Nanokimyo - bu kimyodagi tadqiqot predmetining evolyutsiyasi. Nanokimyoning asosiy yo'nalishlari va tushunchalari

Yuqorida ta'kidlanganidek, nanodunyo klassik fizika va kvant mexanikasi chegaralarida joylashganligi sababli, uning ob'ektlarini endi mutlaqo bir xil va statistik jihatdan ajratib bo'lmaydigan deb hisoblash mumkin emas. Ularning barchasi individual bo'lib, bir nanozarra boshqasidan tarkibi, tuzilishi va boshqa ko'plab parametrlari (masalan, C 60 va C 70 fullerenlari) bilan farq qiladi. Ob'ekt tuzilishidagi bir xillik va tartibsizliklarning mavjudligini e'tiborsiz qoldirib, uni tasvirlash uchun klassik fizikada odatiy bo'lganidek, o'rtacha, integral xususiyatlardan foydalanish mumkin emas. Nano-ob'ektlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, ularning o'lchamlari atomlararo o'zaro ta'sir kuchlarining ta'sir radiusiga mos keladi, ya'ni. ularning o'zaro ta'siri uning xususiyatlariga sezilarli darajada ta'sir qilmasligi uchun tananing atomlarini olib tashlash kerak bo'lgan masofa bilan. Ushbu xususiyat tufayli nanobodlar bir-biri bilan va atrof-muhit bilan makrotanalardan farqli ravishda o'zaro ta'sir qiladi. Turli nanostrukturalarning xossalarini, shuningdek ularni olish, o‘rganish va o‘zgartirishning yangi usullarini ishlab chiqishni o‘rganuvchi fan deyiladi. nanokimyo. Turli nanotizimlarning ishlab chiqarilishi va xususiyatlarini o'rganadi. Nanotizimlar gaz yoki suyuq muhit bilan o'ralgan jismlar to'plamidir. Bunday jismlar ko'p atomli klasterlar va molekulalar, nanodramchalar va nanokristallar bo'lishi mumkin. Bular atomlar va makroskopik jismlar orasidagi oraliq shakllardir. Tizimlarning o'lchamlari 0,1-100 nm oralig'ida qoladi.

Ushbu bilim sohasining ustuvor vazifalaridan biri nanozarrachaning o'lchami va uning xususiyatlari o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatishdir. Nanokimyoda ning roli kvant hajmi effektlari, zarrachalar hajmiga va ulardagi atomlar yoki molekulalarning soniga qarab moddaning xossalarining o'zgarishiga olib keladi. Hajmi effektlarining roli shunchalik kattaki, klasterlar va nanozarralar xossalarining davriy sistemaga o'xshash o'lchamlari va geometriyasiga bog'liqlik jadvallarini yaratishga urinishlar qilinmoqda. Kvant o'lcham effektlari moddaning issiqlik sig'imi, elektr o'tkazuvchanligi, ba'zi optik xususiyatlar va boshqalar kabi xususiyatlarini aniqlaydi.

Xususiyatlarning o'zgarishi ikkita asosiy sabab bilan bog'liq: sirt fraktsiyasining ortishi va kvant ta'siri tufayli elektron strukturaning o'zgarishi. Sirtga yaqin joylashgan atomlarning xossalari materialning asosiy qismida joylashgan atomlarning xossalaridan farq qiladi, shuning uchun zarracha sirtini moddaning maxsus holati deb hisoblash mumkin. Sirtda joylashgan atomlarning ulushi qanchalik katta bo'lsa, sirt bilan bog'liq ta'sirlar shunchalik kuchli bo'ladi (9-rasm).

Guruch. 9. Zarrachalar hajmiga qarab "yuza" atomlari (1) va materialning asosiy qismidagi (2) nisbatlarining o'zgarishi.

Nanoob'ektlarning elektron strukturasining xususiyatlari hajmining pasayishi bilan bog'liq kvant xususiyatlarining kuchayishi bilan izohlanadi. Nanostrukturalarning g'ayrioddiy xossalari ulardan arzimas texnik foydalanishga to'sqinlik qiladi va shu bilan birga butunlay kutilmagan texnik istiqbollarni ochadi.

Nanozarrachalar xossalarida sezilarli farqlar 100 nm dan past boʻlgan zarracha oʻlchamlarida paydo boʻla boshlaydi. Energiya nuqtai nazaridan, zarrachalar hajmining pasayishi sirt energiyasining rolini oshirishga olib keladi, bu esa kichik ob'ektlarning fizik-kimyoviy xususiyatlarining o'zgarishiga olib keladi.

Nanokimyo tadqiqot ob'ektlari shunday massaga ega bo'lgan jismlar bo'lib, ularning ekvivalent kattaligi (hajmi tananing hajmiga teng bo'lgan sharning diametri) nanointerval (0,1 - 100 nm) ichida qoladi. An'anaviy tarzda nanokimyoni nazariy, eksperimental va amaliy fanlarga bo'lish mumkin (10-rasm).

Guruch. 10. Nanokimyoning tuzilishi

Nazariy nanokimyo fazoviy koordinatalar va tezliklar, massa, har bir nanozarrachaning tarkibi, shakli va tuzilishi xususiyatlari kabi zarrachalar holatining parametrlarini hisobga olgan holda nanobodikalarning harakatini hisoblash usullarini ishlab chiqadi.

Eksperimental nanokimyo uch yoʻnalishda rivojlanadi. Doirasida birinchi, bu analitik kimyo bo'limiga juda mos keladi, molekulalar va klasterlarning, shu jumladan o'nlab va yuzlab atomlarning tuzilishini hukm qilish imkonini beradigan o'ta sezgir fizikaviy va kimyoviy usullar ishlab chiqilmoqda va qo'llanilmoqda. Ikkinchi yo'nalishi nanoproblar va maxsus manipulyatorlar yordamida amalga oshiriladigan nanobodiyalarga mahalliy (mahalliy) elektr, magnit yoki mexanik ta'sirlar ostida hodisalarni o'rganadi. Bunda alohida gaz molekulalarining nanobodliklar va nanobodliklar bilan oʻzaro taʼsirini oʻrganish, molekulalar va klasterlarni buzmasdan va ularning parchalanishi bilan ichki qayta joylashish imkoniyatlarini ochib berish maqsad qilingan. Bu soha, shuningdek, atomlar substrat yuzasida harakat qilganda, kerakli ko'rinishdagi nanotananing "atom yig'ilishi" imkoniyati bilan qiziqadi (yuzasi turli xil ishlov berishdan o'tkaziladi, natijada hosil bo'ladi. yangi xususiyatlarga ega qatlamlar yoki boshqa materialning plyonkasi o'sishi). Doirasida uchinchi yo'nalishlar nanobodlar kollektivlarining makrokinetik xususiyatlarini va ularning davlat parametrlari bo'yicha taqsimlanish funktsiyalarini belgilaydi.

Amaliy nanokimyo quyidagilarni o'z ichiga oladi: nanotizimlarni muhandislik va nanotexnologiyada qo'llashning nazariy asoslarini ishlab chiqish, ulardan foydalanish sharoitida aniq nanotizimlarning rivojlanishini bashorat qilish usullari, shuningdek, ishlashning optimal usullarini izlash ( texnik nanokimyo); nanomateriallarni sintez qilish jarayonida nanosistemalar harakatining nazariy modellarini yaratish va ularni ishlab chiqarish uchun maqbul sharoitlarni izlash ( sintetik nanokimyo); biologik nanotizimlarni o'rganish va nanotizimlardan dorivor maqsadlarda foydalanish usullarini yaratish ( tibbiy nanokimyo); Atrof muhitda nanozarrachalarning shakllanishi va migratsiyasining nazariy modellarini va nanozarrachalardan tabiiy suv yoki havoni tozalash usullarini ishlab chiqish ( ekologik nanokimyo).

O'rganilayotgan ob'ektlarning o'lchamlari haqida gapirganda, kimyodagi nanointervalning chegaralari shartli ekanligini hisobga olish kerak. Tananing xususiyatlari uning kattaligiga turli darajada sezgir. Ba'zi xususiyatlar 10 nm dan ortiq o'lchamlarda o'ziga xosligini yo'qotadi, boshqalari - 100 nm dan ortiq. Shuning uchun, kamroq xususiyatlarni hisobga olishdan chiqarib tashlash uchun nanointervalning yuqori chegarasi 100 nm deb qabul qilinadi.

Berilgan oraliqda har qanday xususiyat, xususan, uning massasi va hajmiga bog'liq. Shuning uchun nanokimyoning ob'ekti o'zaro ta'sir qiladigan ob'ektlar hisoblanishi mumkin boshqa barcha atomlar bilan har bir atom muhim ahamiyatga ega.

Nanokimyo ob'ektlari turli mezonlarga ko'ra tasniflanishi mumkin. Masalan, tomonidan faza holati(1-jadval).

Geometrik jihatdan(o'lchovlar) nano-ob'ektlarni turli yo'llar bilan tasniflash mumkin. Ba'zi tadqiqotchilar ob'ektning o'lchovliligini ob'ektning makroskopik o'lchamlari bo'lgan o'lchovlar soni bilan tavsiflashni taklif qiladilar. Boshqalar esa nanoskopik o'lchovlar sonini asos qilib oladi.

Jadvalda. 2-jadvalda nanokimyoviy tadqiqotlarning asosiy ob'ektlari (nanozarrachalar va ularga mos keladigan nanosistemalar) keltirilgan.

Nanoob'ektlarni o'lchamlari bo'yicha tasniflash nafaqat rasmiy nuqtai nazardan muhimdir. Geometriya ularning fizik-kimyoviy xususiyatlarini sezilarli darajada ta'sir qiladi. Keling, nanokimyo tadqiqotining eng ustuvor ob'ektlarini ko'rib chiqaylik.

Inert gazlar atomlaridan nanozarrachalar. Ular eng oddiy nanoob'ektlardir. To'liq to'ldirilgan elektron qobiqli inert gazlarning atomlari bir-biri bilan van der Vaals kuchlari orqali zaif ta'sir qiladi. Bunday zarrachalarni tavsiflashda qattiq sharlar modelidan foydalaniladi (11-rasm). Bog'lanish energiyasi, ya'ni alohida atomni nanozarrachadan ajratish uchun sarflangan energiya juda kichik, shuning uchun zarralar 10-100 K dan yuqori bo'lmagan haroratlarda mavjud.

Guruch. 11. 16 ta argon atomining nanozarralari.

Metall nanozarrachalar. Bir necha atomli metall klasterlarida ham kovalent, ham metall turdagi bog'lanishlar amalga oshirilishi mumkin (12-rasm). Metall nanozarrachalar yuqori reaktivdir va ko'pincha katalizator sifatida ishlatiladi. Metall nanozarrachalar to'g'ri shaklga ega bo'lishi mumkin - oktaedr, ikosahedr, tetradekaedr.

Guruch. 12. Platina (oq sharlar) va mis (kulrang) atomlaridan tashkil topgan nanozarrachalar.

Fullerenlar. Ular kovalent aloqa bilan bog'langan uglerod atomlarining ko'pburchaklari tomonidan hosil bo'lgan ichi bo'sh zarralardir. Fullerenlar orasida alohida o'rinni mikroskopik futbol to'piga o'xshash 60 uglerod atomidan iborat zarracha - C 60 egallaydi (13-rasm).

Guruch. 13. Fulleren C 60 molekulasi

Fullerenlar keng qo'llaniladi: yangi moylash materiallari va ishqalanishga qarshi qoplamalar, yoqilg'ining yangi turlari, o'ta qattiq olmosga o'xshash birikmalar, sensorlar va bo'yoqlarni yaratishda.

uglerod nanotubalari. Bular taxminan 1 000 000 uglerod atomidan tashkil topgan va diametri 1 dan 30 nm gacha va uzunligi bir necha o'nlab mikron bo'lgan bir qatlamli yoki ko'p qatlamli quvurlarni ifodalovchi ichi bo'sh molekulyar ob'ektlardir. Nanotuba yuzasida uglerod atomlari muntazam olti burchakli uchburchaklarda joylashgan (14-rasm).

Guruch. 14. Uglerodli nanotubalar.

Nanotubalar bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega, shuning uchun ular asosan yangi materiallar, elektronika va skanerlash mikroskopini yaratishda keng qo'llaniladi. Nanotubalarning o'ziga xos xususiyatlari: yuqori o'ziga xos sirt maydoni, elektr o'tkazuvchanligi va mustahkamligi ular asosida turli jarayonlar uchun samarali katalizator tashuvchilarni yaratishga imkon beradi. Misol uchun, nanotubalardan yangi energiya manbalari - o'xshash o'lchamdagi oddiy akkumulyatorlardan ko'p marta uzoqroq xizmat qila oladigan yoqilg'i xujayralari ishlab chiqariladi. Misol uchun, palladiy nanozarralari bo'lgan nanotubalar vodorodni hajmidan minglab marta ixcham saqlashi mumkin. Yoqilg'i xujayrasi texnologiyasini yanada rivojlantirish ularga zamonaviy akkumulyatorlarga qaraganda yuzlab va minglab marta ko'proq energiya saqlash imkonini beradi.

Ion klasterlari. Ular natriy xloridning kristall panjarasidagi ionli bog'lanishning klassik rasmini ifodalaydi (15-rasm). Agar ionli nanozarracha etarlicha katta bo'lsa, uning tuzilishi quyma kristalnikiga yaqin bo'ladi. Ion birikmalari yuqori aniqlikdagi fotografik plyonkalar, molekulyar fotodetektorlar yaratishda, mikroelektronika va elektrooptikaning turli sohalarida qoʻllaniladi.

Guruch. 15. NaCl klasteri.

fraktal klasterlar. Bular shoxlangan tuzilishga ega bo'lgan narsalardir (16-rasm): kuyikish, kolloidlar, turli aerozollar va aerojellar. Fraktal - bu ob'ekt bo'lib, unda kattalashtirish bilan bir xil tuzilma barcha darajalarda va har qanday miqyosda qanday takrorlanishini ko'rish mumkin.

16-rasm. fraktal klaster

Molekulyar klasterlar(supramolekulyar tizimlar). Molekulalar klasterlari. Ko'pchilik klasterlar molekulyardir. Ularning soni va xilma-xilligi juda katta. Xususan, ko'pgina biologik makromolekulalar molekulyar klasterlarga tegishli (17 va 18-rasmlar).

Guruch. 17. Ferredoksin oqsilining molekulyar klasteri.

Guruch. 18. Yuqori spinli molekulyar klasterlar

Nanokimyo

Kimyo va farmakologiya

Nanofan mustaqil fan sifatida faqat oxirgi 7-10 yil ichida paydo bo'ldi. Nanostrukturalarni o'rganish ko'plab klassik ilmiy fanlar uchun umumiy yo'nalishdir. Nanokimyo ular orasida yetakchi o‘rinlardan birini egallaydi, chunki u...

FEDERAL TA'LIM AGENTLIGI OMSK DAVLAT PEDAGOGIKA UNIVERSITETI KIMYO-BIOLOGIYA FAKULTETI
KIMYO VA KIMYO OQITISH METODLARI KAFEDRATI

Nanokimyo

To‘ldiruvchi: 1-XO o‘quvchisi Kuklina N.E.

Tekshirgan: kimyo fanlari nomzodi, dotsent Bryanskiy B.Ya.

Omsk 2008 yil

§bir. Nano fanning shakllanish tarixi…………………………………………………………………3

§2. Nano fanning asosiy tushunchalari……………………………………………………………….5

§3. Ayrim nanozarrachalarning tuzilishi va xulq-atvorining xususiyatlari……………………………8

§ to'rt. Nanokimyodan amaliy foydalanish turlari………………………………………9

§5. Nanozarrachalarni olish usullari…………………………………………………………..10

§6. Nanomateriyalar va ularni qo‘llash istiqbollari……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11

Axborot manbalari………………………………………………………………………………………13

§bir. Nano fanning shakllanish tarixi

1905 yil Albert Eynshteyn shakar molekulasining kattaligi p ekanligini nazariy jihatdan isbotladi tomirlar esa 1 nanometrga teng.

1931 yil Nemis fiziklari Ernst Ruska va Maks Knoll elektron mikrofon yaratdilar haqida miqyosni ta'minlash 10 15 - barobar ortishi.

1932 yil Gollandiyalik professor Fritz Zernike faza-kontrast mi ixtiro qildi uchun roscope optik mikroskopning tasvir tafsilotlarini ko'rsatish sifatini yaxshilagan varianti a zheniya va uning yordamida tirik hujayralarni tekshirdi.

1939 yil Ernst Ruska ishlagan Siemens 10 nm o'lchamli birinchi tijorat elektron mikroskopini ishlab chiqardi.

1966 yil Milliy byuroda ishlagan amerikalik fizik Rassel Yang n dart, bugungi kunda tunnel mikrofonlarini skanerlashda ishlatiladigan dvigatelni ixtiro qildi haqida 0,01 angstrom (1 nanometr = 10 angstrom) aniqlikdagi nanotoollarni joylashtirish uchun.

1968 yil Bell ijrochi vitse-prezidenti Alfred Cho va uning yarimo‘tkazgichlar bo‘yicha tadqiqot bo‘limi xodimi Jon Artur nanotexnologiyalardan sirtni tozalash muammolarini hal qilish va elektron qurilmalarni yaratishda atom aniqligiga erishishning nazariy imkoniyatlarini asoslab berishdi.

1974 yil Tokio universitetida ishlagan yapon fizigi Norio Taniguchi "nanotexnologiya" atamasini taklif qildi (ajralish, yig'ish va onaning o'zgarishi jarayoni. a ularni bitta atom yoki bitta molekulaga ta'sir qilish orqali ushlash), bu tezda ilmiy doiralarda mashhurlikka erishdi.

1982 yil IBM Tsyurix tadqiqot markazida fiziklar Gerd Binnig va Ge n Rich Rorer skanerlash tunnel mikroskopini (STM) yaratdi, bu o'tkazuvchan materiallarning sirtlarida atomlarning joylashishining uch o'lchovli rasmini yaratishga imkon beradi.

1985 yil Uch amerikalik kimyogar: Rays universiteti professori Richard Smolli, shuningdek Robert Karl va Xarold Kroto quyidagilardan iborat fulleren molekulalarini kashf etdilar. I shar shaklida joylashgan 60 ta uglerod atomidan iborat. Bu olimlar, shuningdek, birinchi marta 1 nm ob'ektni o'lchashga muvaffaq bo'lishdi.

1986 yil Gerd Binnig skanerlovchi atom kuchini zondlovchi mikrometrni ishlab chiqdi haqida ko'lami, bu nihoyat har qanday materialning atomlarini tasavvur qilish imkonini berdi (nafaqat haqida etakchi), shuningdek, ularni manipulyatsiya qilish.

19871988 "Delta" ilmiy-tadqiqot institutida P.N. Luskinovich tomonidan birinchi rus nanotexnologik qurilmasi ishga tushirildi, u isitish ta'sirida mikroskop zondining uchidan zarrachalarni yo'naltirishni amalga oshirdi.

1989 yil Kaliforniya IBM ilmiy markazi olimlari Donald Eygler va Erxard Shvetser o'z kompaniyasi nomi bilan nikel kristaliga 35 ksenon atomini joylashtirishga muvaffaq bo'lishdi.

1991 yil NECda ishlagan yapon professori Sumio Lijima va Bilan 0,8 nm diametrli uglerod naychalarini (yoki nanotubalarni) yaratish uchun fullerenlardan foydalangan.

1991 yil AQShda Milliy fan fondining birinchi nanotexnologiya dasturi ishga tushirildi. Yaponiya hukumati ham xuddi shunday tadbirlarni amalga oshirdi.

1998 yil Delfts texnologiya universitetining gollandiyalik professori Cees Dekker nanotubalar asosida tranzistor yaratdi. Buning uchun u dunyoda birinchi bo'lib o'zgarishi kerak edi e bunday molekulaning elektr o'tkazuvchanligini o'lchash.

2000 Nemis fizigi Frants Gissibl kremniy tarkibidagi subatomik zarralarni ko'rgan. Uning hamkasbi Robert Magerle uchta nanotomografiya yaratish texnologiyasini taklif qildi R 100 nm o'lchamdagi moddaning ichki tuzilishi tasviri.

2000 AQSh hukumati Milliy nanotexnologiya institutini ochdi va tashabbus (NNI). AQSh byudjyeti tijorat yo'nalishi bo'yicha 270 million dollar ajratdi e Rossiya kompaniyalari unga 10 barobar ko'p sarmoya kiritdilar.

2002 yil Cees Dekker uglerod naychasini DNK bilan birlashtirib, bitta nano hosil qildi xonlikdir.

2003 yil Yuta universiteti professori Feng Liu Frants Gissiblning yutuqlaridan foydalanib, atom mikroskopidan foydalanib, elektronlar yadro atrofida harakatlanayotganda ularning tebranishlarini tahlil qilib, ularning orbitalarining tasvirlarini yaratdi.

§2. Nano fanning asosiy tushunchalari

Nanofan mustaqil fan sifatida faqat keyin paydo bo'ldi d 7-10 yil. Nanostrukturalarni o'rganish ko'plab klassik ilmiy fanlar uchun umumiy yo'nalishdir. Nanokimyo ular orasida yetakchi oʻrinlardan birini egallaydi, chunki u koʻpincha tabiiy materiallardan sifat jihatidan ustun boʻlgan yangi nanomateriallarni ishlab chiqish, ishlab chiqarish va tadqiq qilish uchun amalda cheksiz imkoniyatlarni ochib beradi.

Nanokimyo - turli nanozarrachalarning xossalarini o‘rganuvchi fan t ruktur, shuningdek, ularni ishlab chiqarish, o'rganish va o'zgartirishning yangi usullarini ishlab chiqish.

Nanokimyoning ustuvor vazifasi hisoblanadiNanometr o'lchamlari o'rtasidagi munosabatni o'rnatish a qoziq va uning xususiyatlari.

Nanokimyo tadqiqot ob'ektlariular ekvivalentiga teng massaga ega jismlardir va valentlik kattaligi nanorang (0,1 100 nm) ichida qoladi.

Nano o'lchamli ob'ektlar bir tomondan quyma materiallar, ikkinchi tomondan atomlar va molekulalar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallaydi. Bundaylarning mavjudligi b materiallardagi loyihalar ularga yangi kimyoviy va fizik xususiyatlarni beradi. Nanoob'ektlar qonunlar mavjud bo'lgan dunyo o'rtasidagi oraliq va bog'lovchi bo'g'indir haqida kvant mexanikasi va klassik fizika qonunlari amal qiladigan dunyo.

Atrofdagi dunyo ob'ektlarining xarakterli o'lchamlari

Nanokimyo turli xil nanosistemalarning ishlab chiqarilishi va xususiyatlarini o'rganadi. Nanotizimlar gaz yoki suyuq muhit bilan o'ralgan jismlar to'plamidir. Bunday t e Lama sifatida ko'p atomli klasterlar va molekulalar, nanodramchalar va nanokristallardan foydalanish mumkin. Bular atomlar va makroskopik jismlar orasidagi oraliq shakllardir. Tizimlar hajmi taxminan Bilan 0,1 100 nm ichida eriydi.

Nanokimyo ob'ektlarining fazaviy holat bo'yicha tasnifi

Faza holati	yagona atomlar	Klasterlar	Nanozarrachalar	Kompakt materiya
Diametri, nm	0,1-0,3	0,3-10	10-100	100 dan ortiq
Atomlar soni	1-10	10-10 6	10 6 -10 9	10 9 dan yuqori

Nanokimyo tomonidan o'rganiladigan ob'ektlar doirasi doimiy ravishda kengayib bormoqda. Kimyogarlar har doim nanometr o'lchamdagi jismlarning xususiyatlari nima ekanligini tushunishga harakat qilishgan. Bu kolloid va makromolekulyar kimyoning jadal rivojlanishiga olib keldi.

XX asrning 80-90-yillarida elektron, atom kuchlari va shu kabi usullar tufayli. n mikroskop, metall nanokristallarning xatti-harakatlarini kuzatish mumkin edi va e organik tuzlar, oqsil molekulalari, fullerenlar va nanotubalar va so'nggi yillarda t a Bu kuzatishlar keng tarqaldi.

Nanokimyoviy tadqiqot ob'ektlari

Nanozarrachalar	Nanotizimlar
Fullerenlar	Kristallar, eritmalar
tubulalar	Agregatlar, yechimlar
Protein molekulalari	Eritmalar, kristallar
polimer molekulalari	Sollar, jellar
Noorganik nanokristallar e mavjudotlar	Aerozollar, kolloid eritmalar, yog'ingarchilik
Misellar	Kolloid eritmalar
Nanobloklar	Qattiq moddalar
Langmuir filmlari Blodget	Er yuzasida plyonka bo'lgan jismlar
Gazlardagi klasterlar	Aerozollar
Har xil qatlamlardagi nanozarralar e mavjudotlar	Nanostrukturali filmlar

Shunday qilib, nanokimyoning quyidagi asosiy xususiyatlarini ajratib ko'rsatish mumkin:

1. Ob'ektlarning geometrik o'lchamlari nanometr shkalasida yotadi;
2. Ob'ektlar va ularning to'plamlari tomonidan yangi xususiyatlarning namoyon bo'lishi;
3. Ob'ektlarni nazorat qilish va aniq manipulyatsiya qilish imkoniyati;
4. Ob'ektlar asosida yig'ilgan ob'ektlar va qurilmalar yangi iste'molchilarni qabul qiladi bsky xususiyatlari.

§3. Ayrim nanozarrachalarning tuzilishi va harakatlanish xususiyatlari

Inert gazlar atomlaridan nanozarrachalareng oddiy nanoob'ektlardir b loyihalar. To'liq to'ldirilgan elektron qobiqli inert gazlarning atomlari bir-biri bilan van der Vaals kuchlari orqali zaif ta'sir qiladi. Bunday zarrachalarni tavsiflashda qattiq sharlar modelidan foydalaniladi.

Metall nanozarrachalar. Bir nechta atomlarning metall klasterlarida ham kovalent, ham metall turdagi bog'lanishlar amalga oshirilishi mumkin. Metall nanozarrachalar yuqori reaktivdir va ko'pincha kataliz sifatida ishlatiladi. a tori. Metall nanozarrachalar odatda to'g'ri oktaedr, ikos shaklini oladi a hedra, tetradekaedr.

fraktal klasterlarbular shoxlangan tuzilishga ega bo'lgan narsalar: soot, co l loidlar, turli aerozollar va aerojellar. Fraktal shunday ob'ektki, unda ko'payganda Bilan erish kattalashtirish, siz bir xil tuzilish unda barcha darajalarda va har qanday miqyosda qanday takrorlanishini ko'rishingiz mumkin.

Molekulyar klasterlarmolekulalardan tashkil topgan klasterlar. Eng ko'p e xandaklar molekulyardir. Ularning soni va xilma-xilligi juda katta. Xususan, molekulalarga da Ko'pgina biologik makromolekulalar qutbli klasterlarga tegishli.

Fullerenlar ko'pburchakdan hosil bo'lgan ichi bo'sh zarralardir n kovalent aloqa bilan bog'langan uglerod atomlarining taxalluslari. To'ldiruvchilar orasida alohida o'rin tutadi e yangi 60 uglerod atomidan iborat zarracha C 60 mikroskopik futbol to'piga o'xshaydi.

Nanotubalar bular ichi bo'sh molekulalar bo'lib, taxminan 1 000 000 at dan iborat haqida uglerodning harakatlanishi va diametri taxminan bir nanometr va uzunligi bir necha o'nlab mikron bo'lgan bir qatlamli quvurlarni ifodalaydi. Nanotubka yuzasida uglerod atomlari tarqalgan haqida muntazam olti burchakli uchlarida yotadi.

§ to'rt. Nanokimyodan amaliy foydalanish

An'anaviy ravishda nanokimyoni quyidagilarga bo'lish mumkin:

• nazariy
• eksperimental
• Qo'llaniladi

Nazariy nanokimyofazoviy koordinatalar va tezlik kabi zarrachalar holatining parametrlarini hisobga olgan holda nanobodlarning xatti-harakatlarini hisoblash usullarini ishlab chiqadi. haqida har bir nanozarrachaning sti, massasi, tarkibi, shakli va tuzilishi xususiyatlari.

Eksperimental nanokimyouch yoʻnalishda rivojlanadi. Birinchisi doirasida o'ta sezgir spektral usullar ishlab chiqilmoqda va qo'llanilmoqda, ha Yu molekulalarning, shu jumladan o'nlab va yuzlab atomlarning tuzilishini hukm qilish imkoniyatini beradi.Ikkinchisi doirasidayo'nalishi, hodisalari mahalliy (mahalliy) elektrda o'rganiladi e nanoproblar va maxsus manipulyatorlar yordamida amalga oshiriladigan nanobodiyalarga jismoniy, magnit yoki mexanik ta'sirlar.Uchinchi ostidaMen yo'nalishlarni belgilayman t nanobodlar kollektivlarining makrokinetik xususiyatlari va tarqatish funktsiyalari a davlat parametrlari bo'yicha eslatma.

Amaliy nanokimyo o'z ichiga oladi:

• Muhandislik va nanotexnologiyada nanotizimlardan foydalanishning nazariy asoslarini ishlab chiqish haqida ologiya, ular sharoitida muayyan nanotizimlarning rivojlanishini bashorat qilish usullari va Bilan foydalanish, shuningdek optimal ishlash usullarini izlash (texnik lekin nokimyo).
• Nanomatlarni sintez qilishda nanosistemalar harakatining nazariy modellarini yaratish. e riallar va ularni ishlab chiqarish uchun maqbul sharoitlarni izlash (sintetik nanokimyo).
• Biologik nanotizimlarni o'rganish va nanoslardan foydalanish usullarini yaratish va dorivor maqsadlar uchun poyalari (tibbiy nanokimyo).
• Atrof muhitda nanozarrachalarning shakllanishi va migratsiyasining nazariy modellarini ishlab chiqish da yashash muhiti va tabiiy suvlarni yoki havoni nanozarrachalardan tozalash usullari (ek haqida mantiqiy nanokimyo).

§5. Nanozarrachalarni olish usullari

Asosan, nanozarrachalarni sintez qilishning barcha usullarini ikkita katta guruhga bo'lish mumkin:

Dispersiya usullari, yoki an'anaviy makronamunani maydalash orqali nanozarrachalarni olish usullari

kondensatsiya usullari, yoki alohida atomlardan nanozarrachalarni "o'stirish" usullari.

Dispersiya usullari

Dispersiya usullari bilan dastlabki jismlar nanozarrachalarga maydalanadi. Nanozarrachalarni olishning bunday yondashuvini ba'zi olimlar majoziy ma'noda atashadi"yuqoridan pastga yondashuv" . Bu nanopartikullarni yaratishning eng oddiy usullaridan biri, o'ziga xos "go'sht". haqida makrotanalar uchun kesish”. Ushbu usul mikroelektronika uchun materiallar ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi, u sanoat uskunalari va ishlatiladigan materialning imkoniyatlari doirasida ob'ektlarning o'lchamlarini nano o'lchamlarga kamaytirishdan iborat. Va h Moddani nafaqat mexanik usulda nanozarrachalarga maydalash mumkin. Rossiyaning Advanced Powder Technologies kompaniyasi kuchli tok impulsi bilan metall ipni portlatib, nanozarrachalarni oladi.

Bundan tashqari, nanozarrachalarni olishning ko'proq ekzotik usullari mavjud. Amerikalik olimlar 2003 yilda anjir daraxti barglaridan mikroorganizmlarni to'plashdi Rodokok va ularni oltin eritmasiga joylashtirdi. Bakteriyalar kimyoviy vosita sifatida harakat qildi Bilan birinchisi, kumush ionlaridan diametri taxminan 10 nm bo'lgan toza nanozarrachalarni yig'ish. Nanozarrachalarni qurish orqali bakteriyalar o'zini normal his qildi va ko'payishda davom etdi.

Kondensatsiya usullari

Kondensatsiya usullari bilan ("pastdan yuqoriga yondashuv") nanozarrachalar n ni oladi da alohida atomlarni birlashtirish mavzulari. Usul nazorat ostida ekanligidadir Bilan sharoitlar, atomlar va ionlar ansambllari hosil bo'ladi. Natijada, yangi tuzilmalar bilan va shunga mos ravishda ansambllarni shakllantirish shartlarini o'zgartirish orqali dasturlash mumkin bo'lgan yangi xususiyatlarga ega yangi ob'ektlar shakllanadi. Bu bir tomonidan d Ushbu harakat ob'ektlarni miniatyuralashtirish muammosini hal qilishni osonlashtiradi, yuqori aniqlikdagi litografiya, yangi mikroprotsessorlar, yupqa polimer plyonkalar va yangi yarim o'tkazgichlarni yaratishning bir qator muammolarini hal qilishga yaqinlashtiradi.

§6. Nanomateriallar va ularni qo'llash istiqbollari

Nanomateryallar tushunchasi birinchi bo'lib o'sha yili shakllantirilganXX asrning 80-yillari G. Gleyter tomonidan, bu atamani ilmiy foydalanishga kim kiritgan " nanomaterial ". An'anaviy nanomateriallarga qo'shimcha ravishda (masalan, kimyoviy elementlar va birikmalar, amorf moddalar, metallar va ularning qotishmalari) ular orasida nanomo'tkazgichlar, nanopolimerlar, a g'ovakli materiallar, nano changlar, ko'plab uglerod nanostrukturalari, a nobiomateriallar, supramolekulyar tuzilmalar va katalizatorlar.

Nanomateryallarning o'ziga xos xususiyatlarini belgilovchi omillar, ularni hosil qiluvchi nanozarrachalarning o'lchovli, elektron va kvant effektlari, shuningdek, ularning juda rivojlangan yuzasi. Ko'pgina tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki b nanomateriallarning fizik-mexanik xossalarida (kuchlilik, qattiqlik va boshqalar) sezilarli va texnik jihatdan qiziqarli o'zgarishlar zarracha o'lchamlari oralig'ida bir nechta a 100 nm gacha bo'lgan raqamlar. Hozirgi vaqtda kristallit o'lchami taxminan 12 nm va undan kam bo'lgan nitridlar va boridlarga asoslangan ko'plab nanomateriallar allaqachon olingan.

Ularning tagida joylashgan nanozarralarning o'ziga xos xususiyatlari tufayli bunday matlar e rial ko'p jihatdan "oddiy"lardan ustundir. Masalan, kuchi l Nanotexnologiya natijasida olingan po'lat an'anaviy po'latdan 1,5-3 baravar mustahkam, 50-70 marta qattiq va korroziyaga 10-12 marta chidamli.

Nanomateryallarning qo'llanilishi:

• nanoelektronika va nanofotonika elementlari (yarimo'tkazgichli tranzistorlar va lazerlar; fotodetektorlar; quyosh batareyalari; turli sensorlar)
• o'ta zich ma'lumotlarni yozib olish qurilmalari
• telekommunikatsiyalar, axborot va hisoblash texnologiyalari, supe r kompyuterlar
• video uskunalari tekis ekranlar, monitorlar, video proyektorlar
• molekulyar elektron qurilmalar, shu jumladan molekulyar darajadagi kalitlar va elektron sxemalar
• yoqilg'i xujayralari va energiya saqlash qurilmalari
• mikro- va nanomexanika qurilmalari, jumladan molekulyar motorlar va nanomotorlar, nanorobotlar
• nanokimyo va kataliz, shu jumladan yonish nazorati, qoplama, elektr uchun trokimyo va farmatsevtika
• aviatsiya, kosmik va mudofaa ilovalari I muhit
• maqsadli dori va oqsil yetkazib berish, biopolimerlar va biologik to'qimalarni davolash, klinik va tibbiy diagnostika, sun'iy mushaklar yaratish da baliq ovlash, suyaklar, tirik organlarning implantatsiyasi
• biomexanika, genomika, bioinformatika, bioinstrumentatsiya
• kanserogen to'qimalarni, patogenlarni va biologik zararli moddalarni ro'yxatga olish va aniqlash; qishloq xo'jaligi va oziq-ovqat ishlab chiqarishda xavfsizlik.

Omsk viloyati nanotexnologiyalarni rivojlantirishga tayyor

Nanotexnologiyalarni rivojlantirish Omsk viloyatida ilm-fan, texnologiya va texnikani rivojlantirishning ustuvor yo'nalishlaridan biridir.

Shunday qilib, Rossiya akademiyasining Sibir filiali yarimo'tkazgichlar fizikasi institutining Omsk filialida h nanoelektronikani rivojlantirish va Rossiya Fanlar akademiyasining Sibir bo‘limining Uglevodorodlarni qayta ishlash muammolari institutida nano gözenekli uglerod tashuvchilar va katalizatorlarni olish ishlari olib borilmoqda.

Axborot manbalari:

• http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
• http://www.rambler.ru/news
• ht tp : // Nanometer.ru
• http://www.nanonewsnet.ru/ 67 KB Dars jihozlari: Taqdimot Ulug 'Vatan urushining boshlanishi, bu erda urushning dastlabki davri xaritasi ishlatiladi; urush haqidagi hujjatli filmlardan parchalar; Germaniya va SSSRning urushga tayyorligi sxemasi; bag'ishlangan kitoblar ko'rgazmasi Ulug 'Vatan urushiga ...

Nanotexnologiyalar kontseptsiyasi uchun, ehtimol, to'liq ta'rif yo'q, ammo mavjud mikrotexnologiyalarga o'xshab, nanotexnologiyalar nanometr darajasidagi qiymatlarda ishlaydigan texnologiyalardir. Shuning uchun "mikro" dan "nano" ga o'tish moddaning manipulyatsiyasidan individual atomlarning manipulyatsiyasiga sifatli o'tishdir. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish haqida gap ketganda, uchta yo'nalishni hisobga olish kerak: o'lchamlari bo'yicha molekulalar va atomlar bilan taqqoslanadigan faol elementlarga ega elektron sxemalar (jumladan, hajmli) ishlab chiqarish; nanomachinlarni ishlab chiqish va ishlab chiqarish; alohida atomlar va molekulalarni manipulyatsiya qilish va ulardan makroob'ektlarni yig'ish. Bu sohalarda rivojlanish uzoq vaqtdan beri davom etmoqda. 1981 yilda alohida atomlarni uzatish imkonini beruvchi tunnel mikroskopi yaratildi. Tunnel effekti - potentsial to'siq bilan birinchisidan ajratilgan, klassik kirish mumkin bo'lgan harakat maydonidan ikkinchisiga mikrozarrachaning kirib borishining kvant hodisasi. Ixtiro qilingan mikroskopning asosini bir nanometrdan kam bo'shliq bilan o'rganilayotgan sirt ustida sirpanadigan juda o'tkir igna tashkil qiladi. Bunday holda, igna tunnelining uchidan elektronlar ushbu bo'shliq orqali substratga o'tadi.

Biroq, sirtni o'rganish bilan bir qatorda, mikroskopning yangi turini yaratish nanometr o'lchamdagi elementlarni shakllantirish uchun printsipial jihatdan yangi yo'l ochdi. Atomlarning harakati, ularni ma'lum bir nuqtada olib tashlash va cho'ktirish, shuningdek, kimyoviy jarayonlarni mahalliy rag'batlantirish bo'yicha noyob natijalarga erishildi. O'shandan beri texnologiya juda yaxshilandi. Bugungi kunda bu yutuqlar kundalik hayotda qo'llaniladi: har qanday lazer disklarini ishlab chiqarish va undan ham ko'proq, nanotexnik nazorat usullaridan foydalanmasdan DVD ishlab chiqarish mumkin emas.

Nanokimyo - nanodispersli moddalar va materiallarni sintez qilish, nanometr o'lchamdagi jismlarning kimyoviy o'zgarishlarini tartibga solish, nanostrukturalarning kimyoviy degradatsiyasining oldini olish, nanokristallar yordamida kasalliklarni davolash usullari.

Nanokimyoda quyidagi tadqiqot yo'nalishlari mavjud:

• - nanomanipulyatorlar yordamida atomlardan yirik molekulalarni yig‘ish usullarini ishlab chiqish;
• - mexanik, elektr va magnit ta'sirlar ostida atomlarning molekula ichidagi o'zgarishini o'rganish. Superkritik suyuqlik oqimlarida nanostrukturalarni sintez qilish; fraktal, simli, quvurli va ustunli nanostrukturalarni shakllantirish bilan yo'naltirilgan yig'ish usullarini ishlab chiqish.
• - o'ta nozik moddalar va nanostrukturalarning fizik-kimyoviy evolyutsiyasi nazariyasini ishlab chiqish; nanostrukturalarning kimyoviy degradatsiyasini oldini olish usullarini yaratish.
• - kimyo va neft-kimyo sanoati uchun yangi nanokatalizatorlar olish; nanokristallarda katalitik reaktsiyalar mexanizmini o'rganish.
• - akustik maydonlarda g'ovak muhitda nanokristallanish mexanizmlarini o'rganish; biologik to'qimalarda nanostrukturalarni sintez qilish; patologiyasi bo'lgan to'qimalarda nanostrukturalar hosil qilish orqali kasalliklarni davolash usullarini ishlab chiqish.
• - nanokristallar guruhlarida o'z-o'zini tashkil qilish hodisasini o'rganish; kimyoviy modifikatorlar yordamida nanostrukturalarni barqarorlashtirishni uzaytirishning yangi usullarini izlash.
• - Kutilayotgan natija mashinalarning funktsional assortimenti bo'ladi, ular quyidagilarni ta'minlaydi:
• - molekulalarga mahalliy ta'sir ostida molekula ichidagi o'zgarishlarni o'rganish metodikasi.
• - kimyo sanoati va laboratoriya amaliyoti uchun yangi katalizatorlar;
• - keng spektrli ta'sir doirasiga ega bo'lgan oksid-nodir-er va vanadiy nanokatalizatorlari.
• - texnik nanostrukturalarning kimyoviy degradatsiyasining oldini olish metodologiyasi;
• - Kimyoviy degradatsiyani bashorat qilish usullari.
• - terapiya va jarrohlik uchun nanopreparatlar, stomatologiya uchun gidroksiapatit asosidagi preparatlar;
• - intratumoral nanokristallanishni amalga oshirish va akustik maydonni qo'llash orqali onkologik kasalliklarni davolash usuli.
• - nanokristallarni yo'naltirilgan agregatsiyalash yo'li bilan nanostrukturalarni yaratish usullari;
• - nanostrukturalarning fazoviy tashkil etilishini tartibga solish usullari.
• - o'ta nozik faol fazali yangi kimyoviy sensorlar; kimyoviy modifikatsiya orqali sensorlarning sezgirligini oshirish usullari.

Nanokimyo turli nanostrukturalarning xossalarini, shuningdek ularni olish, oʻrganish va oʻzgartirishning yangi usullarini ishlab chiqishni oʻrganuvchi fan.

Nanokimyoning ustuvor vazifalaridan biri nanozarrachalar hajmi va uning xossalari o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatishdir.

Nanokimyo tadqiqot ob'ektlari Ular shunday massaga ega bo'lgan jismlar bo'lib, ularning ekvivalent kattaligi (hajmi tananing hajmiga teng bo'lgan sharning diametri) nanointervalda (0,1 - 100 nm) qoladi.

Nanodunyoning klassik fizika va kvant mexanikasi chegaralarida joylashganligi sababli, uning ob'ektlarini endi mutlaqo bir xil va statistik jihatdan ajratib bo'lmaydigan deb hisoblash mumkin emas. Ularning barchasi individual bo'lib, bir nanozarra boshqa nanozarrachadan tarkibi, tuzilishi va boshqa ko'plab parametrlari bilan farq qiladi.

Nanokimyo jadal rivojlanish bosqichida, shuning uchun uning bilan

Tadqiqot doimo tushunchalar va atamalar bilan bog'liq savollarni ko'taradi.

"Klaster", "nanozarracha" va "kvant" atamalari o'rtasidagi aniq farqlar

nuqta” hali shakllanmagan. "Klaster" atamasi ko'proq uchun ishlatiladi

atomlarning kattaroq agregatlari va xossalarini tavsiflash uchun keng tarqalgan

metallar va uglerod. Odatda "kvant nuqtasi" atamasi ostida

yarimo'tkazgichlar va orollarning zarralari nazarda tutiladi, bu erda kvant

zaryad tashuvchilar yoki eksitonlarning cheklovlari ularning xususiyatlariga ta'sir qiladi.

Nazariy nanokimyo fazoviy koordinatalar va tezliklar, massa, har bir nanozarrachaning tarkibi, shakli va tuzilishi xususiyatlari kabi zarrachalar holatining parametrlarini hisobga olgan holda nanobodikalarning harakatini hisoblash usullarini ishlab chiqadi.

Eksperimental nanokimyo uch yoʻnalishda rivojlanadi.

1. ichida birinchi O'ta sezgir spektral usullar ishlab chiqilmoqda va qo'llanilmoqda, bu molekulalarning, shu jumladan o'nlab va yuzlab atomlarning tuzilishini baholash imkonini beradi.

2. Ikkinchi yo'nalishi nanoproblar va maxsus manipulyatorlar yordamida amalga oshiriladigan nanobodiyalarga mahalliy (mahalliy) elektr, magnit yoki mexanik ta'sirlar ostida hodisalarni o'rganadi. Bunda alohida gaz molekulalarining nanobodlar va nanobodliklar bilan oʻzaro taʼsirini oʻrganish, molekulalarni yoʻq qilmasdan va ularning parchalanishi bilan molekula ichidagi qayta joylashish imkoniyatini ochib berish maqsad qilingan. Ushbu yo'nalish, shuningdek, istalgan nanokorning "atom yig'ilishi" imkoniyati bilan ham qiziqadi. habitus(ko'rinishi) atomlar substrat yuzasi bo'ylab harakat qilganda (tayanch material, uning yuzasi har xil turdagi qayta ishlashga duchor bo'ladi, natijada yangi xususiyatlarga ega qatlamlar hosil bo'ladi yoki boshqa material plyonkasi o'sadi).

3. ichida uchinchi yo'nalishlar nanobodlar kollektivlarining makrokinetik xususiyatlarini va ularning davlat parametrlari bo'yicha taqsimlanish funktsiyalarini belgilaydi.

Amaliy nanokimyo o'z ichiga oladi:

§ muhandislik va nanotexnologiyada nanotizimlardan foydalanishning nazariy asoslarini, ulardan foydalanish sharoitida aniq nanotizimlarning rivojlanishini bashorat qilish usullarini ishlab chiqish, shuningdek, optimal ishlash usullarini izlash ( texnik nanokimyo);

§ nanomateriallarni sintez qilishda nanosistemalar harakatining nazariy modellarini yaratish va ularni ishlab chiqarish uchun maqbul sharoitlarni izlash ( sintetik nanokimyo);

§ biologik nanotizimlarni o'rganish va nanotizimlardan dorivor maqsadlarda foydalanish usullarini yaratish ( tibbiy nanokimyo);

§ atrof-muhitda nanozarrachalarning shakllanishi va migratsiyasining nazariy modellarini va nanozarrachalardan tabiiy suv yoki havoni tozalash usullarini ishlab chiqish ( ekologik nanokimyo).

Tibbiyot va sog'liqni saqlash. Foydalanish haqida dalillar mavjud

nanoqurilmalar va nanostrukturali sirtlarni oshirishi mumkin

biologiyaning shifrlash kabi ko'p mehnat talab qiladigan sohasida tahlil samaradorligi

genetik kod. Shaxsni aniqlash usullarini ishlab chiqish

genetik xususiyatlar tashxis va davolashda inqilobga olib keldi

kasalliklar. Dori vositalarini buyurishni optimallashtirishdan tashqari,

Nanotexnologiya dori vositalarini yetkazib berishning yangi usullarini ishlab chiqish imkonini berdi

kasallangan organlar, shuningdek, ularning terapevtik darajasini sezilarli darajada oshiradi

ta'sir. Nanotexnologiya sohasidagi yutuqlardan tadqiqotlarda foydalaniladi

hujayra biologiyasi va patologiyasi. Yangi tahlil usullarini ishlab chiqish,

nanometr shkalasida ishlash uchun mos, sezilarli darajada oshdi

hujayralarning kimyoviy va mexanik xususiyatlarini o'rganish samaradorligi

(shu jumladan bo'linish va harakat), shuningdek, xususiyatlarni o'lchash imkonini berdi

individual molekulalar. Ushbu yangi texnikalar muhim qo'shimcha bo'ldi

tirik organizmlar faoliyatini o'rganish bilan bog'liq usullar.

Bundan tashqari, nanostrukturalarning boshqariladigan yaratilishi yangisini yaratishga olib keladi

yaxshilangan xususiyatlarga ega biomoslashuvchan materiallar.

Biologik tizimlarning molekulyar komponentlari (oqsillar, nukleinlar10

kislotalar, lipidlar, uglevodlar va ularning biologik o'xshashlari) misol bo'la oladi

tuzilishi va xossalari nano o'lchamda aniqlanadigan materiallar. Ko'pchilik

yordamida tabiiy nanostrukturalar va nanotizimlar shakllanadi

biologik o'z-o'zini yig'ish usullari. sun'iy noorganik va

organik nanomateriallar hujayralarga kiritilishi mumkin, uchun ishlatiladi

diagnostika (masalan, vizual kvant yaratish orqali

"nuqtalar") va ularning faol komponentlari sifatida ishlatiladi.

Yordamida xotira hajmini va kompyuter tezligini oshirish

nanotexnologiya makromolekulyar modellashtirishga o'tish imkonini berdi

haqiqiy muhitda tarmoqlar. Bunday hisob-kitoblar uchun juda muhimdir

biomos keluvchi transplantatsiyalar va yangi dori turlarini ishlab chiqish.

Keling, nanotexnologiyalarning ba'zi istiqbolli ilovalarini sanab o'tamiz

biologiya:

Genetik kodlarni tez va samarali dekodlash

tashxis va davolash uchun qiziqish uyg'otadi.

Samarali va arzonroq tibbiy yordam

masofadan boshqarish pulti va ishlaydigan qurilmalardan foydalanish

tirik organizmlar ichida

Dori vositalarini organizmga yuborish va tarqatishning yangi usullari paydo bo'ldi

davolash samaradorligini oshirish uchun katta ahamiyatga ega bo'ladi (masalan,

giyohvand moddalarni tananing ma'lum joylariga etkazib berish

Ko'proq chidamli va sun'iy tana tomonidan rad etilmagan ishlab chiqish

to'qimalar va organlar

Signal beruvchi sensorli tizimlarning rivojlanishi

shifokorlarga imkon beradigan tanadagi kasalliklarning paydo bo'lishi

davolash bilan emas, balki diagnostika va

kasallikning oldini olish

Supramolekulyar kimyoning ob'ektlari

"Supramolekulyar kimyo" atamasi birinchi marta 1978 yilda kiritilgan.

Nobel mukofoti sovrindori fransuz kimyogari Jan-Mari Len va

"murakkab shakllanishlarni tavsiflovchi kimyo" deb ta'riflangan

bir-biriga bog'langan ikki (yoki undan ortiq) kimyoviy turlarning assotsiatsiyasi natijasi

molekulalararo kuchlar. "Supra" prefiksi rus tiliga mos keladi

"yuqorida" prefiksi.

Supramolekulyar (supramolekulyar) kimyo (Supramolekulyar

kimyo) fanlararo fan sohasi, shu jumladan kimyoviy,

dan ko'ra ko'rib chiqishning jismoniy va biologik jihatlari murakkabroq

orqali bir butunga bog'langan molekulalar, kimyoviy tizimlar

molekulalararo (kovalent bo'lmagan) o'zaro ta'sirlar.

Supramolekulyar kimyoning ob'ektlari supramolekulyardir

to'ldiruvchidan, ya'ni egalikdan o'z-o'zidan qurilgan ansambllar

fragmentlarning geometrik va kimyoviy muvofiqligi, kabi

hayotdagi eng murakkab fazoviy tuzilmalarning o'z-o'zidan yig'ilishi

hujayra. Zamonaviy kimyoning asosiy muammolaridan biri bu

bunday tizimlarni yo'naltirilgan loyihalash, molekulyar yaratish

yuqori tartibli supramolekulyar birikmalarning "qurilish bloklari"

berilgan tuzilishi va xususiyatlari bilan. Supramolekulyar shakllanishlar

ularning tarkibiy qismlarining fazoviy joylashuvi bilan tavsiflanadi, ularning

arxitektura, "suprastruktura", shuningdek, intermolekulyar turlari

komponentlarni bir-biriga bog'lab turadigan o'zaro ta'sirlar. Umuman

molekulalararo o'zaro ta'sirlar kovalent bog'lanishlarga qaraganda zaifroqdir, shuning uchun

supramolekulyar assotsiatsiyalar termodinamik jihatdan kamroq barqaror, ko'proq

kinetik jihatdan labil va molekulalarga qaraganda dinamikroq moslashuvchan.

Masofaviy ta'lim kurslari funktsional materiallar va nanomateriallarni olishning istiqbolli texnologiyalarini ishlab chiqish uchun mutaxassislar tayyorlash sohasida samarali qo'shimcha ta'lim va malaka oshirishning zamonaviy shaklidir. Bu butun dunyoda rivojlanayotgan zamonaviy ta'limning eng istiqbolli shakllaridan biridir. Nanomateryallar va nanotexnologiyalar kabi fanlararo sohada bilim olishning ushbu shakli ayniqsa dolzarbdir. Masofaviy kurslarning afzalliklari ularning mavjudligi, ta'lim yo'nalishlarini qurishda moslashuvchanligi, talabalar bilan o'zaro hamkorlik jarayonining samaradorligi va samaradorligini oshirish, kunduzgi ta'lim bilan solishtirganda iqtisodiy samaradorlik, shunga qaramay, masofaviy ta'lim bilan uyg'un tarzda birlashtirilishi mumkin. Nanotexnologiyalar bo'yicha Moskva davlat universitetining ilmiy va o'quv markazining nanokimyo va nanomateriallarning fundamental tamoyillari sohasida videomateriallar tayyorlandi:

• . Nanotizimlar va nanotexnologiyalar haqidagi fanlarning asosiy tushunchalari va ta'riflari. Nanotexnologiya va nanotizimlar fanlarining paydo bo'lish tarixi. Fanlararolik va ko‘p tarmoqlilik. Nanoob'ektlar va nanosistemalarga misollar, ularning xususiyatlari va texnologik qo'llanilishi. Nanotexnologiyalarning ob'ektlari va usullari. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish tamoyillari va istiqbollari.
• . Nanotizimlarni shakllantirishning asosiy tamoyillari. Fizikaviy va kimyoviy usullar. Nano-ob'ektlarni "yuqoridan pastga" olish jarayonlari. Klassik, "yumshoq", mikrosfera, ion-nur (FIB), AFM - litografiya va nanoindentatsiya. Nanoob'ektlarning mexanoaktivatsiyasi va mexanosintezi. Nano-ob'ektlarni "pastdan yuqoriga" olish jarayonlari. Gazsimon va kondensatsiyalangan muhitda yadrolanish jarayonlari. Geterogen yadrolanish, epitaksiya va geteroepitaksiya. Spinodal qulash. Amorf (shisha) matritsalarda nanoob'ektlar sintezi. Kimyoviy gomogenlash usullari (koʻp choʻktirish, sol-gel usuli, kriokimyoviy texnologiya, aerozol piroliz, solvotermik ishlov berish, oʻta kritik quritish). Nanozarrachalar va nanoob'ektlarning tasnifi. Nanozarrachalarni olish va barqarorlashtirish texnikasi. Nanozarrachalarning agregatsiyasi va parchalanishi. Bir va ikki o'lchovli nanoreaktorlarda nanomateriallarning sintezi.
• . Nanotizimlarning statistik fizikasi. Kichik tizimlarda fazali o'tishlarning xususiyatlari. Molekulyar va molekulalararo o'zaro ta'sir turlari. hidrofobiklik va gidrofillik. O'z-o'zini yig'ish va o'z-o'zini tashkil qilish. Miselizatsiya. O'z-o'zidan yig'iladigan mono qatlamlar. Langmuir-Blodgett filmlari. Molekulalarning supramolekulyar tashkil etilishi. Molekulyar tanib olish. Polimer makromolekulalari, ularni olish usullari. Polimer tizimlarida o'z-o'zini tashkil etish. Blok sopolimerlarini mikrofazali ajratish. Dendrimerlar, polimer cho'tkalar. Polielektrolitlarning qatlamli o'z-o'zidan yig'ilishi. supramolekulyar polimerlar.
• . Modda, faza, material. Materiallarning ierarxik tuzilishi. Nanomateriallar va ularning tasnifi. Noorganik va organik funktsional nanomateriallar. Gibrid (organik-noorganik va noorganik-organik) materiallar. Biomineralizatsiya va biokeramika. Nanostrukturali 1D, 2D va 3D materiallar. mezoporli materiallar. Molekulyar elaklar. Nanokompozitlar va ularning sinergetik xususiyatlari. Strukturaviy nanomateriallar.
• . Kataliz va nanotexnologiya. Geterogen katalizning asosiy tamoyillari va tushunchalari. Geterogen katalizatorlarning faol sirtining hosil bo'lishiga tayyorgarlik va faollashuv sharoitlarining ta'siri. Strukturaga sezgir va tuzilishga sezgir bo'lmagan reaktsiyalar. Nanozarrachalarning termodinamik va kinetik xossalarining o'ziga xosligi. Elektrokataliz. Tseolitlar va molekulyar elaklarda kataliz. membrana katalizi.
• . Strukturaviy materiallar va funktsional tizimlar uchun polimerlar. Murakkab funktsiyalarni bajarishga qodir "aqlli" polimer tizimlari. "Aqlli" tizimlarga misollar (neft ishlab chiqarish uchun polimer suyuqliklar, aqlli oynalar, yonilg'i xujayralari uchun nanostrukturali membranalar). Biopolimerlar eng "aqlli" tizimlar sifatida. biomimetik yondashuv. "Aqlli" polimerlarning xususiyatlarini optimallashtirish uchun ketma-ketlik dizayni. Biopolimerlardagi ketma-ketliklarning molekulyar evolyutsiyasi muammolari.
• . Kimyoviy oqim manbalari uchun yangi materiallarni yaratishning hozirgi holati va muammolari: qattiq oksidli yonilg'i xujayralari (SOFC) va lityum batareyalar ko'rib chiqiladi. Turli noorganik birikmalarning xususiyatlariga ta'sir qiluvchi, ularni elektrod materiallari sifatida ishlatish imkoniyatini aniqlaydigan asosiy tarkibiy omillar tahlil qilinadi: SOFCdagi murakkab perovskitlar va lityum batareyalardagi o'tish metallarining birikmalari (murakkab oksidlar va fosfatlar). Lityum batareyalarda ishlatiladigan va istiqbolli deb e'tirof etilgan asosiy anod va katod materiallari ko'rib chiqiladi: ularning afzalliklari va cheklovlari, shuningdek, kompozit materiallarning atom tuzilishi va mikro tuzilishini yo'naltirilgan o'zgartirish orqali cheklovlarni nanostrukturalash orqali engib o'tish imkoniyati. joriy manbalarning xususiyatlari.

Ba'zi masalalar kitobning quyidagi boblarida (Binom nashriyoti) muhokama qilinadi:

Nanokimyo, o'z-o'zini yig'ish va nanostrukturali yuzalar bo'yicha illyustrativ materiallar:

Ilmiy-mashhur "video kitoblar":

Nanokimyo va funktsional nanomateriallarning tanlangan boblari.