherë struktura e saj është afër strukturës së një kristali me shumicë. Përbërjet jonike përdoren në krijimin e filmave fotografikë me rezolucion të lartë, fotodetektorëve molekularë dhe në fusha të ndryshme të mikroelektronikës dhe elektro-optikës.
Oriz. 15. Grup NaCl.
Grupet fraktale. Bëhet fjalë për objekte me strukturë të degëzuar (Fig. 16): bloza, koloidet, aerosolet e ndryshme dhe aerogelet. Një fraktal është një objekt në të cilin, me zmadhimin në rritje, mund të shihni se si e njëjta strukturë përsëritet në të në të gjitha nivelet dhe në çdo shkallë.
Fig. 16. Grup fraktal
Grupet molekulare(sistemet supramolekulare). Grupe të përbëra nga molekula. Shumica e grupimeve janë molekulare. Numri dhe shumëllojshmëria e tyre janë të mëdha. Në veçanti, shumë makromolekula biologjike i përkasin grupimeve molekulare (Fig. 17 dhe 18).
Oriz. 17. Grup molekular i proteinës ferredoksinë.
Oriz. 18. Grupe molekulare me rrotullim të lartë
Nanokimia
Kimi dhe farmakologji
Nanoshkenca është shfaqur si një disiplinë e pavarur vetëm në 7-10 vitet e fundit. Studimi i nanostrukturave është një drejtim i përbashkët për shumë disiplina shkencore klasike. Nanokimia zë një nga vendet kryesore mes tyre, pasi hap mundësi pothuajse të pakufizuara për zhvillimin, prodhimin dhe kërkimin...
AGJENSIA FEDERALE PËR ARSIM UNIVERSITETI SHTETËROR PEDAGOGJIK OMSK FAKULTETI I KIMISË DHE BIOLOGJISË
DEPARTAMENTI I KIMIS DHE METODAT E MSIMDHNIES SE KIMIS
Nanokimia
Plotësuar nga: nxënësja 1-ХО Kuklina N.E.
Kontrolluar nga: Ph.D., Profesor i Asociuar B.Ya.Bryansky.
Omsk 2008
§1. Historia e formimit të nanoshkencës……………………………………………………………3
§2. Konceptet themelore të nanoshkencës………………………………………………………………….5
§3. Veçoritë e strukturës dhe sjelljes së disa nanogrimcave…………………………………8
§4. Llojet e përdorimeve të aplikuara të nanokimisë………………………………………………………………………………………………
§5. Metodat për marrjen e nanogrimcave……………………………………………………………..10
§6. Nanomaterialet dhe perspektivat për aplikimin e tyre…………………………………………………………………………………………………………………………………….
Burimet e informacionit…………………………………………………………………………………………13
§1. Historia e formimit të nanoshkencës
1905 Albert Einstein vërtetoi teorikisht se madhësia e një molekule sheqeri është p dhe venat janë 1 nanometër.
1931 Fizikanët gjermanë Ernst Ruska dhe Max Knoll krijuan mikroskopin elektronik O fushëveprimi që ofron 10 15 -fish rritje.
1932 Profesori holandez Fritz Zernike shpiku mi të kontrastit fazor te roskop një variant i një mikroskopi optik që përmirësoi cilësinë e shfaqjes së detajeve të imazhit A zheniya, dhe studioi qelizat e gjalla me ndihmën e saj.
1939 Siemens, ku punonte Ernst Ruska, prodhoi mikroskopin e parë elektronik komercial me një rezolucion prej 10 nm.
1966 Fizikani amerikan Russell Young, i cili punoi në Byronë Kombëtare të Njëqind n shigjetat, shpiku motorin që përdoret sot në skanimin e mikros së tunelit O scopes dhe për pozicionimin e nanoinstrumenteve me një saktësi prej 0,01 angstroms (1 nanometër = 10 angstroms).
1968 Zëvendëspresidenti Ekzekutiv i Bell Alfred Cho dhe John Arthur, një punonjës i departamentit të tij të kërkimit gjysmëpërçues, vërtetuan mundësinë teorike të përdorimit të nanoteknologjisë në zgjidhjen e problemeve të trajtimit të sipërfaqes dhe arritjen e saktësisë atomike në krijimin e pajisjeve elektronike.
1974 Fizikani japonez Norio Taniguchi, i cili ka punuar në Universitetin e Tokios, propozoi termin "nanoteknologji" (procesi i ndarjes, montimit dhe ndryshimit të lëndës A peshkimi duke i ekspozuar në një atom ose një molekulë), i cili shpejt fitoi popullaritet në qarqet shkencore.
1982 Në Qendrën Kërkimore të IBM Cyrihut, fizikanët Gerd Binnig dhe Ge n Rich Rohrer krijoi një mikroskop tunelimi skanues (STM), i cili lejon që dikush të ndërtojë një pamje tre-dimensionale të rregullimit të atomeve në sipërfaqet e materialeve përcjellëse.
1985 Tre kimistë amerikanë: profesori i Universitetit Rice, Richard Smalley, si dhe Robert Karl dhe Harold Kroto, zbuluan fullerene - molekula të përbëra I i përbërë nga 60 atome karboni të vendosur në formën e një sfere. Këta shkencëtarë ishin gjithashtu në gjendje të masin një objekt me madhësi 1 nm për herë të parë.
1986 Gerd Binnig zhvilloi një mikro-sondë skanuese të forcës atomike O fushëveprimi, i cili më në fund bëri të mundur vizualizimin e atomeve të çdo materiali (jo vetëm O drejtuesit), si dhe t'i manipulojë ato.
19871988 Në Institutin Kërkimor Delta nën drejtimin e P.N. Luskinovich vuri në punë instalimin e parë nanoteknologjik rus, i cili kreu ikjen e drejtuar të grimcave nga maja e një sondë mikroskopi nën ndikimin e ngrohjes.
1989 Shkencëtarët Donald Eigler dhe Erhard Schwetzer nga Qendra Kërkimore IBM në Kaliforni arritën të parashtrojnë emrin e kompanisë së tyre me 35 atome ksenon në një kristal nikeli.
1991 Profesori japonez Sumio Lijima, i cili ka punuar në NEC, dhe Me përdori fullerene për të krijuar tuba karboni (ose nanotuba) me një diametër prej 0,8 nm.
1991 Programi i parë i nanoteknologjisë i Fondacionit Kombëtar të Shkencës u lançua në Shtetet e Bashkuara. Qeveria japoneze është gjithashtu e angazhuar në aktivitete të ngjashme.
1998 Cees Dekker, një profesor holandez në Universitetin Teknik Delfts, krijoi një transistor të bazuar në nanotuba. Për ta bërë këtë, ai duhej të ishte i pari në botë që ndryshonte e përcaktoni përçueshmërinë elektrike të një molekule të tillë.
2000 Fizikani gjerman Franz Gissibl pa grimca nënatomike në silikon. Kolegu i tij Robert Magerle propozoi teknologjinë nanotomografike për të krijuar tredimensionale R një pamje e re e strukturës së brendshme të materies me një rezolucion prej 100 nm.
2000 Qeveria amerikane hapi Institutin Kombëtar të Nanoteknologjisë Dhe iniciativa (NNI). Buxheti i SHBA-së ndau 270 milionë dollarë për këtë zonë komerciale e Kompanitë kineze investuan 10 herë më shumë në të.
2002 Cees Dekker lidhi një tub karboni me ADN-në, duke krijuar një nano të vetme e mekanizmit.
2003 Profesori Feng Liu nga Universiteti i Jutës, duke përdorur punën e Franz Gissibl, përdori një mikroskop atomik për të ndërtuar imazhe të orbitave të elektroneve duke analizuar shqetësimet e tyre ndërsa lëvizin rreth bërthamës.
§2. Konceptet themelore të nanoshkencës
Nanoshkenca u shfaq si një disiplinë e pavarur vetëm pas d mosha 7-10 vjeç. Studimi i nanostrukturave është një drejtim i përbashkët për shumë disiplina shkencore klasike. Nanokimia zë një nga vendet kryesore mes tyre, pasi hap mundësi pothuajse të pakufizuara për zhvillimin, prodhimin dhe kërkimin e nanomaterialeve të reja me veti të specifikuara, shpesh më të larta në cilësi ndaj materialeve natyrore.
Nanokimia - është një shkencë që studion vetitë e sedimenteve të ndryshme T strukturave, si dhe zhvillimin e metodave të reja për prodhimin, studimin dhe modifikimin e tyre.
Detyra prioritare e nanokimisë ështëduke vendosur një marrëdhënie midis madhësisë së nanogrimcave A stitsa dhe vetitë e saj.
Objektet e kërkimit të nanokimisëjanë trupa me një masë të tillë që ekuivalenti i tyre Dhe madhësia e valencës mbetet brenda nanoranzhës (0,1 100 nm).
Objektet në shkallë nano zënë një pozicion të ndërmjetëm midis materialeve me shumicë nga njëra anë dhe atomeve dhe molekulave nga ana tjetër. Prania e të tillëveъ ektet në materiale u jep atyre veti të reja kimike dhe fizike. Nanoobjektet janë një lidhje e ndërmjetme dhe lidhëse midis botës në të cilën ata veprojnë. O njohuri për mekanikën kuantike dhe botën në të cilën veprojnë ligjet e fizikës klasike.
Madhësitë karakteristike të objekteve në botën përreth
Nanokimia studion përgatitjen dhe vetitë e nanosistemeve të ndryshme. Nanosistemet përfaqësojnë një grup trupash të rrethuar nga një medium gaz ose i lëngshëm. I tillë t e Ato mund të jenë grupime dhe molekula poliatomike, nanodroplet dhe nanokristale. Këto janë forma të ndërmjetme midis atomeve dhe trupave makroskopikë. Madhësia e sistemeve rreth Me shtrihet brenda 0,1 100 nm.
Klasifikimi i objekteve nanokimike sipas gjendjes fazore
|
Gjendja e fazës |
Atome të vetme |
Grupimet |
Nanogrimca |
Substanca kompakte |
|
Diametri, nm |
0,1-0,3 |
0,3-10 |
10-100 |
Mbi 100 |
|
Numri i atomeve |
1-10 |
10-10 6 |
10 6 -10 9 |
Mbi 109 |
Gama e objekteve të studiuara nga nanokimia po zgjerohet vazhdimisht. Kimistët gjithmonë kanë kërkuar të kuptojnë se çfarë është e veçantë për trupat me përmasa nanometër. Kjo çoi në zhvillimin e shpejtë të kimisë koloidale dhe makromolekulare.
Në vitet 80-90 të shekullit XX, falë metodave të forcës elektronike, atomike dhe n nel mikroskopi, ishte e mundur të vëzhgohej sjellja e nanokristaleve të metaleve dhe n e kripërat organike, molekulat e proteinave, fullerenet dhe nanotubat, dhe vitet e fundit t A Këto vëzhgime u përhapën gjerësisht.
Objektet e kërkimit nanokimik
|
Nanogrimca |
Nanosistemet |
|
Fullerenet |
Kristalet, tretësirat |
|
Tubulenet |
Agregatet, solucionet |
|
Molekulat e proteinave |
Zgjidhje, kristale |
|
Molekulat e polimerit |
Sols, xhel |
|
Nanokristalet inorganike e shoqërive |
Aerosolet, tretësirat koloidale, reshjet |
|
Micelles |
Tretësirat koloidale |
|
Nanoblloqe |
Lëndët e ngurta |
|
Langmuir filmon Blodgett |
Trupat me një film në sipërfaqe |
|
Grupimet në gaze |
Aerosolet |
|
Nanogrimca në shtresa të madhësive të ndryshme e shoqërive |
Filma me nanostrukturë |
Kështu, mund të dallohen karakteristikat kryesore të mëposhtme të nanokimisë:
- Dimensionet gjeometrike të objekteve janë në shkallë nanometri;
- Manifestimi i pronave të reja sipas objekteve dhe koleksioneve të tyre;
- Aftësia për të kontrolluar dhe manipuluar me saktësi objektet;
- Objektet dhe pajisjet e montuara në bazë të objekteve marrin konsumatorë të rinj pronat bskie.
§3. Veçoritë e strukturës dhe sjelljes së disa nanogrimcave
Nanogrimca nga atomet e gazit fisnikjanë nanoobjektet më të thjeshtaъ etj. Atomet e gazeve inerte me predha elektronike të mbushura plotësisht ndërveprojnë dobët me njëri-tjetrin përmes forcave van der Waals. Kur përshkruhen grimca të tilla, përdoret modeli i sferave të forta.
Nanogrimcat metalike. Në grupimet metalike të disa atomeve, mund të realizohen lidhje kovalente dhe metalike. Nanogrimcat metalike janë shumë reaktive dhe shpesh përdoren si katalizatorë. A torov. Nanogrimcat metalike zakonisht marrin formën e rregullt të një oktaedri, icos A hedron, tetradekaedron.
Grupet fraktalekëto janë objekte me strukturë të degëzuar: blozë, kok l loidet, aerosolet dhe aerogelet e ndryshme. Fraktal është një objekt në të cilin, me kalimin e moshës, Me Me zmadhimin në rritje, mund të shihet se si e njëjta strukturë përsëritet në të në të gjitha nivelet dhe në çdo shkallë.
Grupet molekularegrupime të përbëra nga molekula. Shumica e klasave e hendeku janë molekularë. Numri dhe shumëllojshmëria e tyre janë të mëdha. Në veçanti, për molekulat në Shumë makromolekula biologjike i përkasin grupimeve polare.
Fullerenet janë të zbrazëta brenda grimcave të formuara nga shumëkëndësha n gërvishtjet e bëra nga atomet e karbonit të lidhura nga një lidhje kovalente. Një vend i veçantë në mesin e të plotësuarve e e pushtuar rishtazi nga një grimcë prej 60 atomesh karboni C 60 , që i ngjan një topi mikroskopik futbolli.
Nanotuba këto janë molekula të zbrazëta brenda, të përbëra nga afërsisht 1,000,000 at O karboni dhe janë tuba me një shtresë me një diametër rreth një nanometër dhe një gjatësi prej disa dhjetëra mikron. Në sipërfaqen e nanotubit, atomet e karbonit janë tretur O të vendosura në kulmet e gjashtëkëndëshave të rregullt.
§4. Llojet e përdorimeve të aplikuara të nanokimisë
Në mënyrë konvencionale, nanokimia mund të ndahet në:
- Teorike
- Eksperimentale
- Aplikuar
Nanokimia teorikezhvillon metoda për llogaritjen e sjelljes së nanotrupave, duke marrë parasysh parametra të tillë të gjendjes së grimcave si koordinatat hapësinore dhe shpejtësia O madhësia, masa, karakteristikat e përbërjes, forma dhe struktura e secilës nanogrimcë.
Nanokimia eksperimentalezhvillohet në tre drejtime. Si pjesë e të parës Po zhvillohen dhe përdoren metoda spektrale ultrasensitive, po Ju duke bërë të mundur gjykimin e strukturës së molekulave që përmbajnë dhjetëra e qindra atome.Brenda të dytësdrejtime, dukuri nën elektrike lokale (lokale). e ndikimet magnetike ose mekanike në nanotrupa, të zbatuara duke përdorur nanosonda dhe manipulues të veçantë.Si pjesë e të tretësUnë përcaktoj drejtimet T Karakteristikat makrokinetike Xia të kolektivave të nanotrupave dhe n funksionet e shpërndarjes A shënim sipas parametrave të gjendjes.
Nanokimia e aplikuar përfshin:
- Zhvillimi i bazave teorike për përdorimin e nanosistemeve në inxhinieri dhe nanoteknologji O ologji, metoda për parashikimin e zhvillimit të nanosistemeve specifike në kushtet e tyre dhe Me përdorimi, si dhe kërkimi i metodave optimale të funksionimit (teknike dhe nokimia).
- Krijimi i modeleve teorike të sjelljes së nanosistemeve gjatë sintezës së nanomateve e rialët dhe kërkimi i kushteve optimale për prodhimin e tyre (nanokimi sintetike).
- Studimi i nanosistemeve biologjike dhe krijimi i metodave për përdorimin e nanometrave Dhe kërcell për qëllime mjekësore (nanokimi mjekësore).
- Zhvillimi i modeleve teorike të formimit dhe migrimit të nanogrimcave në mjedis në mjedisi i ashpër dhe metodat për pastrimin e ujërave natyrore ose ajrit nga nanogrimcat (p.sh O nanokimia logjike).
§5. Metodat për marrjen e nanogrimcave
Në thelb, të gjitha metodat për sintezën e nanogrimcave mund të ndahen në dy grupe të mëdha:
Metodat e dispersionit, ose metoda për marrjen e nanogrimcave duke bluar një makro kampion konvencional
metodat e kondensimit, ose metodat e "rritjes" së nanogrimcave nga atomet individuale.
Metodat e dispersionit
Me metodat e dispersionit, trupat fillestarë grimcohen në nanogrimca. Kjo qasje për marrjen e nanogrimcave quhet figurativisht nga disa shkencëtarë"Qasja nga lart poshtë" . Kjo është mënyra më e thjeshtë nga të gjitha për të krijuar nanogrimca, një lloj "mishi" O prerje” për makrotrupat. Kjo metodë përdoret gjerësisht në prodhimin e materialeve për mikroelektronikë; konsiston në zvogëlimin e madhësisë së objekteve në madhësi në shkallë nano brenda mundësive të pajisjeve industriale dhe materialit të përdorur. DHE h Është e mundur që një substancë të bëhet në nanogrimca jo vetëm mekanikisht. Kompania ruse Advanced Powder Technologies prodhon nanogrimca duke shpërthyer një fije metalike me një puls të fuqishëm të rrymës.
Ka edhe mënyra më ekzotike për të marrë nanogrimca. Shkencëtarët amerikanë mblodhën mikroorganizma nga gjethet e fikut në vitin 2003 Rodokoku dhe i vendosi në një tretësirë që përmban ar. Bakteret vepruan si një agjent kimik Me agjent stabilizues, duke mbledhur nanogrimca të rregullta me një diametër prej rreth 10 nm nga jonet e argjendit. Duke ndërtuar nanogrimca, bakteret u ndjenë normale dhe vazhduan të shumohen.
Kondensimi metodat
Me metodat e kondensimit ("Qasja nga poshtë lart") nanogrimcat marrin n në temat e unifikimit të atomeve individuale. Metoda është ajo e kontrolluar Me Në këto kushte, formohen ansamble atomesh dhe jonesh. Si rezultat, objekte të reja formohen me struktura të reja dhe, në përputhje me rrethanat, me veti të reja, të cilat mund të programohen duke ndryshuar kushtet për formimin e ansambleve. Këtë d Lëvizja e bën më të lehtë zgjidhjen e problemit të miniaturizimit të objekteve, na afron me zgjidhjen e një sërë problemesh në litografinë me rezolucion të lartë, krijimin e mikroprocesorëve të rinj, filmave të hollë polimer dhe gjysmëpërçuesve të rinj.
§6. Nanomaterialet dhe perspektivat për aplikimin e tyre
Koncepti i nanomaterialeve u formulua për herë të parë nëVitet 80 të shekullit XX nga G. Gleiter, i cili e futi vetë termin në përdorim shkencor " nanomaterial " Përveç nanomaterialeve tradicionale (të tilla si elementet dhe komponimet kimike, substancat amorfe, metalet dhe lidhjet e tyre), këto përfshijnë nanosemipërçuesit, nanopolimeret, n A materiale joporoze, nanopluhura, nanostruktura të shumta karboni, n A jobiomaterialet, strukturat supramolekulare dhe katalizatorët.
Faktorët që përcaktojnë vetitë unike të nanomaterialeve, janë efektet dimensionale, elektronike dhe kuantike të nanogrimcave që i formojnë ato, si dhe sipërfaqja e tyre shumë e zhvilluar. Studime të shumta kanë treguar se b ndryshime të rëndësishme dhe teknikisht interesante në vetitë fizike dhe mekanike të nanomaterialeve (fortësia, fortësia, etj.) ndodhin në diapazonin e madhësisë së grimcave nga disa n A numrat deri në 100 nm. Aktualisht, shumë nanomateriale të bazuara në nitride dhe boride me një madhësi kristaliti prej rreth 12 nm ose më pak janë marrë tashmë.
Për shkak të vetive specifike të nanogrimcave në themel të tyre, dyshekë të tillë e Rialët shpesh janë superiorë ndaj atyre "të rregullt" në shumë mënyra. Për shembull, metaforca l La i marrë me anë të nanoteknologjisë tejkalon forcën e materialit konvencional me 1,53 herë, fortësia e tij është 5070 herë më e madhe dhe rezistenca e tij ndaj korrozionit është 1012 herë më e madhe.
Fushat e aplikimit të nanomaterialeve:
- elemente të nanoelektronikës dhe nanofotonikës (tranzistorë gjysmëpërçues dhe lazer; fotodetektorë; qeliza diellore; sensorë të ndryshëm)
- pajisje ultra të dendura për regjistrimin e informacionit
- telekomunikacionit, informacionit dhe teknologjive informatike, supe r kompjuterë
- pajisje video ekrane të sheshta, monitorë, video projektorë
- pajisje elektronike molekulare, duke përfshirë çelësat dhe qarqet elektronike në nivel molekular
- qelizat e karburantit dhe pajisjet e ruajtjes së energjisë
- pajisje të mikro- dhe nanomekanikës, duke përfshirë motorët molekularë dhe nanomotorët, nanorobotët
- nanokimi dhe katalizë, duke përfshirë kontrollin e djegies, veshjen, elektrike te trokimi dhe farmaceutikë
- pajisjet e monitorimit të gjendjes së aviacionit, hapësirës dhe aplikimeve të mbrojtjes I kërkime mjedisore
- dërgimi i synuar i barnave dhe proteinave, biopolimereve dhe shërimi i indeve biologjike, diagnostikimi klinik dhe mjekësor, krijimi i muskujve artificialë në peshkimi, kockat, implantimi i organeve të gjalla
- biomekanikë, gjenomikë, bioinformatikë, bioinstrumentim
- regjistrimi dhe identifikimi i indeve kancerogjene, patogjenëve dhe agjentëve biologjikisht të dëmshëm; siguria në bujqësi dhe prodhim ushqimor.
Rajoni i Omsk është gati për të zhvilluar nanoteknologji
Zhvillimi i nanoteknologjisë është një nga fushat prioritare për zhvillimin e shkencës, teknologjisë dhe inxhinierisë në rajonin e Omsk.
Kështu, në degën Omsk të Institutit të Fizikës Gjysmëpërçuese SB RAS, po kryhen kërkime h puna në nanoelektronikë, dhe në Institutin e Problemeve të Përpunimit të Hidrokarbureve të SB RAS, po punohet për marrjen e mbështetësve dhe katalizatorëve nanoporoz të karbonit.
Burimet e informacionit:
- http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
- http://www.rambler.ru/news
- ht tp : // Nanometer.ru
- http://www.nanonewsnet.ru/
67 KB Pajisjet e mësimit: Prezantimi Fillimi i Luftës së Madhe Patriotike, i cili përdor një hartë të periudhës fillestare të luftës, fragmente dokumentarësh për luftën, një diagram për gatishmërinë e Gjermanisë dhe BRSS për luftë, një ekspozitë librash kushtuar Lufta e Madhe Patriotike...
Për konceptin e nanoteknologjisë, ndoshta, nuk ka një përkufizim shterues, por në analogji me mikroteknologjitë ekzistuese aktualisht, rezulton se nanoteknologjitë janë teknologji që veprojnë me sasi të rendit të një nanometri. Prandaj, kalimi nga "mikro" në "nano" është një kalim cilësor nga manipulimi i materies në manipulimin e atomeve individuale. Kur bëhet fjalë për zhvillimin e nanoteknologjisë, nënkuptojmë tre drejtime: prodhimin e qarqeve elektronike (përfshirë ato vëllimore) me elementë aktivë me përmasa të krahasueshme me ato të molekulave dhe atomeve; zhvillimi dhe prodhimi i nanomakinave; manipulimi i atomeve dhe molekulave individuale dhe montimi i makro-objekteve prej tyre. Zhvillimet në këto fusha kanë vazhduar për një kohë të gjatë. Në vitin 1981, u krijua një mikroskop tuneli që lejon transferimin e atomeve individuale. Efekti i tunelit është një fenomen kuantik i depërtimit të një mikrogrimce nga një rajon i lëvizjes klasikisht i aksesueshëm në një tjetër, i ndarë nga i pari nga një pengesë potenciale. Baza e mikroskopit të shpikur është një gjilpërë shumë e mprehtë, që rrëshqet mbi sipërfaqen në studim me një hendek më të vogël se një nanometër. Në këtë rast, elektronet nga maja e tunelit të gjilpërës përmes këtij boshllëku në nënshtresë.
Megjithatë, përveç studimeve sipërfaqësore, krijimi i një lloji të ri mikroskopësh ka hapur një rrugë thelbësisht të re për formimin e elementeve me madhësi nanometër. Rezultate unike u morën në lëvizjen e atomeve, heqjen dhe depozitimin e tyre në një pikë të caktuar, si dhe stimulimin lokal të proceseve kimike. Që atëherë, teknologjia është përmirësuar ndjeshëm. Sot, këto arritje përdoren në jetën e përditshme: prodhimi i çdo disku lazer, e aq më tepër prodhimi i DVD-ve, është i pamundur pa përdorimin e metodave të kontrollit nanoteknik.
Nanokimia është sinteza e substancave dhe materialeve të nanodisperzuara, rregullimi i transformimeve kimike të trupave me madhësi nanometër, parandalimi i degradimit kimik të nanostrukturave, metodat e trajtimit të sëmundjeve duke përdorur nanokristale.
Më poshtë janë fushat e kërkimit në nanokimi:
- - zhvillimi i metodave për grumbullimin e molekulave të mëdha nga atomet duke përdorur nanomanipulues;
- - studimi i rirregullimeve intramolekulare të atomeve nën ndikime mekanike, elektrike dhe magnetike. Sinteza e nanostrukturave në rrjedhat e lëngjeve superkritike; zhvillimi i metodave për montim të drejtuar me formimin e nanostrukturave fraktale, kornizë, tubulare dhe kolone.
- - zhvillimi i teorisë së evolucionit fiziko-kimik të substancave dhe nanostrukturave ultradisperse; duke krijuar mënyra për të parandaluar degradimin kimik të nanostrukturave.
- - marrja e nanokatalizatorëve të rinj për industrinë kimike dhe petrokimike; Studimi i mekanizmit të reaksioneve katalitike në nanokristale.
- - studimi i mekanizmave të nanokristalizimit në media poroze në fushat akustike; sinteza e nanostrukturave në indet biologjike; zhvillimi i metodave për trajtimin e sëmundjeve duke formuar nanostruktura në indet me patologji.
- - studimi i dukurisë së vetëorganizimit në grupe nanokristalesh; kërkimi i mënyrave të reja për të zgjatur stabilizimin e nanostrukturave me modifikues kimikë.
- - Rezultati i pritur do të jetë një gamë funksionale makinerish që ofrojnë:
- - metodologji për studimin e rirregullimeve intramolekulare nën ndikimet lokale në molekula.
- - katalizatorë të rinj për industrinë kimike dhe praktikën laboratorike;
- - Nanokatalizatorë nga toka të rralla okside dhe vanadium me një spektër të gjerë veprimi.
- - metodologjia për parandalimin e degradimit kimik të nanostrukturave teknike;
- - metodat për parashikimin e degradimit kimik.
- - nanomilaçe për terapi dhe kirurgji, preparate të bazuara në hidroksiapatit për stomatologji;
- - një metodë për trajtimin e sëmundjeve onkologjike duke kryer nanokristalizimin intratumoral dhe duke aplikuar një fushë akustike.
- - metodat për krijimin e nanostrukturave me agregim të drejtuar të nanokristaleve;
- - teknikat për rregullimin e organizimit hapësinor të nanostrukturave.
- - sensorë të rinj kimikë me fazë aktive ultradisperse; metodat e rritjes së ndjeshmërisë së sensorëve me modifikim kimik.
Nanokimia është një shkencë që studion vetitë e nanostrukturave të ndryshme, si dhe zhvillimin e metodave të reja për prodhimin, studimin dhe modifikimin e tyre.
Një nga detyrat prioritare të nanokimisë është të vendosë një marrëdhënie midis madhësisë së një nanogrimce dhe vetive të saj.
Objektet e kërkimit të nanokimisë janë trupa me një masë të tillë që madhësia e tyre ekuivalente (diametri i një sfere vëllimi i së cilës është i barabartë me vëllimin e trupit) mbetet brenda nanoranzhit (0,1 - 100 nm)
Për shkak të vendndodhjes së nanobotës në kufijtë e fizikës klasike dhe mekanikës kuantike, objektet e saj nuk mund të konsiderohen më si absolutisht identike dhe statistikisht të padallueshme. Ato janë të gjitha individuale dhe një nanogrimcë ndryshon nga një nanogrimcë tjetër në përbërje, strukturë dhe shumë parametra të tjerë.
Nanokimia është në një fazë zhvillimi të shpejtë, pra kur ajo
Gjatë studimit lindin vazhdimisht pyetje që lidhen me konceptet dhe termat.
Dallime të qarta midis termave "grup", "nanogrimca" dhe "kuantike".
periudhë” nuk janë formuluar ende. Termi "grup" përdoret më shpesh për
agregate më të mëdha atomesh dhe është e zakonshme për të përshkruar vetitë
metaleve dhe karbonit. Termi "pikë kuantike" është zakonisht
i referohet grimcave të gjysmëpërçuesve dhe ishujve, ku kuantike
kufizimet e bartësve të ngarkesës ose eksitoneve ndikojnë në vetitë e tyre.
Nanokimia teorike zhvillon metoda për llogaritjen e sjelljes së nanotrupave, duke marrë parasysh parametra të tillë të gjendjes së grimcave si koordinatat dhe shpejtësitë hapësinore, masa, karakteristikat e përbërjes, formën dhe strukturën e secilës nanogrimcë.
Nanokimia eksperimentale zhvillohet në tre drejtime.
1. Brenda së pari Po zhvillohen dhe përdoren metoda spektrale ultrasensitive, duke bërë të mundur gjykimin e strukturës së molekulave që përmbajnë dhjetëra e qindra atome.
2. Së dyti Drejtimi studion fenomenet nën ndikimet lokale (lokale) elektrike, magnetike ose mekanike në nanotrupa, të zbatuara duke përdorur nanosonda dhe manipulues të veçantë. Qëllimi është studimi i ndërveprimit të molekulave individuale të gazit me nanotrupat dhe nanotrupat me njëri-tjetrin, për të identifikuar mundësinë e rirregullimeve intramolekulare pa shkatërrimin e molekulave dhe me shpërbërjen e tyre. Ky drejtim është gjithashtu me interes për mundësinë e "montimit atomik" të një nanotrupi të dëshiruar zakon(pamja) kur lëvizni atomet përgjatë sipërfaqes së nënshtresës (materiali bazë, sipërfaqja e të cilit i nënshtrohet llojeve të ndryshme të përpunimit, si rezultat i të cilit formohen shtresa me veti të reja ose rritet një film i një materiali tjetër).
3. Brenda e treta drejtimet, përcaktohen karakteristikat makrokinetike të kolektivave të nanotrupave dhe funksionet e shpërndarjes së tyre mbi parametrat e gjendjes.
Nanokimia e aplikuar përfshin:
§ zhvillimi i bazave teorike për përdorimin e nanosistemeve në inxhinieri dhe nanoteknologji, metoda për parashikimin e zhvillimit të nanosistemeve specifike në kushtet e përdorimit të tyre, si dhe kërkimin e metodave optimale të funksionimit ( nanokimi teknike);
§ krijimi i modeleve teorike të sjelljes së nanosistemeve gjatë sintezës së nanomaterialeve dhe kërkimi i kushteve optimale për prodhimin e tyre ( nanokimi sintetike);
§ studimi i nanosistemeve biologjike dhe krijimi i metodave për përdorimin e nanosistemeve për qëllime mjekësore ( nanokimi mjekësore);
§ zhvillimi i modeleve teorike të formimit dhe migrimit të nanogrimcave në mjedis dhe metodave për pastrimin e ujërave natyrore ose ajrit nga nanogrimcat ( nanokimia ekologjike).
Mjekësia dhe kujdesi shëndetësor. Janë marrë dëshmi se përdorimi
nanopajisjet dhe sipërfaqet me nanostrukturë mund të rriten me një renditje të madhësisë
efikasiteti i analizës në një fushë kaq intensive të punës të biologjisë si dekodimi
kodi gjenetik. Zhvillimi i metodave për përcaktimin e individit
Karakteristikat gjenetike çuan në një revolucion në diagnozë dhe trajtim
sëmundjet. Përveç optimizimit të përshkrimit të barnave,
nanoteknologjia ka bërë të mundur zhvillimin e metodave të reja të shpërndarjes së barnave në
organet e sëmura, dhe gjithashtu rrisin ndjeshëm shkallën e tyre terapeutike
ndikim. Arritjet e nanoteknologjisë përdoren në kërkime mbi
biologjia dhe patologjia qelizore. Zhvillimi i teknikave të reja analitike,
i përshtatshëm për punë në shkallën nanometrike, është rritur ndjeshëm
efikasiteti i studimeve të vetive kimike dhe mekanike të qelizave
(përfshirë ndarjen dhe lëvizjen), dhe gjithashtu bëri të mundur matjen e karakteristikave
molekula individuale. Këto teknika të reja janë bërë një shtesë e rëndësishme
teknikat që lidhen me studimin e funksionimit të organizmave të gjallë.
Përveç kësaj, krijimi i kontrolluar i nanostrukturave çon në krijimin e të rejave
materiale biokompatibile me karakteristika të përmirësuara.
Komponentët molekularë të sistemeve biologjike (proteinat, acidet nukleike10
acidet, lipidet, karbohidratet dhe analogët e tyre biologjikë) janë shembuj
materialet, struktura dhe vetitë e të cilave përcaktohen në një shkallë nano. Shumë
nanostrukturat natyrore dhe nanosistemet formohen duke përdorur
metodat biologjike të vetë-montimit. Inorganike artificiale dhe
nanomaterialet organike mund të futen në qeliza dhe të përdoren për
diagnostifikimi (për shembull, duke krijuar kuantikë të vizualizuar
"pikat") dhe përdoren si përbërës aktivë të tyre.
Rritja e kapacitetit të memories dhe shpejtësisë së një kompjuteri duke përdorur
nanoteknologjia bëri të mundur kalimin në modelimin makromolekulare
rrjete në një mjedis real. Llogaritjet e tilla janë jashtëzakonisht të rëndësishme për
zhvillimi i transplanteve biokompatibile dhe llojeve të reja të barnave.
Le të rendisim disa aplikime premtuese të nanoteknologjisë në
biologji:
Dekodimi i shpejtë dhe efikas i kodeve gjenetike, të cilat
është me interes për diagnostikim dhe trajtim.
Kujdesi shëndetësor efektiv dhe më i lirë me
duke përdorur telekomandën dhe pajisjet që funksionojnë
brenda organizmave të gjallë
Metodat e reja të administrimit dhe shpërndarjes së barnave në organizëm, të cilat kishin
do të kishte një rëndësi të madhe për rritjen e efektivitetit të trajtimit (p.sh
dërgimi i barnave në vende të veçanta në trup)
Zhvillimi më i qëndrueshëm dhe jo i refuzuar nga trupi artificial
indet dhe organet
Zhvillimi i sistemeve të sensorëve që mund të sinjalizojnë
shfaqja e sëmundjeve brenda trupit, të cilat do t'i lejonin mjekët
angazhohen jo aq shumë në trajtim, por në diagnostikim dhe
parandalimin e sëmundjeve
Objektet e kimisë supramolekulare
Termi "kimi supramolekulare" u prezantua për herë të parë në 1978.
Fituesi i çmimit Nobel, kimisti francez Jean-Marie Lehn dhe
përkufizohet si “kimia që përshkruan formacionet komplekse që janë
rezultati i lidhjes së dy (ose më shumë) grimcave kimike të lidhura së bashku
forcat ndërmolekulare”. Parashtesa "supra" korrespondon me rusishten
parashtesa "sipër".
Kimi supramolekulare (supramolekulare).
kimia) është një fushë ndërdisiplinore e shkencës, duke përfshirë kimike,
aspektet fizike dhe biologjike të konsideratës më komplekse se
molekulat, sistemet kimike të lidhura në një tërësi të vetme nëpërmjet
ndërveprimet ndërmolekulare (jokovalente).
Objektet e kimisë supramolekulare janë supramolekulare
ansamble që ndërtohen në mënyrë spontane nga ato plotësuese, d.m.th., që kanë
korrespondenca gjeometrike dhe kimike e fragmenteve, të ngjashme
montimi spontan i strukturave hapësinore më komplekse në jetë
kafaz. Një nga problemet themelore të kimisë moderne është
projektimi i synuar i sistemeve të tilla, krijimi nga molekulare
"blloqe ndërtimi" të komponimeve supramolekulare shumë të renditura
me një strukturë dhe veti të dhëna. Formacionet supramolekulare
karakterizohet nga rregullimi hapësinor i përbërësve të tyre, të tyre
arkitektura, “suprastruktura”, si dhe llojet e ndërmolekularëve
ndërveprimet që mbajnë komponentët së bashku. Në përgjithësi
ndërveprimet ndërmolekulare janë më të dobëta se lidhjet kovalente, pra
Bashkëpunëtorët supramolekularë janë më pak të qëndrueshëm termodinamikisht, më shumë
lakueshëm kinetikisht dhe më dinamikisht fleksibël se molekulat.
Kurset arsimore në distancë janë një formë moderne e edukimit shtesë efektiv dhe trajnimit të avancuar në fushën e trajnimit të specialistëve për zhvillimin e teknologjive premtuese për prodhimin e materialeve funksionale dhe nanomaterialeve. Kjo është një nga format premtuese të arsimit modern që po zhvillohet në mbarë botën. Kjo formë e marrjes së njohurive është veçanërisht e rëndësishme në një fushë të tillë ndërdisiplinore si nanomaterialet dhe nanoteknologjia. Përparësitë e kurseve në distancë janë aksesueshmëria e tyre, fleksibiliteti në ndërtimin e rrugëve arsimore, përmirësimi i efikasitetit dhe efikasitetit të procesit të ndërveprimit me studentët, kosto-efektiviteti në krahasim me kurset me kohë të plotë, të cilat, megjithatë, mund të kombinohen në mënyrë harmonike me mësimin në distancë. Në fushën e parimeve themelore të nanokimisë dhe nanomaterialeve, materialet video janë përgatitur nga Qendra Shkencore dhe Edukative e Universitetit Shtetëror të Moskës për Nanoteknologjitë:
- . Konceptet dhe përkufizimet bazë të shkencave dhe nanoteknologjive të nanosistemit. Historia e shfaqjes së nanoteknologjisë dhe shkencave të nanosistemit. Ndërdisiplinariteti dhe multidisiplinariteti. Shembuj të nanoobjekteve dhe nanosistemeve, veçoritë e tyre dhe aplikimet teknologjike. Objektet dhe metodat e nanoteknologjisë. Parimet dhe perspektivat për zhvillimin e nanoteknologjisë.
- . Parimet themelore të formimit të nanosistemit. Metodat fizike dhe kimike. Proceset për marrjen e nanoobjekteve "nga lart poshtë". Klasike, "e butë", mikrosferë, rreze jonike (FIB), AFM - litografi dhe nanoindentacion. Aktivizimi mekanik dhe mekanosinteza e nanoobjekteve. Proceset për marrjen e nanoobjekteve "nga poshtë-lart". Proceset e bërthamës në media të gazta dhe të kondensuar. Bërthamë heterogjene, epitaksi dhe heteroepitaksi. Prishja spinodale. Sinteza e nanoobjekteve në matrica amorfe (të qelqta). Metodat e homogjenizimit kimik (bashkëprecipitimi, metoda sol-gel, teknologjia kriokimike, piroliza e aerosolit, trajtimi solvotermik, tharja superkritike). Klasifikimi i nanogrimcave dhe nanoobjekteve. Teknikat për marrjen dhe stabilizimin e nanogrimcave. Agregimi dhe zbërthimi i nanogrimcave. Sinteza e nanomaterialeve në nanoreaktorë një dhe dydimensional.
- . Fizika statistikore e nanosistemeve. Karakteristikat e tranzicionit fazor në sistemet e vogla. Llojet e ndërveprimeve brenda dhe ndërmolekulare. Hidrofobiciteti dhe hidrofiliteti. Vetë-montim dhe vetëorganizim. Formimi i micelës. Shtresa të montuara vetë. Filmat Langmuir-Blodgett. Organizimi supramolekular i molekulave. Njohja molekulare. Makromolekulat e polimerit, metodat e përgatitjes së tyre. Vetë-organizimi në sistemet polimer. Ndarja mikrofazore e kopolimerëve në bllok. Dendrimerë, furça polimer. Vetë-montim shtresë pas shtrese e polielektroliteve. Polimere supramolekulare.
- . Substanca, faza, materiali. Struktura hierarkike e materialeve. Nanomaterialet dhe klasifikimi i tyre. Nanomateriale funksionale inorganike dhe organike. Materiale hibride (organike-inorganike dhe inorganike-organike). Biomineralizimi dhe biokeramika. Materiale të nanostrukturuara 1D, 2D dhe 3D. Materialet mezoporoze. Sita molekulare. Nanokompozitët dhe vetitë e tyre sinergjike. Nanomaterialet strukturore.
- . Kataliza dhe nanoteknologjia. Parimet dhe konceptet bazë në katalizën heterogjene. Ndikimi i kushteve të përgatitjes dhe aktivizimit në formimin e sipërfaqes aktive të katalizatorëve heterogjenë. Reaksione të ndjeshme ndaj strukturës dhe të pandjeshme ndaj strukturës. Specifikimi i vetive termodinamike dhe kinetike të nanogrimcave. Elektrokataliza. Kataliza në zeolite dhe sitë molekulare. Kataliza e membranës.
- . Polimere për materiale strukturore dhe sisteme funksionale. Sisteme polimer "të zgjuara" të afta për të kryer funksione komplekse. Shembuj të sistemeve "të zgjuara" (lëng polimer për prodhimin e vajit, dritare inteligjente, membrana me nanostrukturë për qelizat e karburantit). Biopolimerët si sistemet më "të zgjuara". Qasja biomimetike. Dizajni i sekuencës për të optimizuar vetitë e polimereve të zgjuar. Problemet e evolucionit molekular të sekuencave në biopolimere.
- . Janë marrë në konsideratë gjendja aktuale dhe problemet e krijimit të materialeve të reja për burimet e energjisë kimike: qelizat e karburantit me oksid të ngurtë (SOFC) dhe bateritë e litiumit. Janë analizuar faktorët kryesorë strukturorë që ndikojnë në vetitë e përbërjeve të ndryshme inorganike, të cilët përcaktojnë mundësinë e përdorimit të tyre si materiale elektrodë: perovskite komplekse në SOFCs dhe përbërjet e metaleve kalimtare (oksidet komplekse dhe fosfatet) në bateritë e litiumit. Materialet kryesore të anodës dhe katodës që përdoren në bateritë e litiumit dhe të njohura si premtuese konsiderohen: avantazhet dhe kufizimet e tyre, si dhe mundësia e tejkalimit të kufizimeve me ndryshime të drejtuara në strukturën atomike dhe mikrostrukturën e materialeve të përbëra përmes nanostrukturimit për të përmirësuar karakteristikat. të burimeve aktuale.
Çështjet e zgjedhura diskutohen në kapitujt e mëposhtëm të librit (Publikimi Binom):
Materiale ilustruese mbi nanokiminë, vetë-montimin dhe sipërfaqet me nanostrukturë:
"Libra video" të njohura shkencërisht:
Kapituj të zgjedhur të nanokimisë dhe nanomaterialeve funksionale.
