Yukarıda belirtildiği gibi, nanodünyanın klasik fizik ve kuantum mekaniğinin sınırları üzerindeki konumu nedeniyle, içindeki nesnelerin artık tamamen aynı ve istatistiksel olarak ayırt edilemez olduğu düşünülemez. Hepsi bireyseldir ve bir nanoparçacık bileşim, yapı ve diğer birçok parametre (örneğin fullerenler C 60 ve C 70) bakımından diğerinden farklıdır. Bir nesnenin yapısındaki homojensizliklerin ve düzensizliklerin varlığını göz ardı etmek ve onu tanımlamak için klasik fizikte olduğu gibi ortalama, integral özellikleri kullanmak imkansızdır. Nanonesnelerin özelliği, boyutlarının atomlar arası etkileşim kuvvetlerinin etki yarıçapı ile orantılı olmasıdır; Bir cismin atomlarının uzaklaştırılması gereken mesafeyle, böylece etkileşimleri onun özelliklerini gözle görülür derecede etkilemez. Bu özelliğinden dolayı nanocisimler birbirleriyle ve çevreyle makro cisimlerden farklı şekilde etkileşime girerler. Çeşitli nanoyapıların özelliklerini inceleyen ve bunların üretimi, incelenmesi ve modifikasyonu için yeni yöntemlerin geliştirilmesini inceleyen bilime denir. nanokimya. Çeşitli nanosistemlerin hazırlanması ve özellikleri üzerine çalışmaktadır. Nanosistemler gaz veya sıvı bir ortamla çevrelenmiş bir dizi gövdeyi temsil eder. Bu tür cisimler çok atomlu kümeler ve moleküller, nanodamlacıklar ve nanokristaller olabilir. Bunlar atomlar ve makroskopik cisimler arasındaki ara formlardır. Sistemlerin boyutları 0,1-100 nm aralığında kalmaktadır.
Bu bilgi alanının öncelikli görevlerinden biri nanopartikülün boyutu ile özellikleri arasında ilişki kurmaktır. Nanokimyada rolü kuantum boyutu etkileri parçacıkların boyutuna ve içindeki atom veya molekül sayısına bağlı olarak bir maddenin özelliklerinin değişmesine neden olur. Boyut etkilerinin rolü o kadar büyüktür ki, Periyodik Tabloya benzer şekilde kümelerin ve nanopartiküllerin özelliklerinin boyutlarına ve geometrilerine bağımlılığını gösteren tablolar oluşturmaya yönelik girişimlerde bulunulmaktadır. Kuantum boyutu etkileri, maddenin ısı kapasitesi, elektriksel iletkenlik, bazı optik özellikler vb. gibi özelliklerini belirler.
Özelliklerdeki değişiklikler iki ana nedenden kaynaklanmaktadır: yüzey fraksiyonundaki artış ve kuantum etkileri nedeniyle elektronik yapıdaki değişiklik. Yüzeye yakın bulunan atomların özellikleri, malzemenin büyük kısmında bulunan atomların özelliklerinden farklıdır, bu nedenle bir parçacığın yüzeyi, maddenin özel bir durumu olarak düşünülebilir. Yüzeyde bulunan atomların oranı ne kadar büyük olursa, yüzeyle ilişkili etkiler de o kadar güçlü olur (Şekil 9).
Pirinç. 9. Partikül büyüklüğüne bağlı olarak “yüzey” atomlarının (1) ve malzemenin hacminde bulunanların (2) oranındaki değişim.
Nano nesnelerin elektronik yapısının özellikleri, boyuttaki azalmayla ilişkili kuantum özelliklerinin artmasıyla açıklanmaktadır. Nanoyapıların olağandışı özellikleri, onların önemsiz teknik kullanımlarını zorlaştırmakta ve aynı zamanda tamamen beklenmedik teknik olasılıkların önünü açmaktadır.
Nanopartiküllerin özelliklerinde önemli farklılıklar, 100 nm'den küçük partikül boyutlarında ortaya çıkmaya başlar. Enerji açısından bakıldığında, parçacık boyutunda bir azalma, yüzey enerjisinin rolünde bir artışa yol açar, bu da küçük nesnelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinde değişikliklere yol açar.
Nanokimya araştırmasının nesneleri eşdeğer boyutları (hacimi vücudun hacmine eşit olan bir kürenin çapı) nanoaralık (0,1 - 100 nm) içinde kalacak şekilde kütleye sahip cisimlerdir. Geleneksel olarak nanokimya teorik, deneysel ve uygulamalı olarak ayrılabilir (Şekil 10).
Pirinç. 10. Nanokimyanın yapısı
Teorik nanokimya uzaysal koordinatlar ve hızlar, kütle, bileşimin özellikleri, her nanoparçacığın şekli ve yapısı gibi parçacıkların durumuna ilişkin parametreleri dikkate alarak nanocisimlerin davranışını hesaplamak için yöntemler geliştirir.
Deneysel nanokimyaüç yönde gelişir. İçinde Birinci Analitik kimya bölümü ile tamamen ilişkili olan, onlarca ve yüzlerce atom dahil olmak üzere moleküllerin ve kümelerin yapısını yargılamayı mümkün kılan ultra duyarlı fizikokimyasal yöntemler geliştirilmekte ve kullanılmaktadır. Saniye Yön, nanoproblar ve özel manipülatörler kullanılarak uygulanan, nanocisimler üzerindeki yerel (yerel) elektriksel, manyetik veya mekanik etkiler altındaki olayları inceler. Amaç, bireysel gaz moleküllerinin nano cisimler ve nano cisimler ile birbirleriyle etkileşimini incelemek, moleküller ve kümeler yok edilmeden ve parçalanmadan iç yeniden düzenleme olasılığını belirlemektir. Bu yön aynı zamanda atomları bir substratın (yüzeyi çeşitli işlemlere tabi tutulan temel malzeme) yüzeyi boyunca hareket ettirirken istenen görünüme sahip bir nano gövdenin "atomik montajı" olasılığıyla da ilgilenmektedir. yeni özelliklere sahip katmanların oluşturulduğu veya başka bir malzemeden bir filmin büyütüldüğü). İçinde üçüncü yönleri, nanocisim topluluklarının makrokinetik özellikleri ve durum parametreleri üzerindeki dağılım fonksiyonları belirlenir.
Uygulamalı nanokimyaşunları içerir: nanosistemlerin mühendislik ve nanoteknolojide kullanımına yönelik teorik temellerin geliştirilmesi, kullanım koşulları altında belirli nanosistemlerin gelişimini tahmin etmeye yönelik yöntemlerin yanı sıra en uygun çalışma yöntemlerinin araştırılması ( teknik nanokimya); Nanomalzemelerin sentezi sırasında nanosistemlerin davranışının teorik modellerinin oluşturulması ve bunların üretimi için en uygun koşulların araştırılması ( sentetik nanokimya); Biyolojik nanosistemlerin incelenmesi ve nanosistemlerin tıbbi amaçlarla kullanılmasına yönelik yöntemlerin oluşturulması ( tıbbi nanokimya); Çevrede nanopartiküllerin oluşumu ve göçüne ilişkin teorik modellerin ve doğal suların veya havanın nanopartiküllerden arıtılmasına yönelik yöntemlerin geliştirilmesi ( ekolojik nanokimya).
Çalışma nesnelerinin boyutlarından bahsederken, kimyadaki nano ölçekli aralığın sınırlarının keyfi olduğunu hesaba katmak gerekir. Bir cismin özellikleri, büyüklüğüne göre değişen derecelerde duyarlıdır. Özelliklerin bazıları, 10 nm'den büyük boyutlarda, bazıları ise 100 nm'den büyük boyutlarda spesifikliklerini kaybeder. Bu nedenle, daha az özelliğin dikkate alınmaması için nano aralığın üst sınırı 100 nm olarak alınmıştır.
Bu aralıkta herhangi bir özellik özellikle kütlesine ve hacmine bağlıdır. Bu nedenle nanokimyanın nesnesi etkileşime sahip nesneler olarak düşünülebilir. her atom diğer tüm atomlarla birlikte önemlidir.
Nanokimyasal nesneler çeşitli kriterlere göre sınıflandırılabilir. Örneğin, göre faz durumu(Tablo 1).
Geometrik olarak(boyutlar) nanonesneler farklı şekillerde sınıflandırılabilir. Bazı araştırmacılar, bir nesnenin boyutluluğunu, nesnenin makroskobik boyutlara sahip olduğu boyutların sayısına göre karakterize etmeyi önermektedir. Diğerleri ise nanoskopik ölçümlerin sayısını esas alıyor.
Masada Tablo 2, nanokimyasal araştırmanın ana hedeflerini (nanopartiküller ve ilgili nanosistemler) göstermektedir.
Nano nesnelerin boyutlarına göre sınıflandırılması yalnızca biçimsel açıdan önemli değildir. Geometri, fiziksel ve kimyasal özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Nanokimyadaki en yüksek öncelikli araştırma nesnelerinden bazılarını ele alalım.
Soygaz atomlarından elde edilen nanopartiküller. Bunlar en basit nanonesnelerdir. Tamamen dolu elektron kabuklarına sahip inert gaz atomları, van der Waals kuvvetleri aracılığıyla birbirleriyle zayıf bir şekilde etkileşime girer. Bu tür parçacıkları tanımlarken sert top modeli kullanılır (Şekil 11). Bağlanma enerjisi, yani tek bir atomun bir nanoparçacıktan ayrılması için harcanan enerji çok küçüktür, dolayısıyla parçacıklar 10-100 K'den yüksek olmayan sıcaklıklarda bulunur.
Pirinç. 11. 16 argon atomundan oluşan nanopartiküller.
Metal nanopartiküller. Birkaç atomdan oluşan metal kümelerinde hem kovalent hem de metalik türde bağlar gerçekleştirilebilir (Şekil 12). Metal nanopartiküller oldukça reaktiftir ve sıklıkla katalizör olarak kullanılır. Metal nanopartiküller oktahedron, ikosahedron, tetradekahedron gibi düzenli şekiller alabilir.
Pirinç. 12. Platin (beyaz küreler) ve bakır (gri) atomlarından oluşan nanopartiküller
Fullerenler. Bunlar, kovalent bir bağla bağlanan karbon atomlarının çokyüzlüleri tarafından oluşturulan içi boş parçacıklardır. Fullerenler arasında özel bir yer, mikroskobik bir futbol topunu anımsatan 60 karbon atomlu bir parçacık - C 60 tarafından işgal edilmiştir (Şekil 13).
Pirinç. 13. Fulleren molekülü C 60
Fullerenler yaygın olarak kullanılmaktadır: yeni yağlayıcıların ve sürtünme önleyici kaplamaların, yeni yakıt türlerinin, ultra yüksek sertlikte elmas benzeri bileşiklerin, sensörlerin ve boyaların oluşturulmasında.
Karbon nanotüpleri. Bunlar, yaklaşık 1.000.000 karbon atomundan oluşan ve 1 ila 30 nm çapında ve birkaç on mikron uzunluğunda tek veya çok katmanlı tüpleri temsil eden içi boş molekül içi nesnelerdir. Nanotüp yüzeyinde karbon atomları düzenli altıgenlerin köşelerinde bulunur (Şekil 14).
Pirinç. 14. Karbon nanotüpleri.
Nanotüplerin bir takım benzersiz özellikleri vardır; bu sayede çoğunlukla yeni malzemelerin oluşturulmasında, elektronikte ve taramalı mikroskopta yaygın olarak kullanılırlar. Nanotüplerin benzersiz özellikleri: yüksek spesifik yüzey alanı, elektriksel iletkenlik, dayanıklılık - bunlara dayalı çeşitli işlemler için etkili katalizör taşıyıcıları oluşturmayı mümkün kılar. Örneğin, nanotüpler yeni enerji kaynakları (aynı boyuttaki basit pillerden çok daha uzun süre çalışabilen yakıt hücreleri) yapmak için kullanılıyor. Örneğin, paladyum nanoparçacıklarına sahip nanotüpler, hacimlerinin binlerce katı hidrojeni kompakt bir şekilde depolayabilir. Yakıt hücresi teknolojisinin daha da geliştirilmesi, modern pillere göre yüzlerce ve binlerce kat daha fazla enerjinin depolanmasını mümkün kılacaktır.
İyonik kümeler. Sodyum klorürün kristal kafesindeki iyonik bağın karakteristiği olan klasik bir resmi temsil ederler (Şekil 15). İyonik bir nanoparçacık yeterince büyükse, yapısı büyük bir kristalin yapısına yakındır. İyonik bileşikler, yüksek çözünürlüklü fotoğraf filmlerinin, moleküler fotodetektörlerin oluşturulmasında ve mikroelektronik ve elektro-optiğin çeşitli alanlarında kullanılır.
Pirinç. 15. NaCl kümesi.
Fraktal kümeler. Bunlar dallanmış yapıya sahip nesnelerdir (Şekil 16): kurum, kolloidler, çeşitli aerosoller ve aerojeller. Fraktal, artan büyütmeyle aynı yapının her düzeyde ve her ölçekte nasıl tekrarlandığını görebileceğiniz bir nesnedir.
Şekil 16. Fraktal küme
Moleküler kümeler(süpramoleküler sistemler). Moleküllerden oluşan kümeler. Çoğu küme molekülerdir. Sayıları ve çeşitleri oldukça fazladır. Özellikle birçok biyolojik makromolekül, moleküler kümelere aittir (Şekil 17 ve 18).
Pirinç. 17. Ferredoksin proteininin moleküler kümesi.
Pirinç. 18. Yüksek spinli moleküler kümeler
Nanokimya
Kimya ve farmakoloji
Nanobilim bağımsız bir disiplin olarak ancak son 7-10 yılda ortaya çıkmıştır. Nanoyapıların incelenmesi birçok klasik bilimsel disiplinin ortak yönüdür. Nanokimya, geliştirme, üretim ve araştırma için neredeyse sınırsız olasılıklar açtığı için aralarında önde gelen yerlerden birini işgal ediyor...
FEDERAL EĞİTİM AJANSI OMSK DEVLET PEDAGOJİ ÜNİVERSİTESİ KİMYA VE BİYOLOJİ FAKÜLTESİ
KİMYA BÖLÜMÜ VE KİMYA ÖĞRETİM YÖNTEMLERİ
Nanokimya
Tamamlayan: öğrenci 1-ХО Kuklina N.E.
Kontrol eden: Ph.D., Doçent B.Ya.Bryansky.
Omsk'ta 2008
§1. Nanobilimin oluşum tarihi………………………………………………………3
§2. Nanobilimin temel kavramları…………………………………………………………….5
§3. Bazı nanopartiküllerin yapısının ve davranışının özellikleri……………………………8
§4. Nanokimyanın uygulamalı kullanım türleri………………………………………………………..9
§5. Nanopartikül elde etme yöntemleri………………………………………………………..10
§6. Nanomateryaller ve bunların uygulanmasına yönelik beklentiler……………………………………………………………11
Bilgi kaynakları…………………………………………………………………………………13
§1. Nanobilimin oluşum tarihi
1905 Albert Einstein teorik olarak şeker molekülünün boyutunun p olduğunu kanıtladı. ve damarlar 1 nanometredir.
1931 Alman fizikçiler Ernst Ruska ve Max Knoll elektron mikroskobunu yarattılarÖ kapsam sağlayan 10 15 -artış kat.
1932 Hollandalı profesör Fritz Zernike faz kontrastını icat ettiİle roskop, görüntü ayrıntılarının görüntülenme kalitesini artıran bir optik mikroskop çeşidi A zheniya ve onun yardımıyla canlı hücreleri inceledi.
1939 Ernst Ruska'nın çalıştığı Siemens, 10 nm çözünürlüğe sahip ilk ticari elektron mikroskobunu üretti.
1966 Yüzlerce Ulusal Büro'da çalışan Amerikalı fizikçi Russell Young N dart, günümüzde tünel mikrolarını taramada kullanılan motoru icat ettiÖ skoplar ve nano aletlerin 0,01 angstrom (1 nanometre = 10 angstrom) doğrulukla konumlandırılması için.
1968 Bell'in Genel Başkan Yardımcısı Alfred Cho ve yarı iletken araştırma departmanının bir çalışanı olan John Arthur, nanoteknolojinin yüzey işleme sorunlarını çözmede ve elektronik cihazların yaratılmasında atomik hassasiyete ulaşmada kullanılmasının teorik olasılığını kanıtladı.
1974 Tokyo Üniversitesi'nde çalışan Japon fizikçi Norio Taniguchi, "nanoteknoloji" (maddeyi bölme, birleştirme ve değiştirme süreci) terimini önerdi. A bilimsel çevrelerde hızla popülerlik kazanan bir atom veya bir moleküle maruz bırakılarak balık avlanması.
1982 IBM Zürih Araştırma Merkezi'nde fizikçiler Gerd Binnig ve Ge N Rich Rohrer, iletken malzemelerin yüzeylerindeki atomların düzeninin üç boyutlu bir resmini oluşturmaya olanak tanıyan bir taramalı tünelleme mikroskobu (STM) yarattı.
1985 Üç Amerikalı kimyager: Rice Üniversitesi profesörü Richard Smalley ile Robert Karl ve Harold Kroto, fullerenleri - oluşan molekülleri - keşfettiler. BEN Küre şeklinde düzenlenmiş 60 karbon atomundan oluşur. Bu bilim insanları aynı zamanda ilk kez 1 nm boyutunda bir nesneyi ölçmeyi de başardılar.
1986 Gerd Binnig, taramalı bir atomik kuvvet probu mikrosu geliştirdiÖ Sonunda herhangi bir malzemenin atomlarını görselleştirmeyi mümkün kılan kapsam (sadeceÖ sürücüleri) ve onları manipüle etmenin yanı sıra.
19871988 Delta Araştırma Enstitüsü'nde P.N. Luskinovich, parçacıkların ısıtmanın etkisi altında bir mikroskop sondasının ucundan yönlendirilmiş kaçışını gerçekleştiren ilk Rus nanoteknolojik kurulumunu faaliyete geçirdi.
1989 Kaliforniya IBM Araştırma Merkezi'nden bilim insanları Donald Eigler ve Erhard Schwetzer, şirketlerinin adını bir nikel kristali üzerine 35 ksenon atomuyla yazmayı başardılar.
1991 NEC'de çalışan Japon profesör Sumio Lijima veİle 0,8 nm çapında karbon tüpleri (veya nanotüpler) oluşturmak için fullerenler kullanıldı.
1991 Ulusal Bilim Vakfı'nın ilk nanoteknoloji programı Amerika Birleşik Devletleri'nde başlatıldı. Japon hükümeti de benzer faaliyetlerde bulunuyor.
1998 Delfts Teknik Üniversitesi'nden Hollandalı profesör Cees Dekker, nanotüplere dayalı bir transistör yarattı. Bunu yapabilmek için dünyada değişen ilk kişi olması gerekiyordu. e Böyle bir molekülün elektriksel iletkenliğini belirleyin.
2000 Alman fizikçi Franz Gissibl silikonda atom altı parçacıklar gördü. Meslektaşı Robert Magerle, üç boyutlu görüntüler oluşturmak için nanotomografi teknolojisini önerdi. R 100 nm çözünürlükte maddenin iç yapısının yeni bir resmi.
2000 ABD hükümeti Ulusal Nanoteknoloji Enstitüsü'nü açtı Ve girişim (NNI). ABD bütçesi bu alan için 270 milyon dolar ayırdı. e Çinli şirketler buna 10 kat daha fazla yatırım yaptı.
2002 Cees Dekker bir karbon tüpünü DNA'ya bağlayarak tek bir nano oluşturdu mekanizma.
2003 Utah Üniversitesi'nden Profesör Feng Liu, Franz Gissibl'in çalışmasını kullanarak, atom mikroskobu kullanarak elektron yörüngelerinin görüntülerini oluşturmak için, elektronların çekirdeğin etrafında hareket ederken bozulmalarını analiz etti.
§2. Nanobilimin temel kavramları
Nanobilim ancak bundan sonra bağımsız bir disiplin olarak ortaya çıktı. D 7-10 yaş arası. Nanoyapıların incelenmesi birçok klasik bilimsel disiplinin ortak yönüdür. Nanokimya, kalite açısından genellikle doğal malzemelerden üstün olan, belirli özelliklere sahip yeni nanomateryallerin geliştirilmesi, üretimi ve araştırılması için neredeyse sınırsız olasılıklar açtığından, bunlar arasında önde gelen yerlerden birini işgal etmektedir.
Nanokimya - çeşitli çökeltilerin özelliklerini inceleyen bir bilimdir T yapıların yanı sıra bunların üretimi, incelenmesi ve değiştirilmesi için yeni yöntemlerin geliştirilmesi.
Nanokimyanın öncelikli görevinanopartiküllerin boyutu arasında bir ilişki kurulması A stitsa ve özellikleri.
Nanokimya araştırmasının nesneleriöyle bir kütleye sahip cisimlerdir ki eşdeğerleri Ve değerlik boyutu nano aralıkta (0,1 ila 100 nm) kalır.
Nano ölçekli nesneler, bir yanda toplu malzemeler, diğer yanda atomlar ve moleküller arasında bir ara pozisyonda bulunur. Böyle birinin varlığıъ Malzemelerdeki etkiler onlara yeni kimyasal ve fiziksel özellikler kazandırır. Nanonesneler, faaliyet gösterdikleri dünya arasında bir ara ve bağlayıcı bağlantıdır.Ö kuantum mekaniği ve klasik fizik yasalarının işlediği dünya hakkında bilgi.
Çevredeki dünyadaki nesnelerin karakteristik boyutları
Nanokimya, çeşitli nanosistemlerin hazırlanmasını ve özelliklerini inceler. Nanosistemler gaz veya sıvı bir ortamla çevrelenmiş bir dizi gövdeyi temsil eder. Böyle bir şey e Çok atomlu kümeler ve moleküller, nanodamlacıklar ve nanokristaller olabilirler. Bunlar atomlar ve makroskopik cisimler arasındaki ara formlardır. Sistem boyutu yaklaşıkİle 0,1 100 nm dahilindedir.
Nanokimyasal nesnelerin faz durumuna göre sınıflandırılması
|
Faz durumu |
Tek atomlar |
Kümeler |
Nanopartiküller |
Kompakt madde |
|
Çap, nm |
0,1-0,3 |
0,3-10 |
10-100 |
100'ün üzerinde |
|
Atom sayısı |
1-10 |
10-10 6 |
10 6 -10 9 |
10'dan fazla 9 |
Nanokimya tarafından incelenen nesnelerin kapsamı sürekli genişlemektedir. Kimyacılar her zaman nanometre boyutundaki cisimlerin neyin özel olduğunu anlamaya çalıştılar. Bu kolloidal ve makromoleküler kimyanın hızlı gelişmesine yol açtı.
XX yüzyılın 80-90'larında elektronik, atomik kuvvet ve yöntemler sayesinde N nel mikroskobu ile metallerin ve nanokristallerin davranışlarını gözlemlemek mümkün oldu. e organik tuzlar, protein molekülleri, fullerenler ve nanotüpler ve son yıllarda A Bu gözlemler yaygınlaştı.
Nanokimyasal araştırmanın nesneleri
|
Nanopartiküller |
Nanosistemler |
|
Fullerenler |
Kristaller, çözümler |
|
Tübülenler |
Agregalar, çözümler |
|
Protein molekülleri |
Çözümler, kristaller |
|
Polimer molekülleri |
Soller, jeller |
|
İnorganik nanokristaller e toplulukları |
Aerosoller, koloidal çözeltiler, çökeltme |
|
Miseller |
Kolloidal çözümler |
|
Nanobloklar |
Katılar |
|
Langmuir Blodgett'ı filme alıyor |
Yüzeyinde film bulunan gövdeler |
|
Gazlardaki kümeler |
Aerosoller |
|
Farklı boyutlardaki katmanlardaki nanopartiküller e toplulukları |
Nanoyapılı filmler |
Böylece nanokimyanın aşağıdaki temel özellikleri ayırt edilebilir:
- Nesnelerin geometrik boyutları nanometre ölçeğindedir;
- Yeni özelliklerin nesneler ve koleksiyonlarla ortaya konulması;
- Nesneleri kontrol etme ve hassas bir şekilde manipüle etme yeteneği;
- Nesneler temelinde bir araya getirilen nesneler ve cihazlar yeni tüketiciler alıyor Bskie'nin özellikleri.
§3. Bazı nanopartiküllerin yapısının ve davranışının özellikleri
Soygaz atomlarından elde edilen nanopartikülleren basit nanonesnelerdirъ vb. Tamamen dolu elektron kabuklarına sahip inert gaz atomları, van der Waals kuvvetleri aracılığıyla birbirleriyle zayıf bir şekilde etkileşime girer. Bu tür parçacıkları tanımlarken sert küre modeli kullanılır.
Metal nanopartiküller. Birkaç atomdan oluşan metal kümelerinde hem kovalent hem de metalik türde bağlar gerçekleştirilebilir. Metal nanopartiküller oldukça reaktiftir ve sıklıkla katalizör olarak kullanılır. A torov. Metal nanopartiküller genellikle oktahedronun normal şeklini alır, icos A hedron, tetradekahedron.
Fraktal kümelerbunlar dallanmış yapıya sahip nesnelerdir: kurum, co ben loidler, çeşitli aerosoller ve aerojeller. Fraktal, yaşlandıkça,İle Büyütme arttıkça, aynı yapının her seviyede ve her ölçekte nasıl tekrarlandığı görülebilir.
Moleküler kümelermoleküllerden oluşan kümeler. Çoğu parça e hendek molekülerdir. Sayıları ve çeşitleri oldukça fazladır. Özellikle moleküllere en Birçok biyolojik makromolekül kutup kümelerine aittir.
Fullerenler çokgenlerin oluşturduğu içi boş parçacıklardır N kovalent bir bağla bağlanan karbon atomlarından oluşan çentikler. Fullers arasında özel bir yer e 60 karbon atomlu bir parçacık tarafından yeni işgal edilmiş C 60 mikroskobik bir futbol topuna benziyor.
Nanotüpler bunlar içlerinde yaklaşık 1.000.000 taneden oluşan içi boş moleküllerdir.Ö karbon ve yaklaşık bir nanometre çapında ve birkaç on mikron uzunluğunda tek katmanlı tüplerdir. Nanotüp yüzeyinde karbon atomları çözünmüştür.Ö düzenli altıgenlerin köşelerine yerleştirildi.
§4. Nanokimyanın uygulamalı kullanım türleri
Geleneksel olarak nanokimya şu şekilde ayrılabilir:
- Teorik
- Deneysel
- Uygulamalı
Teorik nanokimyaUzaysal koordinatlar ve hız gibi parçacıkların durumuna ilişkin parametreleri dikkate alarak nanocisimlerin davranışını hesaplamak için yöntemler geliştirirÖ her bir nanopartikülün boyutu, kütlesi, bileşiminin özellikleri, şekli ve yapısı.
Deneysel nanokimyaüç yönde gelişir.İlkinin bir parçası olarak ultra duyarlı spektral yöntemler geliştiriliyor ve kullanılıyor, evet Yu Onlarca ve yüzlerce atom içeren moleküllerin yapısını yargılamayı mümkün kılıyor.İkinci içindeyönler, yerel (yerel) elektrik altındaki olaylar e Nanoproblar ve özel manipülatörler kullanılarak uygulanan, nanocisimler üzerinde manyetik veya mekanik etkiler.Üçüncünün bir parçası olarakYönleri ben belirlerim T Nano cisim kolektiflerinin Xia makrokinetik özellikleri ve n dağıtım fonksiyonları A durum parametrelerine göre not edin.
Uygulamalı nanokimya içerir:
- Nanosistemlerin mühendislik ve nanoteknolojide kullanımına yönelik teorik temellerin geliştirilmesiÖ Belirli nanosistemlerin kendi koşulları altında gelişimini tahmin etmeye yönelik yöntemler veİle kullanımın yanı sıra en uygun çalışma yöntemlerinin araştırılması (teknik ve kimya yok).
- Nanomatların sentezi sırasında nanosistemlerin davranışına ilişkin teorik modellerin oluşturulması e Rialler ve bunların üretimi için en uygun koşulların araştırılması (sentetik nanokimya).
- Biyolojik nanosistemlerin incelenmesi ve nanometre kullanımına yönelik yöntemlerin oluşturulması Ve tıbbi amaçlı saplar (tıbbi nanokimya).
- Çevrede nanopartiküllerin oluşumu ve göçüne ilişkin teorik modellerin geliştirilmesi en zorlu ortam ve doğal suları veya havayı nanopartiküllerden arındırmaya yönelik yöntemler (ecÖ mantıksal nanokimya).
§5. Nanopartiküller elde etme yöntemleri
Temel olarak nanopartiküllerin sentezine yönelik tüm yöntemler iki büyük gruba ayrılabilir:
Dispersiyon yöntemleriveya geleneksel bir makro numunenin öğütülmesiyle nanopartiküllerin elde edilmesine yönelik yöntemler
yoğunlaşma yöntemleriveya tek tek atomlardan nanopartikülleri "büyütme" yöntemleri.
Dispersiyon yöntemleri
Dispersiyon yöntemleriyle başlangıç cisimleri nanopartiküller halinde ezilir. Nanopartiküllerin elde edilmesine yönelik bu yaklaşım, bazı bilim adamları tarafından mecazi olarak adlandırılmaktadır.“yukarıdan aşağıya yaklaşım” . Bu, bir tür "et" olan nanopartiküller yaratmanın tüm yollarının en basitidir.Ö Makro cisimler için kesme”. Bu yöntem, mikroelektronik malzemelerinin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır; endüstriyel ekipmanın ve kullanılan malzemenin yetenekleri dahilinde nesnelerin boyutunun nano ölçekli boyutlara indirgenmesinden oluşur. VE H Bir maddeyi sadece mekanik olarak öğütmekle kalmayıp nanopartiküllere dönüştürmek de mümkündür. Rus şirketi Advanced Powder Technologies, metal bir ipliği güçlü bir akım darbesiyle patlatarak nanopartiküller üretiyor.
Nanopartikülleri elde etmenin daha egzotik yolları da vardır. Amerikalı bilim adamları 2003 yılında incir ağacı yapraklarından mikroorganizmalar topladılar. Rodokok ve onları altın içeren bir çözeltinin içine yerleştirdi. Bakteriler kimyasal bir ajan görevi gördüİle gümüş iyonlarından yaklaşık 10 nm çapında düzgün nanopartiküller toplayan stabilize edici madde. Nanopartiküller oluşturarak bakteriler kendilerini normal hissettiler ve çoğalmaya devam ettiler.
Yoğuşma yöntemler
Yoğunlaştırma yöntemleriyle (“aşağıdan yukarıya yaklaşım”) nanopartiküller n alır en Bireysel atomların birleşme temaları. Yöntem şu ki kontrollüİle Bu koşullarda atom ve iyon toplulukları oluşur. Sonuç olarak, toplulukların oluşum koşulları değiştirilerek programlanabilen yeni yapılarla ve buna bağlı olarak yeni özelliklerle yeni nesneler oluşturulur. Bu D Bu hareket, nesnelerin minyatürleştirilmesi sorununu çözmeyi kolaylaştırıyor ve bizi yüksek çözünürlüklü litografi, yeni mikroişlemcilerin, ince polimer filmlerin ve yeni yarı iletkenlerin yaratılmasındaki bir dizi sorunun çözümüne yaklaştırıyor.
§6. Nanomateryaller ve bunların uygulanmasına yönelik beklentiler
Nanomalzeme kavramı ilk kez formüle edildi.XX yüzyılın 80'leri, G. GleiterTerimin kendisini bilimsel kullanıma sokan kişi " nanomateryal " Geleneksel nanomalzemelere (kimyasal elementler ve bileşikler, amorf maddeler, metaller ve bunların alaşımları gibi) ek olarak bunlar arasında nanoyarıiletkenler, nanopolimerler, n A gözeneksiz malzemeler, nanotozlar, çok sayıda karbon nanoyapısı, n A nobiyomateryaller, supramoleküler yapılar ve katalizörler.
Nanomalzemelerin benzersiz özelliklerini belirleyen faktörler, onları oluşturan nanopartiküllerin boyutsal, elektronik ve kuantum etkilerinin yanı sıra çok gelişmiş yüzeyleridir. Çok sayıda çalışma şunu göstermiştir: B nanomalzemelerin fiziksel ve mekanik özelliklerinde (mukavemet, sertlik vb.) önemli ve teknik açıdan ilginç değişiklikler, birkaç n parçacık boyutu aralığında meydana gelir. A 100 nm'ye kadar sayılar. Şu anda, yaklaşık 12 nm veya daha az kristalit boyutuna sahip nitrür ve borür bazlı birçok nanomalzeme halihazırda elde edilmiştir.
Altlarında yatan nanopartiküllerin spesifik özelliklerinden dolayı bu tür matlar e Rialler genellikle birçok açıdan “normal” olanlardan üstündür. Örneğin meta gücü ben Nanoteknoloji ile elde edilen la, geleneksel malzemenin mukavemetini 1,53 kat, sertliği 5070 kat, korozyon direnci ise 1012 kat daha fazladır.
Nanomalzemelerin uygulama alanları:
- Nanoelektronik ve nanofotonik unsurları (yarı iletken transistörler ve lazerler; fotodedektörler; güneş pilleri; çeşitli sensörler)
- ultra yoğun bilgi kayıt cihazları
- telekomünikasyon, bilgi ve bilgisayar teknolojileri, süper bilgisayarlar
- video ekipmanı düz ekranlar, monitörler, video projektörleri
- moleküler düzeyde anahtarlar ve elektronik devreler dahil moleküler elektronik cihazlar
- yakıt hücreleri ve enerji depolama cihazları
- Moleküler motorlar ve nanomotorlar, nanorobotlar dahil olmak üzere mikro ve nanomekanik cihazlar
- yanma kontrolü, kaplama, elektrik dahil olmak üzere nanokimya ve katalizİle trokimya ve eczacılık
- havacılık, uzay ve savunma uygulamaları durum izleme cihazları BEN çevresel Araştırma
- İlaçların ve proteinlerin hedefli dağıtımı, biyopolimerler ve biyolojik dokuların iyileştirilmesi, klinik ve tıbbi teşhis, yapay kasların oluşturulması en balıkçılık, kemikler, canlı organların implantasyonu
- biyomekanik, genomik, biyoinformatik, biyoenstrümantasyon
- kanserojen dokuların, patojenlerin ve biyolojik olarak zararlı ajanların kaydı ve tanımlanması; tarım ve gıda üretiminde güvenlik.
Omsk bölgesi nanoteknolojiyi geliştirmeye hazır
Nanoteknolojinin geliştirilmesi, Omsk bölgesinde bilim, teknoloji ve mühendisliğin gelişmesinde öncelikli alanlardan biridir.
Böylece, Yarı İletken Fiziği Enstitüsü SB RAS'ın Omsk şubesinde araştırmalar yürütülmektedir. H nanoelektronik üzerine çalışmalar yapılıyor ve SB RAS Hidrokarbon İşleme Sorunları Enstitüsü'nde nano gözenekli karbon destekleri ve katalizörler elde etme çalışmaları sürüyor.
Bilgi kaynakları:
- http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
- http://www.rambler.ru/news
- ht tp : // Nanometer.ru
- http://www.nanonewsnet.ru/
67 KB Ders ekipmanı: Sunum Büyük Vatanseverlik Savaşı'nın başlangıcı, savaşın ilk dönemine ait bir harita, savaşla ilgili belgesel parçaları, Almanya ve SSCB'nin savaşa hazırlığı hakkında bir diyagram, adanmış kitaplardan oluşan bir sergi Büyük Vatanseverlik Savaşı...
Nanoteknoloji kavramı için belki kapsamlı bir tanım yoktur, ancak mevcut mikroteknolojilerle kıyaslandığında, nanoteknolojilerin nanometre mertebesinde niceliklerle çalışan teknolojiler olduğu sonucu çıkar. Dolayısıyla “mikro”dan “nano”ya geçiş, maddenin manipülasyonundan bireysel atomların manipülasyonuna doğru niteliksel bir geçiştir. Nanoteknolojinin gelişimi söz konusu olduğunda üç yönü kastediyoruz: moleküller ve atomlarla karşılaştırılabilecek boyutlara sahip aktif elementlere sahip elektronik devrelerin (hacimsel olanlar dahil) üretimi; nanomakinelerin geliştirilmesi ve üretimi; Bireysel atomların ve moleküllerin manipülasyonu ve bunlardan makro nesnelerin birleştirilmesi. Bu alanlardaki gelişmeler uzun süredir devam ediyor. 1981'de bireysel atomların transferine izin veren bir tünel mikroskobu oluşturuldu. Tünel etkisi, bir mikropartikülün klasik olarak erişilebilen bir hareket bölgesinden, ilkinden potansiyel bir bariyerle ayrılan diğerine nüfuz etmesinin kuantum olgusudur. İcat edilen mikroskobun temeli, incelenen yüzey üzerinde bir nanometreden daha az bir boşlukla kayan çok keskin bir iğnedir. Bu durumda, iğne tünelinin ucundan gelen elektronlar bu boşluktan geçerek alt tabakaya girer.
Bununla birlikte, yüzey araştırmalarına ek olarak, yeni tip mikroskopların yaratılması, nanometre boyutunda elementlerin oluşumu için temelde yeni bir yol açmıştır. Atomların hareketi, belirli bir noktada uzaklaştırılması ve birikmesinin yanı sıra kimyasal süreçlerin yerel uyarılması konusunda benzersiz sonuçlar elde edildi. O zamandan beri teknoloji önemli ölçüde geliştirildi. Bugün, bu başarılar günlük yaşamda kullanılmaktadır: herhangi bir lazer diskin üretimi ve hatta DVD'lerin üretimi, nanoteknik kontrol yöntemleri kullanılmadan imkansızdır.
Nanokimya, nanodağılmış madde ve malzemelerin sentezi, nanometre boyutundaki cisimlerin kimyasal dönüşümlerinin düzenlenmesi, nanoyapıların kimyasal bozunmasının önlenmesi, nanokristaller kullanılarak hastalıkların tedavi yöntemleridir.
Nanokimyanın araştırma alanları şunlardır:
- - nanomanipülatörler kullanılarak atomlardan büyük moleküllerin birleştirilmesine yönelik yöntemlerin geliştirilmesi;
- - mekanik, elektriksel ve manyetik etkiler altında atomların molekül içi yeniden düzenlenmelerinin incelenmesi. Süperkritik Akışkan Akışlarında Nanoyapıların Sentezi; fraktal, çerçeve, boru şeklinde ve sütunlu nanoyapıların oluşumu ile yönlendirilmiş montaj yöntemlerinin geliştirilmesi.
- - aşırı dağılmış maddelerin ve nanoyapıların fiziko-kimyasal evrimi teorisinin geliştirilmesi; Nanoyapıların kimyasal bozulmasını önlemenin yollarını yaratmak.
- - kimya ve petrokimya endüstrileri için yeni nanokatalizörlerin elde edilmesi; nanokristaller üzerindeki katalitik reaksiyonların mekanizmasının incelenmesi.
- - akustik alanlardaki gözenekli ortamlardaki nanokristalizasyon mekanizmalarının incelenmesi; biyolojik dokulardaki nanoyapıların sentezi; patolojisi olan dokularda nanoyapılar oluşturarak hastalıkların tedavisine yönelik yöntemlerin geliştirilmesi.
- - nanokristal gruplarında kendi kendini organize etme olgusunun incelenmesi; Nanoyapıların stabilizasyonunu kimyasal değiştiricilerle uzatmanın yeni yollarını arayın.
- - Beklenen sonuç, aşağıdakileri sağlayan işlevsel bir makine yelpazesi olacaktır:
- - Moleküller üzerindeki yerel etkiler altında molekül içi yeniden düzenlemeleri incelemek için metodoloji.
- - kimya endüstrisi ve laboratuvar uygulamaları için yeni katalizörler;
- - geniş bir etki spektrumuna sahip oksit-nadir toprak ve vanadyum nanokatalizörleri.
- - teknik nanoyapıların kimyasal bozunmasını önlemeye yönelik metodoloji;
- - Kimyasal bozunmayı tahmin etmeye yönelik yöntemler.
- - terapi ve cerrahiye yönelik nanotıplar, diş hekimliğine yönelik hidroksiapatit bazlı preparatlar;
- - tümör içi nanokristalizasyon gerçekleştirerek ve akustik alan uygulayarak onkolojik hastalıkları tedavi etmeye yönelik bir yöntem.
- - nanokristallerin yönlendirilmiş toplanmasıyla nanoyapılar oluşturma yöntemleri;
- - nanoyapıların mekansal organizasyonunu düzenleme teknikleri.
- - ultra dağılmış aktif faza sahip yeni kimyasal sensörler; Kimyasal modifikasyonla sensörlerin hassasiyetini arttırma yöntemleri.
Nanokimya çeşitli nanoyapıların özelliklerini inceleyen ve bunların üretimi, incelenmesi ve modifikasyonu için yeni yöntemlerin geliştirilmesini inceleyen bir bilimdir.
Nanokimyanın öncelikli görevlerinden biri nanopartikülün boyutu ile özellikleri arasında ilişki kurmaktır.
Nanokimya araştırmasının nesneleri eşdeğer boyutları (hacimi vücudun hacmine eşit olan bir kürenin çapı) nanoaralık (0,1 - 100 nm) içinde kalacak şekilde kütleye sahip cisimlerdir.
Nanodünyanın klasik fizik ve kuantum mekaniğinin sınırları üzerindeki konumu nedeniyle, içindeki nesnelerin artık tamamen aynı ve istatistiksel olarak ayırt edilemez olduğu düşünülemez. Hepsi bireyseldir ve bir nanopartikül diğer nanopartikülden kompozisyon, yapı ve diğer birçok parametre bakımından farklılık gösterir.
Nanokimya hızlı bir gelişme aşamasındadır, dolayısıyla
Çalışırken sürekli kavram ve terimlerle ilgili sorular ortaya çıkar.
“Küme”, “nanoparçacık” ve “kuantum” terimleri arasındaki belirgin farklar
dönem” henüz formüle edilmemiştir. “Küme” terimi daha çok aşağıdakiler için kullanılır:
daha büyük atom kümeleri ve özellikleri tanımlamak için yaygındır
metaller ve karbon. “Kuantum noktası” terimi genellikle
yarı iletken parçacıkları ve adacıkları ifade eder; burada kuantum
yük taşıyıcılarının veya eksitonların sınırlamaları özelliklerini etkiler.
Teorik nanokimya uzaysal koordinatlar ve hızlar, kütle, bileşimin özellikleri, her nanoparçacığın şekli ve yapısı gibi parçacıkların durumuna ilişkin parametreleri dikkate alarak nanocisimlerin davranışını hesaplamak için yöntemler geliştirir.
Deneysel nanokimyaüç yönde gelişir.
1. İçinde Birinci Onlarca ve yüzlerce atom içeren moleküllerin yapısını yargılamayı mümkün kılan ultra duyarlı spektral yöntemler geliştirilmekte ve kullanılmaktadır.
2 saniye Yön, nanoproblar ve özel manipülatörler kullanılarak uygulanan, nanocisimler üzerindeki yerel (yerel) elektriksel, manyetik veya mekanik etkiler altındaki olayları inceler. Amaç, bireysel gaz moleküllerinin nano cisimler ve nano cisimler ile birbirleriyle etkileşimini incelemek, moleküller tahrip edilmeden ve parçalanmaları olmadan molekül içi yeniden düzenlemelerin olasılığını belirlemektir. Bu yön aynı zamanda istenen nanobody'nin "atomik birleştirilmesi" olasılığı açısından da ilgi çekicidir. alışkanlık(görünüm) atomları substratın yüzeyi boyunca hareket ettirirken (yüzeyi çeşitli işlemlere tabi tutulan temel malzeme, bunun sonucunda yeni özelliklere sahip katmanlar oluşturulur veya başka bir malzemeden bir film büyütülür).
3. İçinde üçüncü yönleri, nanocisim topluluklarının makrokinetik özellikleri ve durum parametreleri üzerindeki dağılım fonksiyonları belirlenir.
Uygulamalı nanokimya içerir:
§ nanosistemlerin mühendislik ve nanoteknolojide kullanımına yönelik teorik temellerin geliştirilmesi, kullanım koşulları altında belirli nanosistemlerin gelişimini tahmin etmeye yönelik yöntemlerin yanı sıra en uygun çalışma yöntemlerinin araştırılması ( teknik nanokimya);
§ Nanomalzemelerin sentezi sırasında nanosistemlerin davranışına ilişkin teorik modellerin oluşturulması ve bunların üretimi için en uygun koşulların araştırılması ( sentetik nanokimya);
§ biyolojik nanosistemlerin incelenmesi ve nanosistemlerin tıbbi amaçlarla kullanılmasına yönelik yöntemlerin oluşturulması ( tıbbi nanokimya);
§ çevrede nanopartiküllerin oluşumu ve göçüne ilişkin teorik modellerin ve doğal suların veya havanın nanopartiküllerden arındırılmasına yönelik yöntemlerin geliştirilmesi ( ekolojik nanokimya).
Tıp ve sağlık. kullanıldığına dair kanıt elde edildi
nanoaygıtlar ve nanoyapılı yüzeyler büyüklük sırasına göre artabilir
Kod çözme gibi emek yoğun bir biyoloji alanında analizin verimliliği
genetik Kod. Bireysel belirleme yöntemlerinin geliştirilmesi
genetik özellikler tanı ve tedavide devrim yarattı
hastalıklar. İlaç reçetelemeyi optimize etmenin yanı sıra,
Nanoteknoloji, yeni ilaç dağıtım yöntemlerinin geliştirilmesini mümkün kılmıştır.
hastalıklı organlar ve ayrıca terapötik derecelerini önemli ölçüde artırır
darbe. Nanoteknolojinin başarıları araştırmalarda kullanılıyor
Hücre biyolojisi ve patolojisi. Yeni analitik tekniklerin geliştirilmesi,
nanometre ölçeğinde çalışmaya uygun olması önemli ölçüde arttı
hücrelerin kimyasal ve mekanik özelliklerine ilişkin çalışmaların etkinliği
(bölünme ve hareket dahil) ve ayrıca özelliklerin ölçülmesini mümkün kıldı
bireysel moleküller. Bu yeni teknikler önemli bir katkı haline geldi
Canlı organizmaların işleyişinin incelenmesiyle ilgili teknikler.
Ayrıca nanoyapıların kontrollü olarak oluşturulması yeni nanoyapıların oluşmasına yol açmaktadır.
geliştirilmiş özelliklere sahip biyouyumlu malzemeler.
Biyolojik sistemlerin moleküler bileşenleri (proteinler, nükleik asitler10
asitler, lipitler, karbonhidratlar ve bunların biyolojik analogları) örneklerdir
Yapısı ve özellikleri nano ölçekte belirlenen malzemeler. Birçok
kullanılarak doğal nanoyapılar ve nanosistemler oluşturulur.
Kendi kendine birleşmenin biyolojik yöntemleri. Yapay inorganik ve
organik nanomateryaller hücrelere yerleştirilebilir ve kullanılabilir.
teşhis (örneğin, görselleştirilmiş kuantum yaratarak)
"noktalar") ve bunların aktif bileşenleri olarak kullanılır.
Bir bilgisayarın bellek kapasitesini ve hızını artırmak
Nanoteknoloji makromoleküler modellemeye geçmeyi mümkün kıldı
gerçek bir ortamda ızgaralar. Bu tür hesaplamalar son derece önemlidir.
biyouyumlu nakillerin ve yeni ilaç türlerinin geliştirilmesi.
Nanoteknolojinin umut verici bazı uygulamalarını listeleyelim:
Biyoloji:
Genetik kodların hızlı ve etkili bir şekilde çözülmesi
Tanı ve tedavi açısından ilgi çekicidir.
Etkili ve ucuz sağlık hizmeti
uzaktan kumandayı ve çalışan cihazları kullanma
canlı organizmaların içinde
İlaçların vücutta uygulanması ve dağıtılmasında yeni yöntemler
tedavinin etkinliğinin arttırılması açısından büyük önem taşımaktadır (örn.
ilaçların vücudun belirli yerlerine verilmesi)
Daha dayanıklı ve yapay vücut tarafından reddedilmeyen gelişme
doku ve organlar
Sinyal verebilecek sensör sistemlerinin geliştirilmesi
vücutta doktorların izin verebileceği hastalıkların ortaya çıkması
tedaviye değil, teşhis ve tedaviyle ilgilenin
hastalık önleme
Supramoleküler kimyanın nesneleri
“Supramoleküler kimya” terimi ilk kez 1978'de tanıtıldı.
Nobel ödüllü Fransız kimyager Jean-Marie Lehn ve
karmaşık oluşumları tanımlayan kimya olarak tanımlanır.
birbirine bağlı iki (veya daha fazla) kimyasal parçacığın birleşmesinin sonucu
Moleküller arası kuvvetler." “Supra” öneki Rusça'ya karşılık gelir
"yukarıda" öneki.
Supramoleküler (supramoleküler) kimya
Kimya) kimyayı da içeren disiplinlerarası bir bilim alanıdır.
dikkate alınması gereken fiziksel ve biyolojik yönler, olduğundan daha karmaşıktır.
moleküller, kimyasal sistemler tek bir bütün halinde birbirine bağlanır
moleküller arası (kovalent olmayan) etkileşimler.
Supramoleküler kimyanın nesneleri supramolekülerdir
Tamamlayıcı olanlardan kendiliğinden oluşan topluluklar, yani
parçaların geometrik ve kimyasal yazışmaları, benzer
Yaşamdaki en karmaşık mekansal yapıların kendiliğinden bir araya gelmesi
kafes. Modern kimyanın temel problemlerinden biri
Bu tür sistemlerin hedeflenen tasarımı, molekülerden yaratılması
Yüksek derecede düzenli supramoleküler bileşiklerin "yapı taşları"
Belirli bir yapı ve özelliklere sahip. Supramoleküler oluşumlar
bileşenlerinin mekansal düzenlemesi ile karakterize edilen,
mimari, “üstyapı” ve moleküller arası türler
Bileşenleri bir arada tutan etkileşimler. Genel olarak
Moleküller arası etkileşimler kovalent bağlardan daha zayıftır, bu nedenle
supramoleküler bileşenler termodinamik olarak daha az kararlıdır.
kinetik olarak kararsız ve moleküllerden dinamik olarak daha esnektir.
Uzaktan eğitim kursları, fonksiyonel malzemelerin ve nanomateryallerin üretimi için gelecek vaat eden teknolojilerin geliştirilmesi için uzmanların eğitimi alanında etkili ek eğitim ve ileri eğitimin modern bir şeklidir. Bu, dünya çapında gelişen modern eğitimin umut verici biçimlerinden biridir. Bilgi edinmenin bu biçimi özellikle nanomalzemeler ve nanoteknoloji gibi disiplinler arası bir alanla ilgilidir. Uzaktan kursların avantajları erişilebilirliği, eğitim rotalarının oluşturulmasında esneklik, öğrencilerle etkileşim sürecinin geliştirilmiş verimliliği ve verimliliği, tam zamanlı kurslara kıyasla maliyet etkinliğidir, ancak bunlar uzaktan eğitimle uyumlu bir şekilde birleştirilebilir. Nanokimya ve nanomalzemelerin temel ilkeleri alanında, Moskova Devlet Üniversitesi Nanoteknoloji Bilim ve Eğitim Merkezi tarafından video materyalleri hazırlanmıştır:
- . Nanosistem bilimleri ve nanoteknolojilerin temel kavramları ve tanımları. Nanoteknoloji ve nanosistem bilimlerinin ortaya çıkış tarihi. Disiplinlerarasılık ve multidisiplinerlik. Nanonesne ve nanosistem örnekleri, özellikleri ve teknolojik uygulamaları. Nanoteknolojinin nesneleri ve yöntemleri. Nanoteknolojinin gelişimi için ilkeler ve beklentiler.
- . Nanosistem oluşumunun temel ilkeleri. Fiziksel ve kimyasal yöntemler. Nanonesnelerin “yukarıdan aşağıya” elde edilmesi süreçleri. Klasik, “yumuşak”, mikroküre, iyon ışını (FIB), AFM - litografi ve nanoindentasyon. Nanonesnelerin mekanik aktivasyonu ve mekanosentezi. Nanonesnelerin “aşağıdan yukarıya” elde edilmesine yönelik süreçler. Gaz ve yoğun ortamlarda çekirdeklenme süreçleri. Heterojen çekirdeklenme, epitaksi ve heteroepitaksi. Spinodal çürüme. Amorf (camsı) matrislerde nanonesnelerin sentezi. Kimyasal homojenizasyon yöntemleri (birlikte çökeltme, sol-jel yöntemi, kriyokimyasal teknoloji, aerosol pirolizi, solvotermal arıtma, süperkritik kurutma). Nanopartiküllerin ve nanonesnelerin sınıflandırılması. Nanopartiküllerin elde edilmesi ve stabilize edilmesi için teknikler. Nanopartiküllerin toplanması ve ayrıştırılması. Bir ve iki boyutlu nanoreaktörlerde nanomalzemelerin sentezi.
- . Nanosistemlerin istatistiksel fiziği. Küçük sistemlerde faz geçişlerinin özellikleri. Molekül içi ve moleküller arası etkileşim türleri. Hidrofobisite ve hidrofiliklik. Kendi kendine toplanma ve kendi kendini organize etme. Misel oluşumu. Kendi kendine birleşen tek katmanlar. Langmuir-Blodgett filmleri. Moleküllerin supramoleküler organizasyonu. Moleküler tanıma. Polimer makromolekülleri, hazırlanma yöntemleri. Polimer sistemlerde kendi kendine organizasyon. Blok kopolimerlerin mikrofaz ayrılması. Dendrimerler, polimer fırçalar. Polielektrolitlerin katman katman kendiliğinden birleşmesi. Supramoleküler polimerler.
- . Madde, faz, malzeme. Malzemelerin hiyerarşik yapısı. Nanomalzemeler ve sınıflandırılması. İnorganik ve organik fonksiyonel nanomalzemeler. Hibrit (organik-inorganik ve inorganik-organik) malzemeler. Biyomineralizasyon ve biyoseramikler. Nanoyapılı 1D, 2D ve 3D malzemeler. Mezogözenekli malzemeler. Moleküler elekler. Nanokompozitler ve sinerjistik özellikleri. Yapısal nanomalzemeler.
- . Kataliz ve nanoteknoloji. Heterojen katalizde temel prensipler ve kavramlar. Hazırlama ve aktivasyon koşullarının heterojen katalizörlerin aktif yüzeyinin oluşumu üzerindeki etkisi. Yapıya duyarlı ve yapıya duyarlı olmayan reaksiyonlar. Nanopartiküllerin termodinamik ve kinetik özelliklerinin özgüllüğü. Elektrokataliz. Zeolitler ve moleküler elekler üzerinde kataliz. Membran katalizi.
- . Yapısal malzemeler ve fonksiyonel sistemler için polimerler. Karmaşık işlevleri yerine getirebilen "akıllı" polimer sistemleri. “Akıllı” sistemlere örnekler (petrol üretimi için polimer sıvılar, akıllı pencereler, yakıt hücreleri için nanoyapılı membranlar). Biyopolimerler en “akıllı” sistemlerdir. Biyomimetik yaklaşım. Akıllı polimerlerin özelliklerini optimize etmek için dizi tasarımı. Biyopolimerlerdeki dizilerin moleküler evrimi sorunları.
- . Kimyasal güç kaynakları için yeni malzemeler yaratmanın mevcut durumu ve sorunları: katı oksit yakıt hücreleri (SOFC) ve lityum piller ele alınmaktadır. Çeşitli inorganik bileşiklerin özelliklerini etkileyen ve bunların elektrot malzemesi olarak kullanılma olasılığını belirleyen temel yapısal faktörler analiz edilir: SOFC'lerdeki karmaşık perovskitler ve lityum pillerdeki geçiş metali bileşikleri (kompleks oksitler ve fosfatlar). Lityum pillerde kullanılan ve umut verici olarak kabul edilen ana anot ve katot malzemeleri dikkate alınmaktadır: bunların avantajları ve sınırlamalarının yanı sıra, kompozit malzemelerin atom yapısında ve mikro yapısında nanoyapı yoluyla özellikleri iyileştirmek amacıyla yönlendirilmiş değişikliklerle sınırlamaların üstesinden gelme olasılığı mevcut kaynaklardan.
Seçilen konular aşağıdaki kitap bölümlerinde tartışılmaktadır (Binom Yayıncılık):
Nanokimya, kendiliğinden birleşme ve nanoyapılı yüzeyler üzerine açıklayıcı materyaller:
Bilimsel olarak popüler "video kitaplar":
Nanokimya ve fonksiyonel nanomateryallerin seçilmiş bölümleri.
