Основи на наноматериалните технологии. Класификация на методите за получаване на наночастици и наноматериали механични методи за получаване на наночастици и наноматериали

Към днешна дата са разработени голям брой методи и методи за получаване на наноматериали. Това се дължи на различни състави и свойства на наноматериалите, от една страна, а от другата, тя ви позволява да разширите обхвата на този клас вещества, да създавате нови и уникални проби. Образуването на наномарните структури може да се появи в процеса на процеси като фазови трансформации, химическо взаимодействие, прекристализация, аморфизация, високо механични натоварвания, биологичен синтез. Като правило образуването на наноматериали е възможно при наличие на значителни отклонения от равновесните условия на съществуването на вещество, което изисква създаването на специални условия и често, сложно и прецизно оборудване. Подобряване на предварително известните и разработването на нови методи за получаване на наноматериали определя основните изисквания, с които те трябва да спазват, а именно:

· Методът трябва да осигури материала на контролирания състав с възпроизводимите свойства;

· Методът трябва да осигури временната стабилност на наноматериалите, т.е. На първо място, опазването на повърхността на частиците от спонтанно окисление и синтероване по време на производствения процес;

· Методът трябва да има висока производителност и ефективност;

· Методът трябва да осигурява наноматериали с определен размер на частиците или зърна, а тяхното разпределение по размер трябва да бъде, ако е необходимо, доста тесен.

Трябва да се отбележи, че понастоящем няма метод, който отговаря на пълния набор от изисквания. В зависимост от метода за получаване на такива характеристики на наноматериалите, като например средния размер и форма на частиците, тяхното разпределение на размера на частиците, стойността на специфичната повърхност, съдържанието на примесите в тях и т.н., могат да се колебаят в много широки граници . Например, нанопоурите в зависимост от метода и производствените условия могат да имат сферичен, люспи, игла или гъба форма; Аморфна или фина кристална структура. Методите за получаване на наноматериали са разделени на механични, физически, химически и биологични. Тези. Тази класификация се основава на естеството на синтеза на наноматериали. Основата на механичните методи за получаване е въздействието на големи деформационни товари: триене, налягане, пресоване, вибрации, кавитационни процеси и др. Физическите методи за получаване се основават на физически трансформации: изпаряване, кондензация, сублимация, остър охлаждане или отопление, топене на пръскане и др. Химикалът включва методи, основният етап на диспергиране, чийто етаж са: електролиза, оползотворяване, термично разлагане. Биологичните методи за получаване се основават на използването на биохимични процеси, протичащи в протеинови тела. Методите за механично смилане във връзка с наноматериалите често се наричат \u200b\u200bмехантез. В основата на механицинтата е механичната обработка на твърдите вещества. Механично въздействие Когато шлифовъчните материали са импулс, т.е. Появата на сферата на стреса и последващата му релаксация възниква не по време на пребиваването на частиците в реактора, но само по време на сблъсъка на частиците и за кратко време след него. Механичното въздействие също е локално, тъй като не се случва в цялата маса на твърдото вещество и където се появява полето на напрежението и след това се отпуска. Благодарение на импулса и местността в малки площи на материала за кратко време, големите товари са фокусирани. Това води до появата на дефекти, стреса, срязващи ленти, деформации, пукнатини. В резултат на това се случва шлайфането на веществото, масовият трансфер се ускоряват и смесват компоненти, е активирано химичното взаимодействие на твърди реагенти. В резултат на механично абразия и механично сливане, може да се постигне по-висока взаимна разтворимост на определени елементи в твърдо състояние, отколкото е възможно в равновесни условия. Смилането се извършва в топка, планетарна, вибрация, вихър, жироскопски, мастиленоструйни мелници, атрибути. Смилането в тези устройства се случва в резултат на шокове и абразия. Разливен механичен метод за смилане е механичен метод. С тънко смилане на смес от различни компоненти между тях, взаимодействието се ускорява. В допълнение, може да има химични реакции, които при контактуване, които не са придружени от смилане, изобщо не се появяват при такива температури. Тези реакции се наричат \u200b\u200bмеханохимични. За да се образува наноструктура в насипни материали, се използват специални механични деформационни схеми, които позволяват да се постигне голямо изкривяване на структурата на пробите при относително ниски температури. Съответно, следните методи включват интензивна пластична деформация: - усукване на високо налягане; - равнодушно ъглово пресоване (rcu-неотложно); - метод за изчерпателен коване; - равнодушен ъглов екстракт (RCU-екстракт); - метод на "часовник"; - Интензивен метод на триене с плъзгане. Понастоящем повечето резултати се получават по първите два метода. Напоследък се разработват методи за получаване на наноматериали, използващи механична експозиция към различни среди. Тези методи включват кавитация-хидродинамични, вибрационни методи, метод на ударна вълна, ултразвуков шлайфане и синтез на детонация. Кавитацията и хидродинамичният метод се използва за получаване на суспензии на нанопоуи в различни дисперсионни среди. Кавитация - от лат. Думите "празнота" - образуване в течни кухини (кавитационни мехурчета или кухини), пълни с газ, ферибот или смес от тях. По време на процеса, кавитационните ефекти, причинени от образуването и унищожаването на микромехурчетата на парите в течността за 10-3 - 10-5 s при налягане от порядъка на 100-1000 MPa, те водят до затопляне не само течности, но и Също така твърд тел. Това въздействие причинява шлифоване на твърди частици. Шлайфането на ултразвук също се основава на утаяването на кавитационните удари. Методът на вибрации за получаване на наноматериали се основава на резонансна природа на ефектите и явленията, които осигуряват минимална консумация на енергия по време на процесите и висока степен на хомогенизиране на мултифазната среда. Принципът на работа е, че всеки кораб се подлага на вибрационен ефект с определена честота и амплитуда. Almaz наночастиците могат да бъдат получени чрез синтез на детонация. Методът използва енергията на експлозията, докато налягането се постига в стотици хиляди атмосфери и температури до няколко хиляди градуса. Тези условия съответстват на областта на термодинамичната стабилност на диамантената фаза. Физическите методи за получаване на материали включват методи за пръскане, процеси на изпаряване на кондензацията, вакуумни сублимационни технологии, техники в твърдо състояние. Методът за пръскане на потока на стопилката с течност или газ е, че тънката струя на течния материал се подава към камерата, където е счупена на малки капки с поток от компресиран инертен газ или флуидна струя. Тъй като газовете в този метод използват аргон или азот; Като течности - вода, алкохоли, ацетон, ацеталдехид. Образуването на наноструктури е възможно чрез управление на течно състояние или въртене. Методът се състои в получаване на тънки ленти с помощта на бързо (най-малко 106 k / s), охлаждане на повърхността на въртящия се диск или барабан. Физически методи. Методите за изпаряване - кондензацията се основават на приготвянето на прахове в резултат на парапален преход - твърдо тяло или пара - твърдо тяло в обем на газ или на охладена повърхност. Същността на метода е, че изходният материал се изпарява чрез интензивно нагряване и след това рязко се охлажда. Нагряването на изпарения материал може да се извърши по различни начини: резистивен, лазер, плазмена, електрическа дъга, индукция, йонична. Процесът на кондензацията на изпарението може да се извърши във вакуум или неутрална газова среда. Електрическата експлозия се извършва в аргон или хелий при налягане 0.1 - 60 mPa. В този метод в камерата са поставени тънки метални проводници с диаметър 0.1 - 1 mm и токът на високата сила е импулс. Продължителността на импулса е 10-5 - 10-7 S, плътността на тока е 104-106 A / mm 2. В същото време, кабелите незабавно се затоплят и експлодират. Образуването на частици се случва в свободен полет. Вакуумна сублимационна технология за получаване на наноматериали включва три основни етапа. На първия етап се приготвя първоначалното решение на третираното вещество или няколко вещества. Вторият етап - замразяването на решението - има за цел да се определи равномерното пространствено разпределение на компонентите, присъщи на течността, за да се получи минимален възможен размер на кристалите в твърдата фаза. Третият етап е отстраняването на кристалите на разтворителя от замразено решение чрез сублимация. Съществуват редица методи за получаване на наноматериали, при които дисперсията се извършва в твърдо вещество, без да се променя съвкупното състояние. Един метод за получаване на масивни наноматериали е метод за контролирана кристализация от аморфно състояние. Методът включва получаване на аморфен материал чрез втвърдяване от течно състояние и след това в условия на контролирано нагряване се извършва кристализация на веществото. Понастоящем най-често срещаният метод за получаване на въглеродни нанотръби е методът за топлинно разпръскване на графитни електроди в плазмата на дъгове. Синтезният процес се извършва в камера, пълна с хелий под високо налягане. Когато плазмата изгаря, има интензивно термично изпаряване на анода, докато утайката се оформя върху крайната повърхност на катода, в който се образуват въглеродни нанотръби. Получените многобройни нанотръби имат дължина около 40 микрона. Те растат на катод перпендикулярно на плоската повърхност на края си и се събират в цилиндрични лъчи с диаметър около 50 цт. Нанотялените лъчи редовно покриват повърхността на катода, образувайки клетъчна структура. Тя може да бъде открита чрез разглеждане на утайката върху катода с невъоръжено око. Пространството между гредите на нанотръбите се пълни със смес от разстройтни наночастици и единични нанотръби. Съдържанието на нанотръби в въглеродния утайка (депозит) може да достигне 60%. Химични методи за получаване на наномащабни материали могат да бъдат разделени на групи в една от които могат да включват методи, при които наноматериалът се получава чрез определена химическа реакция, при която участват определени класове вещества. Други възможности за електрохимични реакции могат да бъдат приписани на друг. Методът на отлагане се състои в отлагането на различни съединения от метали от разтвори на техните соли, използвайки утаители. Валежите са метални хидроксиди. Контролът на рН и температурата на разтвора е възможно да се създадат оптимални условия за отлагане за получаване на наноматериали, при които се образува скорост на кристализация и високо диспергиран хидроксид. След това продуктът се изчислява и, ако е необходимо, възстановете. Получените наноповина на металите имат размер на частиците от 10 до 150 nm. Формата на отделните частици обикновено е близо до сферична. Въпреки това, по този метод, променяте параметрите на процеса на отлагане, можете да получите игла на прах, люспест, неправилна форма. Методът Sol-Gel първоначално е проектиран за получаване на железен прах. Той съчетава процеса на химическо пречистване с процеса на възстановяване и се основава на утаяване от водни разтвори на неразтворими метални съединения под формата на гел, получен при използване на модификатори (полизахариди), с последващото им възстановяване. По-специално, съдържанието на PE в праха е 98.5 - 99.5%. Солите на желязо могат да се използват като суровини, както и металургично производство: метален скрап или разтвор за отпадъци. Чрез използването на вторични суровини методът осигурява възможността за производство на чисто и евтино желязо. Този метод може да бъде получен и чрез други класове материали в нано-лагер: оксидна керамика, сплави, соли на метали и др. Възстановяване на оксиди и други твърди метални съединения е един от най-често срещаните и икономични методи. Газовете се използват като редуциращи агенти - водород, въглероден оксид, конвертиран природен газ, твърди редуциращи средства - въглерод (кокс, сажди), метали (натрий, калий), метални хидриди. Първоначалните суровини могат да бъдат оксиди, различни химични съединения на метали, руди и концентрати след подходящ препарат (обогатяване, отстраняване на примеси и др.), Отпадъци и странични продукти на металургично производство. Размерът и формата на получения прах се влияят от състава и свойствата на източника на източника, редуциращ агент, както и времето на температурата и възстановяването. Същността на метода на химическо намаляване на металите от разтвори е да се възстановят метални йони от водни разтвори в техните соли с различни редуциращи средства: Н2, СО, хидразин, хипофосфит, формалдехид и др. В метода на газофазните химични реакции, \\ t Наноматериали се извършват поради химическо взаимодействие в атмосферата на вагинтехите парни връзки. Нанопопоп също се произвеждат при използване на топлинни дисоциации или микролизни процеси. Разлагането се подлага на соли с нискомолекулно тегло органични киселини: формати, оксалати, метални ацетати, както и карбонати и карбонили на метали. Температурният интервал на дисоциация е 200 - 400 ° С. Методът на електроцерос се утаява чрез метален прах от водни разтвори на соли при преминаване на DC. Приблизително 30 метали се получават чрез електролизата. Те имат висока чистота, тъй като рафинирането се случва по време на електролизата. Метал утаяване върху катода, в зависимост от електрическите условия, може да се получи като прах или гъба, дендрити, които са лесни за механично смилане. Такива прахове са добре пресовани, което е важно при производството на продукти. Наноматериалите могат да се извършват в биологични системи. Както се оказа, природата използва материали от наноскалем милиони години. Например в много случаи живите системи (някои бактерии, най-простите организми и бозайници) произвеждат минерали с частици и микроскопични структури в диапазона на нанометъра с размери. Беше установено, че биологичните наноматериали се различават от другите, тъй като техните свойства са разработени от еволюционен начин за дълго време. В процеса на биоминерализация работят механизмите на финия биологичен контрол, което води до ясно определени характеристики. Това осигурява високо ниво на оптимизиране на техните свойства в сравнение с много синтетични наномащабни материали. Живите организми могат да се използват като директен източник на наноматериали, чиито свойства могат да бъдат променяни чрез различни биологични условия на синтез или по време на обработката след екстракция. Наноматериалите, получени чрез биологични методи, могат да бъдат изходен материал за някои стандартни методи за синтез и преработка на наноматериали, както и в редица технологии за технологии. Докато все още работят в тази област, е малко, но вече има редица примери, които показват, че има значителен потенциал за бъдещи постижения в тази посока. Понастоящем наноматериалите могат да бъдат получени от редица биологични обекти, а именно:

1) феритите и свързаните с тях протеини, съдържащи желязо;

2) магнитотактични бактерии;

3) псевдокуби на някои мекотели;

4) с помощта на микроорганизми чрез извличане на някои метали от естествени съединения.

Феритините са клас протеини, които осигуряват живи организми способността да синтезират частици на хидроксиди и оксифосфати от размер на железен нанометър. Възможно е също да се получи наномеал с микроорганизми. Процесите на използване на микроорганизми могат да бъдат разделени на три групи. Първата група включва процесите, използвани в промишлеността. Това включва: бактериално извличане на мед от сулфидни материали, бактериално извличане на уран от руда, разделяне на мистериозните примеси от калай и златни концентрати. В някои страни до 5% мед, голямо количество уран и цинк се получава чрез микробиологични методи. Втората група включва микробиологични процеси, добре проучени в лабораторията, но не са доведени до промишлена употреба. Това включва процесите на извличане на манган, бисмут, олово, Германия от бедни карбонатни руди. Както се оказа, с помощта на микроорганизми, можете да отворите фино злато в арсенопични концентрати. Злато, което се отнася до трудно за окислени метали, под влиянието на някои бактерии образуват съединения и поради това могат да бъдат извлечени от руди. Третата група включва теоретично възможни процесиизискване за допълнително проучване. Това са процесите на производство на никел, молибден, титан, талий. Смята се, че при определени условия използването на микроорганизми може да се използва при обработката на бедни руди, сметища, "хвост" на обработващите фабрики, шлаки.

Методи за получаване на нанокристални материали:

1. Синтез на газовата фаза на наночастиците.

2. Плазмохимичен синтез.

3. Отлагане от колоидни решения.

4. Механични методи.

5. Детонационен синтез на наночастици.

6. Високоскоростно охлаждане.

7. Методи за получаване на големи степени на деформация.

8. Кристализация на стъклени структури.

9. Термично разлагане и възстановяване.

Отлагане от газовата и течната фаза. Бързо втвърдяване от стопилката. Интензивни пластмасови деформации. Прекристализация от аморфно състояние. Компактни наноматериали. Предимства и недостатъци на различни техники.

Синтез на наночастици

Разделителни наночастици в газофазната синтез се получават в процеса на изпаряване и последваща кондензация на материала в средата на инертен газ.

На етапа на изпаряване, нагряване на изпарения материал от високочестотни токове, електрически дъгов разтвор, лазерен или електронен лъч, текущо преминаване, както и радиационно отопление може да се използва.

Кондензацията на формираната двойка се случва, когато се сблъсква с молекули на инертен газ, със стените на реакционната камера, както и поради адиабатното разширение при влизане в голям обем или използване на дюзата на лавял

Синтезът на газовата фаза ви позволява да получите частици от 2 до няколкостотин нанометра

Формата на наноклистите с размер по-малка от 20 nm е близо до сферична, като големите размери придобиват рязане. Разпределението на наноклистите в размер се подчинява на логаритмично нормален закон.

За събиране на прахове се използват специални филтри и центробежно отлагане; В някои случаи се прилага улавяне на течен филм.

Размерът и местоположението на кондензационния регион зависи от налягането на инертния газ в камерата. При голямо налягане, площта на кондензацията е концентрирана в близост до изпарителя, с намаление на налягането, външната граница е извън реакционната камера.

Използването на по-тежки инертни молекули води до увеличаване на наноклистите.

При формиране вътре в обема на камерата се образуват наноклистрите на заоблена форма, а по стените, като правило, наноклистори с рязане. При същите условия на изпаряване и кондензация материалите, имащи по-висока точка на топене, образуват по-малки частици.

Ако в камерата има повече от един елемент, е възможно да се синтезират съединенията и да се получат частици с различни форми.

Едно от растенията за левитационния източник, газофазната синтеза (фиг.) Е колона, в горната част на която се изпарява от повърхността на капка течност в края на проводника.

Фиг. 1.1. Левитационна медицина за получаване на силно диспергирани метални прахове: 1 - Изпарител, 2 - капка, 3 индуктор, 4 - аерозол, 5 - Хладилник, 6 - Филтър, 7 - контейнер, 8 -PCO, 9 - механизъм за доставка на тел

Тегленето на тел се постига чрез високочестотно електромагнитно поле на индуктор. Напръскваният материал се ползва от потока от инертен газ в средната част на колоната, която е реакционната камера. Изправени пред молекули на инертен газ, както и със стените на камерата, изпарените атоми се инхибират с образуването на наноклистори. Увеличаването на дебита на газа намалява средния размер на частиците и стеснява разпределението на размера на частиците

Наноклистори, преминаващи филтъра, събрани в контейнера.

При инсталацията се получават прахове с размер от 5 до 200 nm.

По-малки наноклистори могат да бъдат получени с помощта на магнитен или времев канал.

Принципът на работа на магнитния спектрометър се основава на силата на Lorentz F, действайки върху положителна заряда Q, която се движи при скорост V в магнитно поле с индукция В, перпендикулярна на магнитните електропроводи.

Известно е, че в този случай масовата частица m с такса Q, ще се движи около кръга на радиуса R

Чрез определяне, по този начин, масата на частицата m може да оцени своя напречен размер D, знаейки плътността му и формата

Масспектрометър (фиг.) Се състои от източник на йонизирани частици, масов канал и колектор от частици.

Фиг. Масанимаза

Източникът се извършва:

йонизация на частици поради бомбардиране чрез електронен лъч 1,

ускоряване на частиците с електрическо поле с потенциална разлика u, за да се получи постоянна скорост V, която се основава на равенството на потенциала (U * Q) и кинетични (MV 2/2) енергии за частици.

фокусиране с магнитни лещи 2.

Частиците със същия заряд Q, летящ под вакуум със скорост на V, попадат в магнитното поле В на мултиваристатора, където се появява техният избор в зависимост от масата М. Оставяйки масата на масата, частиците достигат до детектора в йонните колектори. Разликата на колектора включва частици с определена маса m. За да регистрирате и събирате частици с различни размери, можете да промените стойностите на В или U, като контролирате траекторията на частиците.

По време на анализатора йонизираните метални двойки преминават през клетка под налягане под налягане от около 1000-1500 Pa, ускорявайки до определена скорост V в електрическо поле с потенциална разлика u, след това се допускат във вакуума камера (~ 10 5 Pa), където размерът на клъстера е натъклен чрез теглото на времето на полета в спирачното електрическо поле Е.

За диамантен синтез се създава газова фаза, например, CO 2, която е дерезонирана чрез съдържание на въглерод. В резултат на това, на границата на секцията, твърдият телесно средство се случва на кондензацията на въглерода от газовата фаза и образуването на диамантени микроби. Синтезът на газовата фаза се провежда в метастабилни условия за диамантени условия: при налягане от няколко пейджинг до няколкостотин GPA и температура от 870-1070 К. поради ниския темп на растеж (~ 100 nm / час), наноскабски диамант могат да бъдат получени частици. Отлагането на диамантени наночастици намери най-голямото приложение за създаването на диамант и диамантени филми и покрития ...

Сребро, литиеви и медни наночастици, обсадени на стъклото, се получават чрез изпаряване на метали в инертна атмосфера при налягане 0.01 - 0.13 Pa. Al 2O3, ZRO 2, Y 2 O3 нанокристални оксиди се изпаряват на оксидни заготовки в хелий атмосфера, магнитрон разпръскване на цирконий в смес от аргон и кислород, контролиран от окисляването на итриевите нанокристални.

Един от най-ефективните методи за прилагане на филми в равнинната технология е методът на пръскане на магнитрон материали. Този метод е вид йоно-плазмена пръскане. Напръскването на материала в тези системи се дължи на бомбардирането на целевата повърхност на работните газови йони. Скоростта на пръскане в магнитронната система е 50 - 100 пъти по-висока от конвенционалния йоно-плазмен спрей. Високата скорост на пръскане на материала в системата за разпръскване на магнитрон се определя чрез високата плътност на йонния ток върху целта. Високата плътност на йонния ток се постига поради локализацията на плазмата в целевата повърхност със силно напречно магнитно поле.

Фиг. 1.1. Диаграмата на системата Magnetron Spray:

1 - цел; 2 - магнитна система; 3 - зона за пръскане; 4 - магнитни електропроводи; 5 - поток от пръскан субстанция; 6 - субстрат; 7 - притежател на субстрат.

Диаграмата на системата Magnetron Spray е показана на фигура 1.1. Основните елементи на системата са мишена 1 и магнитната система 2. Магнитните електропроводи 4 са затворени между полюсите на магнитната система. Между целта 1 и държачът на субстрата 7 се прилага електрическо поле и се вълнува анормален светещ разтоварването. Затворено магнитно поле близо до целевата повърхност локализира освобождаването близо до тази повърхност. Положителните йони от плазмата на анормално разузнаване се ускоряват от електрическо поле и бомбардират целта (катода). Под влиянието на йонното бомбардиране се появява пръскане на целта. Електроните, издадени от катода под действието на йонното бомбардиране, попадат в зоната на кръстосани електрически и магнитни полета и са в капан. Траежът на електронното движение в капан е близо до циклоида. Ефективността на йонизация и плазмената плътност в тази област се увеличава значително. Това води до увеличаване на концентрацията на йони в целевата повърхност, увеличаване на интензивността на йонното бомбардиране на целта и до значително увеличаване на целевата скорост на пръскане.

Наноповите нитриди на преходните метали са оформени с политическа политика за отопление и последващо изпаряване в азотна или амонячна атмосфера при налягане от 130 PA.

Наночастиците на карбиди, оксиди и нитриди се получават и чрез импулсно лазерно нагряване на метали в разредена атмосфера на газове-реагенти: метан (карбиди), кислород (оксиди), азот или амоняк (нитриди). В атмосфера на инертен газ (не-AG) и газов панел (O 2, N2, NH3, CH4) са оформени смеси от наноклисто оксиди с различни метали, както и оксидидридрид или смеси от карбид-мост.

Съставът и размерът на наночастиците се регулират чрез налягане и състав на газовете, капацитета на лазерния импулс, температурната разлика между изпарената мишена и повърхността на утаяване.

В инсталацията за получаване на керамични наноператори от метални органо прекурсори (фиг.) Изпарителят е тръбен реактор, в който прекурсорът (междинният реакционен продукт) се смесва с инертния газ и се разлага. Формите на непрекъснатия поток на клъстери или наночастици попадат от реактора към работната камера и кондензира на студен въртящ се цилиндър. Образуването на наноклисторите се осигурява чрез ниска концентрация на прекурсора в инертния газ, бързото разширяване и охлаждане на газовия поток при излизане от реактора към работната камера, ниско налягане в работната камера.

Ориз .. Схема на оборудване за получаване на нанокристални керамични прахове чрез кондензация на пара (CVC), като се използват метални органични прекурсори като източник на кондензирана двойка

Плазмохимичен синтез

На първия етап на плазмения химичен синтез, образуването на активни частици в дъгова, високочестотна и ултра-бърза честота под действието на електрическа дъга, микровълнови полета в плазмените реактори.

На втория етап наночастиците се подчертават в резултат на охлаждане.

Плазмохимичен синтез се използва за получаване на високо диспергирани нитридни прахове, карбиди, бориди и оксиди.

Плазмохимична синтеза е препоръчително да се извършва целесъобразно висока скорост на охлаждане на плазмения поток, в който се осъществява кондензацията на газовите фазови наночастици; Поради това, че размерът на размножаването на частиците намалява, и комбинацията от частици в сблъсък също се потиска.

Химичните елементи и техните съединения, по-специално халогениди, се използват като първоначална суровина. В този случай синтезът използва азот, амоняк, въглеводород, аргон с ниска температура плазмен дъга, тлеещи, високо или ултрахедитни изхвърляния (40008000 k).

Получените частици от плазмени-химични прахове са единични кристали и имат размери от 10 до 200 nm и повече. Недостатъци на плазмен химически синтез (големи размери на частиците, високо съдържание на примеси) се компенсира от голяма производителност на процеса и голямо разнообразие от прахове: (нитриди (титан, цирконий, хафний, ванадий, ниобий, тантал, бор, алуминий и силиций) \\ t , карбиди (титан, ниобий, тантал, волфрам, бор и силиций), оксиди (магнезий, итрия и алуминий).

Плазмохимични прахове от метални карбиди, бор и силиций обикновено се получават чрез взаимодействие на хлориди на съответните елементи с водород и метан или други въглеводороди в високочестотната или дъгова плазма на аргон; Нитридите се получават чрез взаимодействие на хлориди с амоняк или смес от азот и водород в нискотемпературен BCCplaz. С помощта на плазмен химически синтез се приемат и многокомпонентни подбористостален прахове, които са смеси от карбиди и нитриди, нитриди и бориди, нитриди от различни елементи и др.

Синтезът на оксиди в плазмата на електрическия дъгов разтвор се извършва чрез изпаряване на метала с последващо окисление на парата или окислението на металните частици в плазмата, съдържаща кислород.

Плазмохимичният метод се използва за получаване на метални прахове. Например, подчинени прахове за мед с размер на частиците по-малко от 100 nm и относително тесно разпределение на частици по размер се получават чрез намаляване на хлороводород в електрическата плазма на аргон с температура до 1800 K.

Синтез на газовата фаза

Синтезът на газовата фаза е един от сортовете на плазмен химически синтез, при който нагряването, изпаряването и потока на газофазните реакции на оригиналната суровина се извършват от лазерен лъч.

Лазерното отопление осигурява образуването на хомогенен размер и състав на наночастиците.

Силиконовите частици с диаметър 50 ± 20 nm са получени от газообразен SIH 4, използвайки CO 2 лазер. Si прах от сферичен прах се е състоял и се състои от няколко кристала с размер ~ 15 nm.

Si 3N 4 силиконови нитридни прахове се синтезират от газова смес SIH 4 и амоняк NH3. Полученият прах е аморфен, зърното на праха има сферична форма и среден размер от 17 ± 4 nm и разпределението на зърното е по-тясно, което в Si прах (за Si 3N 4, границите на разсейване в размер от 10 до 25 nm). За разлика от силиконовия наноповдер, SI 3N 4 не е имал вътрешна структура. За синтеза на SIC силициев карбид се използват газови смеси с метан или етилен. Размерът на зърното в получения кристален SIC прах варира от 18 до 26 пМ, средният размер е 21 nm. Проучването показва, че размерът на нанокристалните частици намалява с увеличаване на интензивността (свързана с единица площ) на лазерно излъчване поради увеличаване на температурата и скоростта на нагряване на газовите параходи. Запалването на наноператорите, синтезирано с използването на лазерно отопление, се отличава с тесно разпределение по размер и сферична форма.

Синтез на газова фаза с използване на лазерно излъчване за създаване и поддържане на плазмата, в която се появява химическа реакция, се оказа ефективен метод за получаване на молекулни клъстери.

Молекулярните клъстери заемат много специално място сред веществата, които имат нанострктура. Най-известният сред тях са нова амвотропна въглеродна модификация заедно с графит и диамант.

Методът на синтеза на плазмената химическа газова фаза е получен от Ti 8 C 12 клъстери. Хелий се използва като инертен газ; Реагентите са въглеводороди (метан, етилен, ацетилен, пропилей и бензол) и титанови двойки; Налягането на газовата смес в реактора е 93 Pa. За да се изпари въртящият се метален прът на титан и създаването на йонизиран лъч метални пари се използва фокусирано излъчване на NDLADZER с дължина на вълната 532 nm. В масовите спектри на реакционните продукти се открива остър пик, съответстващ на Ti 8С 12 молекулата. Високата стабилност на клъстера TI 8 C 12 е въображаема, последица от специална геометрична и електронна структура, присъща на такива клъстери.

Свързващите от Ti 8 C 12 клъстер са оформени от комбинация от 3D Ti и молекулярни орбитали с 2, а напълненото ниво с най-висока енергия се намира между свързващите вещества и анти-свързващите състояния на титанов, който осигурява стабилността на клъстерът.

Сол-гел технология

Salty. (Losoli) - високо диспергирани колоидни системи с течна дисперсионна среда. Частици на диспергираната фаза на сол, заедно с обкръжаващата обвивка на молекулите (йони) на дисперсионната среда. Мицели.

Те са свободни и независимо един от друг участват в кафяво движение и равномерно запълват целия обем на дисперсионната среда. Размерът на частиците на Liosol обикновено се намира в рамките на 10 -7 -10 -5 cm. Утайка с водна дисперсионна среда. Хидрозоли, с орг. Сряда - организиране. Злите са разделени на лиофилни и лиофобични (силно и слабо взаимодействащи D.F. с D.S.). Структурата на мицелите, например, AgBr хидрозол, стабилизирана KVR, може да бъде записана с химикал. Символи: (t PVR - (P - X) K +) HC +

Гелове - Гел-диспергирани системи с течна дисперсионна среда, в която частиците на разпръснатите фазови пространства. Структурна решетка. Те са твърди ("центрове") на тялото, способни да запазят формата с еластичност (еластичност) и пластичност. Типичните гелове имат коагулационна структура, т.е. Частиците на диспергираната фаза са свързани в местата за контакт от силите на интермола. Взаимодействие директно или чрез тънък слой дисперсионна среда. Те се характеризират с способността за изотермич. Условията спонтанно възстановяват структурата си след кожата. унищожаване.

Сол-гел технология (гел технология) - Материални технологични материали Поддръжка на цел на цвят и покупка в гел. Сол-гел технологии се използват при производството на неорганични сорбенти, катализатори и носители на катализатори, синтетични зеолити, свързващи неорганични вещества, керамика със специални термофизични, оптични, магнитни и електрически свойства, стъкло, стъклокерамика, влакна, et al. In Първият етап на Сол-гелската технология се образува химическият състав на продукта, който се получава под формата на силно диспергиран колоиден разтвор - Zola. Размерът на частиците на диспергираната фаза в стабилна пепел 1 - 1000 nm. Увеличаването на концентрацията на диспергираната фаза води до появата на коагулационни контакти между частиците и началото на структурирането - Gelation (втори етап на сол-гел технология). За да се увеличи стабилността на структурите и контролните процеси на структурното образуване, засягат силата на контактите чрез модифициране на повърхността на частиците с добавки на повърхностно активни вещества или чрез създаване на пространствена структура на високомолекулен органичен полимер. Силно концентрираните диспергирани системи се използват при производството на неорганични свързващи вещества и различни пасти. Такива системи имат висока пластичност. Коагулационните сили са способни не само да запазят формата на гела, който е важен при формирането на продукти, но и да предизвика постепенно уплътнение на гела, придружен от отделянето на диспергираната фаза от гела, намаление на неговия обем, увеличаване на плътността и силата. Когато изваждате дисперсионната среда (третия етап на процеса) се появяват силни фазови контакти. Когато изсушаването на гела се превръща в твърдо тяло (ксерогел). В процеса на сушене може да настъпи забележимо уплътнение на гела и промяната в нейната структура. Разработени са методи за сушене, които намаляват този ефект и осигуряват материали с висока отворена порьозност. Поради високата дисперсия на ксерогел (размер на частиците 10-100 nm) чрез формоване и синтероване, издръжливи, плътни продукти с определена геометрична форма, направени от огнеупорни материали.

Отлагане от колоидни решения

Получаване на пепел.

Разработването на методи за синтез на високоразделените колоидни системи започна в средата на XIX век, след получаване на фарад от стабилна златна пепел (2-50 nm) с възстановяването на разредената сол на златото с жълт фосфор.

AUCL 3 + 3H2O + P® AU + P (OH) 3 + 3HC1.

По-късно класическите методи за синтез на монодисперсни златни потомци бяха разработени с дадена степен на дисперсия на злато с водороден пероксид и формалдехид.

2 Haucl 4 + 3H2O2O2 ® 2 AU + 8HCL + 3O 2,

2 Haucl 4 + 3HCHO + 11KOH® 2AU + 3HCOOK + 8KCL + 8H 2O

Процесът се извършва на два етапа. Първо, ембрионите на новата фаза се образуват, а след това в пепелта се създава слаба надстройка, при която образуването на нови ембриони вече не се случва, но само техният растеж е. По този начин можете да получите жълт (d ~ 20 nm), червен (d ~ 40 nm) и син (d ~ 100 nm) оценка на златото.

За да се получат хидроксиди на оксид и хидроксид, се използват хидролиза реакции на неорганични метали или метални авиксиди. Например, хидроксидът сол на желязо може да бъде получен чрез реакция:

FECL 3 + 3H2O + t (90 - 100ºC) "Fe (OH) 3 + 3HCL

Налице е наличието на голяма излишна енергия, свързана с силно развита интерфейсна повърхност на разделянето в ултрафрови системи на голям излишък на отделянето. За да се получат частици от дадена дисперсия, е необходимо да се спре растежа на частиците във времето. За тази цел повърхността на диспергираните фазови частици инхибира поради образуването на защитния слой от повърхностно активното вещество или поради образуването на сложни съединения върху него.

Формирането на мицеларни системи .

За да се получат мицеларни системи, е необходимо да се използват повърхностно активни вещества - органични вещества (синтетични и естествени), които имат ограничена разтворимост във вода и способни да се адсорбират върху повърхността на фазовото разделяне, намалявайки вътрешното напрежение. Тези вещества имат дестилация: молекула или йон на PAV съдържа хидрофобна част и полярна група от един или друг характер. Хидрофобната част представлява въглеводороден радикал (С п nH2N + 1, с NH2N-1, с NH2N + 1, C6H4 и други), съдържащ от 8 до 18 въглеродни атома. Вода при стайна температура е структурирана течност, има потопен ред (R< 0,8 нм). При растворении ПАВ происходит дальнейшее структурирование молекул воды вокруг неполярных углеводородных радикалов ПАВ, что приводит к уменьшению энтропии системы. Поскольку система стремится к максимуму энтропии, то при достижении определённой концентрации, называемой критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), молекулы или ионы ПАВ начинают самопроизвольно мицелл. Образование мицелл фиксируется обычно по изменению какого либо физического свойства раствора ПАВ (например, поверхностного натяжения, электропроводности, плотности, вязкости, светорассеяния и т. д.) в зависимости от концентрации ПАВ. При концентрациях, близких к ККМ, мицеллы представляют собой примерно сферические образования, в которых полярные группы контактируют с водой, а гидрофобные радикалы находятся внутри, образуя неполярное ядро. Молекулы или ионы, входящие в состав мицеллы, находятся в динамическом равновесии с объёмом раствора. Это является одной из причин «шероховатости» внешней поверхности мицелл.

При концентрации на повърхностноактивни вещества, голям KKM, образуването на няколко вида мицели (фиг), които се различават по форма: сферични, цилиндрични, хексонагоразно опаковани, ламелар. По този начин мицелите могат да се считат за едноизмерни, двуизмерни и обемни нанообразни. В зависимост от естеството на нарастването на номера на агрегацията ( н.) Те могат да варират от десетки до няколкостотин, докато размерите на мицела ще се променят.

Павиране на молекули Неразтворим във вода с дълъг въглеводороден радикал и слаба полярна група може да бъде разтворена в фази, които не са полярни. В този случай, при определена концентрация на повърхностноактивни вещества, също се наблюдават мицели, което се дължи на специфични взаимодействия между полярните групи на Павар. Такива мицели се наричат \u200b\u200bобратно. Формата на обратната мицели зависи от концентрацията на повърхностно активни вещества и може да бъде различна.

Фигура 1. Структури, възникващи в разтвори на повърхностноактивни вещества.

1 - мономери, 2 - мицели, 3 - цилиндрични мицели, 4 - хекзагонално опаковани цилиндрични мицели, 5 - ламинарни мицели, 6 - шестоъгълна опаковани капки вода в обратната мицеларна система.

Обучение на микроемулсии

Микроемулсиите са термодинамично стабилни изотропни дисперсии на две неуспешни течности. При смесване на такива течности на капка една от тях, стабилизирана от повърхностно активното вещество на филма и SOPAV, които се използват алкохоли с ниско молекулно тегло, се разпределят в друг. Микроемулсиите се отнасят до лиофилни диспергирани системи и могат да бъдат получени или чрез спонтанна дисперсия на две неуспешни течности в резултат на силно намаляване на интерфейсното напрежение или в процеса на разтваряне, както е отбелязано по-горе. Термодинамичната стабилност на микроемулсионните системи се дължи на ниско междуфазово напрежение, което може да бъде 10 - 5 MJ. M - 2 за йонни повърхностноактивни вещества и 10 - 4 MJ. M - 2 за не-йонни повърхностно активни вещества. В зависимост от това коя фаза е диспергирана и коя непрекъсната, микроемулсията може да бъде права масло във вода (m / c) - или обратна вода в масло (в / m). Терминът "масло" означава неполярна органична течност. И в двата случая диспергираната фаза се състои от капчици, чийто размер не надвишава 100 nm.

Като правило микроемулсиите са многокомпонентни системи, състоящи се от различни структури (двуслойни, цилиндрични, сферични мицели). В процеса на образуване на мицел, в допълнение към течните изотропни мицеларни фази, се образуват оптично анизотропно мицеларни фази, например, слоеречни и шестоъгълни фази, състоящи се от пръчки с форма на безкрайна дължина, т.е. микроемулсии, които имат вътрешна микроструктура, която има вътрешна микроструктура, която има вътрешна микроструктура, която в момента се проучва интензивно чрез различни методи. В случая, когато съдържанието на вода и масло в системата е сравнимо, е възможно образуването на бисконтин системи.

Свойствата на микроемулсиите се определят до голяма степен от размера и формата на частици на диспергираната фаза, както и реологичните свойства на междуфазовите адсорбционни слоеве, образувани от повърхностно активни вещества. Тъй като микроемулсиите имат голяма мобилност и голяма повърхност на дяла между фазите, те могат да служат като универсална среда за много химични синтези, включително за получаване на твърди наночастици.

Образуване на твърди частици в микроемулсии

В микроемулсионната система частицата на диспергираната фаза непрекъснато се сблъсква, коализира и унищожава отново, което води до непрекъснат обмен на съдържанието им. Процесът на сблъсък на капки зависи от дифузията на капки в маслената фаза (за обратната микроемулсивна система), докато обменният процес се определя чрез взаимодействието на адсорбционните слоеве на повърхностно активното вещество и гъвкавостта на интерфейсната повърхност ( Последното обстоятелство е изключително важно при провеждането на химични реакции в такива системи)

Фиг. Реакционната схема, протичаща в обратната микроемулсионна система.

Обратните микроемулсионни системи често се използват за получаване на твърди наночастици. За тази цел се смесват две идентични микроемулсионни системи в / m, чиято водна фаза съдържа вещества А и В, които имат работно разтворимо съединение от С по време на химическата реакция, по време на сфера на капки в тях в резултат на това Образува се метаболизъм, нова връзка (фиг.). Размерите на частиците на новата фаза ще бъдат ограничени до размера на падането на полярната фаза.

Метални наночастици могат също да бъдат получени при въвеждане в микроемулсия, съдържаща метална сол, редуциращ агент (например водород или хидразин) или когато газовите преминават (например, СО или Н2S) през емулсията. Тя е по този начин (възстановяването на солта на съответния метал или хидразин) е получен първи чрез монодисперсни метални частици Pt, Pd, RH и IR (с размер на частиците 3 - 5 пМ). Подобен метод се използва за синтезиране на биметален платина и паладий наночастици.

Понастоящем реакциите на отлагане в микроемулсионни системи са широко използвани за синтезиране на метални наночастици, полупроводници, карбонати и бариеви сулфати, калций, стронций от Sio 2 монодисперсни частици, висока температура керамика.

Въпреки факта, че механизмът на образуване на наночастици най-накрая не е установен, могат да се разграничат редица фактори, влияещи на реакционния поток. Ефектът на диспергираната фаза също има влиянието на естеството на повърхностно активното вещество, които са стабилизатори на микроемулсионна система. Въпреки това, във всички случаи, размерът на наночастиците, образувани в реакционните процеси, се контролира от размера на капчиците на първоначалната емулсия.

Трябва също да се отбележи използването на микроемулсионни системи за получаване на органични съединения, което е важно при създаването на нови лекарствени форми

Повечето проучвания в тази област се отнасят до синтеза на сферични наночастици. В същото време, голям научен и практически интерес е приготвянето на асиметрични частици (нишки, дискове, елипсоиди) и прецизен контрол върху тяхната форма. Провеждането на синтез в обратна микроемулсионни системи е възможно да се получат нанорби BACO 3, както и асиметрични наночастици на различни вещества с необичайни магнитни свойства.

От голям интерес е синтеза на нанокомгит, състоящ се от частици от един материал (размер на частиците 50 - 100 пМ), покрит с тънък слой от друг материал.

Получаване на моно- и полимолекулни слоеве.

Сърфонните вещества са способни да образуват мономолекулни филми на различни повърхности на фазовото разделяне: вода - въздух; Твърд корпус - течност; Течност - течност. Такива филми могат да се считат за двуизмерни наносистеми. Монослоите на повърхностноактивното вещество на повърхността на водоустойчивия въздух за първи път бяха изследвани от Лангмюр, който разработи експериментален метод за изучаване на такива филми (лангмур).

Мономолекулните филми на повърхността на течността могат да бъдат разположени в различни състояния: газообразно, течно и твърдо вещество. Тези състояния се характеризират с различна енергия на взаимодействие между молекулите на повърхностноактивните вещества.

При определени условия (рН, температура) на повърхността на водата - въздухът, структурите с висока степен на ред се произвеждат спонтанно, при които повърхностноактивните молекули (или йони) са разположени по такъв начин, че полярната група е в разтвор и въглеводородният радикал е фокусиран във въздуха с нисък ъгъл към междуфазовата повърхност. Процесите на самоорганизация във филма се дължат на наличието на разреждане в молекулите на повърхностно активното вещество и могат да бъдат анализирани от гледна точка на взаимодействието на полярната група с воден субстрат и взаимодействието на въглеводородни радикали.

Значителен интерес е химически реакции, протичащи в мономолекулни филми. Чрез промяна на повърхностното налягане, можете да контролирате ориентацията на молекулите в повърхностния слой и по този начин да повлияете конкретно потока на реакциите. Така, филмът на Langmuir - Brojett се използва за получаване на твърди твърди наночастици от различен характер директно в процеса на химическа реакция или фотохимично възстановяване на соли на метали. Такива процеси се срещат в биологични системи.

Филмите, депозирани на повърхността на твърдите тела, могат да образуват едновременно моно- и полис. Например, ако стъклена плоча, разположена вертикално, издърпайте водата през монослоя стеарат барий, разположен на повърхността на водата, плочата е покрита със слой от повърхностно активно вещество, в който въглеводородни радикали са ориентирани навън. В резултат на това повърхността на такава плоча става хидрофобна. Може да се приложи към него следващия слой. Хидрофилни или хидрофобни повърхности могат да бъдат получени чрез последователно нанасяне на слоевете. Филмите, изградени от еднакво ориентирани слоеве, се наричат \u200b\u200bXplots, а от противоположно ориентираните - прегледи. По този начин могат да бъдат получени полиолатни покрития, чиято дебелина се намира в размерите на нанометъра.

Структурата и формата на ултрафинови частици.

Въпросите, свързани с механизмите за формиране и структура на наномарните частици, са сред най-важните и основни въпроси на колоидната химия. Всъщност, ултрадисперсните частици са вид "елементарни частици" на колоидна химия. Преход от просто качествено определение Концепцията за диспергирани частици за определяне на количествените им параметри и съотношения изискват подробно изясняване на структурата на ултрафинови частици в различни колоидни системи - пепел, мицеларни разтвори, микроемулсии, гелове и т.н.

Ранната концепция за структурата на твърдите ултрафинови частици се основава на предположението, че тяхната структура е подобна на структурата на макрофазата на същото вещество. Въпреки това, по-нататъшното изучаване на процеса на нуклеация и растеж на новата фаза показа, че в зависимост от условията на кристализация (величината на суспензията или суперкулацията, наличието на примеси и редица други причини) от разтворите могат да бъдат оформени както аморфно, така и кристални ултрафинови частици. Дори Weimarne установи, че формата на обърканата по време на кристализация от разтвор на частици от BASO 4 зависи от степента на засмукване на разтвора. Така че, те са получили силно разпръснати злини, структури на люспите, добре нарязани микрокристали и иглени кристали. Температурата, при която синтезът на наночастиците се извършва важна роля. Например, титанови диоксид наночастици, получени от Zolgel по метода при ниски температури, имат вида пръчки и при високо бипирамидни кристали. Друго потвърждение на разнообразието на формите на наночастиците е образуването на дендрити в кристализация от стопилки и разтвори.

Разнообразието от формуляри се дължи на факта, че процесите на формиране на нова фаза (процесите на самоорганизация) продължават в чисто неравнични условия, а степента на съвършенство на структурата зависи от това колко са условията за Кристализацията се отклонява от равновесието. Например, в синтеза на диамант от гъста газова фаза и плазма, по-напреднала структура се образува в по-равновесни условия.

Силен ефект върху процеса на кристализация може да бъде осигурен чрез повърхностноактивни вещества, присъстващи в разтвор. В зависимост от природата и концентрацията, те могат да променят скоростта на образуване и растежа на ядрото на новата фаза, разпределението на наночастици по размер, както и формата на кристалите. Всички тези ефекти са свързани с избирателната адсорбция на молекули или йони повърхностноактивни вещества върху различни съоръжения на получените кристали и в резултат на това с забавяне на растежа на някои лица в сравнение с другите. В допълнение, естеството на повърхностноактивното вещество влияе на полиморфизма на образуваните съединения.

Важна характеристика на процесите на кристализация, водещи до образуването на наночастици, е, че тяхната форма не може да бъде описана чрез методите на обикновената геометрия. За да се опишат такива системи, се включва фрактална геометрия, тъй като със силни отклонения от равновесие и следователно високите стойности на движещата сила на процеса на кристализация, нестабилността на границата на фазовия дял води, като правило, образуването на фрактални структури.

Интересни са резултатите от произведенията, в които се показва, че със съкристализация на амониеви халиди и цезиев йодид от високо лечебни пари се образуват високоразделни първични единични кристали. Благодарение на развитата интерфейсна повърхност, получената диспергирана система има голяма излишна енергия, следователно се обработват процесите на агрегиране, придружени от улавянето на първоначалните монокристални частици с приблизително равни размери. В резултат на такова агрегиране се образуват псевдомонокристали.

Структурата и съответно свойствата на наноматериалите се формират на етапа на тяхното производство. Стойността на технологията е съвсем очевидна за осигуряване на стабилни и оптимални характеристики на наноматериалите; Това е важно и по отношение на тяхната икономика.

За технологията на наноматериалите в съответствие с разнообразието на последната се характеризира комбинация, от една страна, металургични, физически, химически и биологични методи, а от друга страна, традиционни и фундаментално нови техники. Така че, ако огромното мнозинство от методите за получаване на консолидирани наноматериали са доста традиционни, след това операции като производството, например, "квантови писалки", като се използва сканиращ тунелен микроскоп, образуването на квантови точки на атомите на атомите или използването на йонни Проследяване на технологията за създаване на порести структури в полимерни материали на базата на фундаментално различни технологични методи.

Методите на молекулярна биотехнология са много разнообразни. Всичко това усложнява изявлението на основите на наноматериалната технология, като се има предвид, че много технологични детайли ("ноу-хау") авторите описват само като цяло, и често се рекламира съобщение. След това анализира само основните и най-характерни техники.

Консолидирана материална технология

Прахови технологии

Под прах разбират комбинацията от малки твърди вещества (или техните агрегати) от малки размери в контакт - от няколко нанометра до хиляда микрона [прахообразни материали / Andrievsky R.A. - m.: Metallurgy, 1991. - 205 стр.]. По отношение на производството на наноматериали се използват ултрафинови прахове като суровина, т.е. Частиците не са повече от 100 частици, както и по-големи прахове, получени при условия на интензивно смилане и състоящи се от малки кристали с размер, подобен на посочените по-горе.

Последващи операции на прахообразни технологии - пресоване, синтероване, горещо пресоване и т.н. - са проектирани да осигуряват проба (продукт) на определени форми и размери със съответната структура и свойства. Комбинацията от тези операции често се нарича по предложение на M.YU. Балшчин, консолидация. Във връзка с наноматериалите, консолидацията трябва да гарантира, от една страна, почти пълно уплътнение (т.е. отсъствието в структурата на макросите и микропорите), а от друга страна, поддържане на нанострктура, свързана с първоначалните размери на ултрафинния прах ( т.е. размерът на зърното, получените материали трябва да бъдат възможно най-малко и във всеки случай по-малък от 100 nm).

Методите за получаване на прахове за производството на наноматериали са много разнообразни; Те могат да бъдат разделени на химически и физически, основни, от които, показващи най-характерните ултрафинови прахове, са показани в таблица 1.

Таблица 1. Основни методи за производство на прахове за производството на наноматериали

	Опционен метод	Материали
Физически методи
Изпаряване и кондензация	Във вакуум или в инертен газ	Zn, Cu, Ni, Al, Be, SN, PB, Mg, Ag, CR, MGO, AL 2O 3, Y 2 O3, ZRO 2, SIC
В реакционен газ	TIN, ALN, ZRN, NBN, ZRO 3, Al 2 O 3, Tio 2.
Високоенергийно унищожаване	Раздробяване	Fe-Cr, Be, Al 2O 3, Tic, Si 3 N 4, Nial, Tial, Aln
Лечение на детонация	BN, SIN, TIC, FE, DIAMOND
Електрическа експлозия	Ал, CD, Al 2O 3, TiO 2.
*Химични методи*
	Плазмохимика	Tic, Tin, Ti (C, N), VN, ALN, SIC, SI 3 N 4, BN, W
Лазер	Si 3 N 4, SIC, SI 3 N 4 -SIC
Термичен	Fe, Cu, Ni, Mo, W, BN, TIC, WC-CO
Самостоятелно разпространение на висока температура	SIC, Mosi 2, Aln, Tac
	Механични	Tic, Tin, Nial, Tib 2, Fe-Cu, W-Cu
Електрохимически	WC, главен изпълнителен директор 2, ZRO 2, WB 4
Твърд	Mo 2 C, BN, TIB 2, SIC
Cryochemical.
Термични решения	Кондензирани прекурсори	FE, NI, CO, SIC, SI 3N 4, BN, ALN, ZRO 2, NBN
	Газови прекурсори	ZRB 2, TIB 2, BN

Помислете за някои от методите за производство на ултрафинови прахове.

Метод на кондензация . Този метод е известен като дълго време и в теоретичния план е проучен в най-голяма степен. Има хомогенно и хетерогенно поколение ембриони (клъстери).

В първия случай, зародишът се случва флуктуационно и променя суспензията на системата (увеличаване или намаляване на налягането на пара, промяна на температурата на процеса), можете да регулирате радиуса на критичния ембрион и да се постигне желания размер на частиците на получените прахове. Провеждане на изпарение в неутрални носители и въвеждане на чужда повърхност в изпареното пространство е възможно да се провокира хетерогенно образуване на ембриони, за което височината на потенциалната бариера на образуването на критична ембрион е много по-ниска в сравнение с насипната хомогенна кондензация. По този начин, има най-малко две необходими и достатъчно условия за получаване на ултрафинови прахове с методи за кондензация - голямо засмукване и присъствие в кондензиран двойка неутрални газови молекули.

Лабораторната инсталация за производство на метални ултрафинови прахове е разработена в Института по химическа физика на УССР академията на науките през 60-те години. [Левитационен метод за получаване на ултрафинови прахове на метали / ген M.YA., Miller A.V. Повърхност. Физика, химия, механика. - 1983. №2., Стр. 150-154.]. Капка разтопен метал, висящ в индукционното поле, е взривен от потока от аргон с висока чистота, който кондензира кондензираните наночастици в специална прахообразна колекция, чието разтоварване се извършва в контролирана атмосфера на мафидант. Последващото съхранение на прахове и съответните технологични операции се извършват и в аргон.

Методът на кондензацията се използва при инсталирането на поквара (фигура 1), при което получаването на ултрафинния прах в атмосферата на рядковия инертен газ е подравнен с прилепване на вакуум. Преследваем на повърхността на охладения въртящ се цилиндър за наночастици се отстраняват чрез специален скрепер и се сглобяват в прес форма. 2 предварително натискане (налягане до 1 GPA) и след това в специален формуляр за преса 1 Уплътняването се извършва при натиска на по-висока (до 3 - 5 GPA). Работата на инсталацията на Gllather е малка, тя е ограничена главно от ниски нива на изпаряване.

Фигура 1. Схема за монтажна инсталация: 1 - компактен възел при високо налягане; 2 - предварително натискане на възел; 3 - Изпарител; 4 - въртящ се колектор, охладен чрез течен азот; 5 - Скрепер

Методите за кондензация по принцип осигуряват производството на ултрафинови прахове с размер на частиците до няколко нанометра, но продължителността на процеса на получаване на такива обекти (и съответно, цената) е доста голяма. По искане на потребителите, тънките полимерни филми, които предотвратяват агломерацията и експозицията на корозия, могат да се нанасят върху повърхността на праха.

Високо енергийно смилане . Механичен синтез . Шлайфането е типичен пример за тип технологии. Смилане в мелници, дезинтегратори, придружители и други диспергиращи инсталации възникват поради раздробяване, разделяне, рязане, абразия, рязане, въздействие или в резултат на комбинация от тези действия. Фигура 2 показва схемата на нападателя, при която въздействието и внезапните ефекти и диаграмата на вибрационната мелница, дизайнът, който осигурява висока скорост на топките и честотата на топките, се комбинира. За провокиране на унищожаването често се извършва при условия на ниски температури. Ефектът от смилане се влияе от съотношението на масата на топките и земната смес, която обикновено се поддържа в диапазона от 5: 1 до 40: 1.

Фигура 2 Схема за смилане:

а - Атриктор (1 - тяло, 2 - топки, 3 - въртяща се работно колело); B - Вибрираща мелница (1 - двигател, 2 - вибратор, 3 - пружини, 4 - барабани с топки и натрошен прилеп)

Осигуряването на приемливо представяне, смилане, обаче, не води до много тънки прахове, тъй като има известен лимит за смилане, който отговаря на постигането на особено равновесие между процеса на унищожаване на частиците и тяхната агломерация. Дори при рязане на крехки материали, размерът на получените частици обикновено не е по-нисък от около 100 пМ; Частиците се състоят от кристали с размер най-малко 10-20 nm. Трябва да се прецени с факта, че в процеса на смилане почти винаги продуктът е замърсен с материала с топки и облицовка, както и кислород.

Плазмохимичен синтез [Троицки v.n. Получаване на ултрафинови прахове в плазмените микровълнови изхвърляния // Микровълнови плазмени генератори: физика, уреди, приложение / батенин v.m. et al. - m.: Energoatomizdat, 1988. - стр. 175-221.]. Синтезът в плазмата с ниска температура се извършва при високи температури (до 6000-8000 k), което осигурява високо ниво на подаване, високи нива на реакции и кондензационни процеси. Използвани като плазмени факли и високо и ултрачестотни (микровълнови) плазмени генератори. Арш машините са по-продуктивни и достъпни, но микровълновите инсталации осигуряват по-фини и по-чисти прахове. Схемата на такава инсталация е показана на фигура 3. Като изходни продукти за плазмен химичен синтез, метални хлориди, метални прахове, силиций и метало-органични връзки.

Фигура 3 от микровълновата инсталационна схема на плазмен химически синтез:

I - Енергетика (1 - микровълнов генератор); II - основното технологично оборудване (2 - плазмен торус, 3 - вход от реагенти, 4 - реактор, 5 - топлообменник, 6 - филтър, 7 - прахообразна колекция, 8 - реактивен дозатор, 9 - изпарител); Iii, iv - съответно спомагателно технологично оборудване и контролен блок (10 - клапани, 11 - ротаметри, 12 - измервателни уреди, 13 - система за пречистване на газ, 14 - скрубер, 15 - вход на плазмен газ, 16 - носещ вход, 17 - изходни газове)

Благодарение на характеристиките на плазмения химически синтез (обницателността на процеса, възможността за коагулация на частици и т.н.) разпределението на получените частици в повечето случаи е доста широко.

Синтез при ултразвукова експозиция [Приложения на ултразвук до материали Химия / SUSLICK K.S., цена G.J. Годишни материали за преглед. - 1999. V.2., Стр. 295-326.]. Този метод е известен като сонохимичен синтез, който се основава на ефекта на кавитационните микроскопични мехурчета. Когато се развива аномално високо налягане (до 50-100 mN / m 2) и висока температура (до 3000 k и по-висока) и огромни отоплителни и охладителни скорости (до 10 10 k / и) са постигнати. По отношение на кавитацията балонът става като нанореактор. При използване на екстремални условия в кавитационни мехурчета се получават много нанокристални (аморфни) метали, сплави и огнеупорни връзки (например, Fe, Ni и Co и техните наночастици от карбонилни, златни и медни колоиди, нанооксид jr et al.).

Електрическа експлозия на тел [Наноповери, получени с помощта на импулсни методи за нагряване на цели / котки YU.A. Перспективни материали. - 2003. №4., Стр. 79-81.]. Отдавна е забелязано, че когато преминават през относително тънки проводници, текущите импулси 10 4 -10 6 A / mm 2 се появяват в експлозивното изпаряване на метала с кондензацията на парите под формата на частици с различна диспенсация. В зависимост от околната среда, могат да възникнат образуването на метални частици (инертни носители) или оксид (нитридни) прахове (оксидативна или азотна среда). Необходимият размер на частиците и производителността на процеса се регулират от параметрите на разтоварващата верига и диаметъра на използваната жица. Формата на наночастиците е предимно сферична, разпределението на частиците по размер е нормална логаритмична, но достатъчно широка. За наночастици с размер 50-100 nm метали като ал, cu, fe и ni, капацитетът на монтаж е 50-200 g / h при консумация на енергия до 25-50 kWh / kg. Nanopowders оксиди (Al 2 O 3, TiO 2, ZRO 2, MGAL2O 4 и т.н.) могат също да бъдат направени и след седиментационно лечение, размерът на частиците може да бъде много малък (20-30 nm).

Необходими са някои от методите за получаване на нанопови, които се считат за по-горе като цяло. Изборът на оптимален метод трябва да се основава на изискванията за нанопор и наноматериал, като се вземат предвид икономическите и екологичните съображения.

Методи за консолидация. Почти всички методи, известни в прахообразна технология: пресоване и синтероване, различни опции за горещо пресоване, гореща екструдация и др. - Прилага се за ултрафинските прахове. В настройките на типа, изобразени на фигура 1, въпреки използването на доста високо налягане (до 2-5 GPA), дори и във вакуумни условия и при малка височина на проби (до 1 mm), е възможно да се получи проби с порьозност най-малко 10-15%. За ултрафинови прахове ниското уплътняване се характеризира с натискане поради значителния ефект на характеристиките на триене между частиците. В технологията на натискане на наноподерите при стайни температури, използването на ултразвукови колебания, които намаляват еластичната последователност след отстраняването на товара при натискане и донякъде увеличават относителната плътност на продуктивните продукти, разширяване на техните производители под формата на ръкави и други форми [ Ултразвуково пресоване на керамични ултрафинни прахове / хасанов ол. Новини за университетите. Физика. - 2000. №5., Стр. 121-127.].

За да се елиминира остатъчната порьозност, е необходима термична обработка на компресирани проби - синтероване. Въпреки това, във връзка с производството на наноматериали, конвенционалните режими на синтеровки на праховите предмети не позволяват запазване на оригиналната наноструктура. Растежните процеси на зърно (рекристализация) и синтринг уплътнения (свиване), дифузионно контролирани, са паралелни, припокриващи се и се комбинират високата скорост на запечатване с прецизацията на рекристализацията не е лесно.

По този начин използването на високоенергийни методи за консолидация, включващи използването на високо статично и динамично налягане и умерени температури, дава възможност за забавяне на растежа на зърната до известна степен.

Обичайните пресовани режими и ултрафинови прах могат да бъдат използвани за получаване на нанострационери порести полуготови продукти, подложени на общата консолидация на операциите по обработка на налягане. Така че, медните прахове, получени чрез метода на кондензацията, с размер на частиците 35 пМ с оксид (CU2O3) с филм с дебелина 3.5 пМ след натискане при налягане от 400 mPa и неротично синтероване в водород До 230 єс (скорост на нагряване 0.5 єс / мин) придобива относителна плътност 90% с размер на зърната 50 пМ [Изработване на насипни нанострационери материали от метални наноповери: структура и механично поведение / шампион Y., Guerin-mailly S., Bonnentien J.-L. Scripta Masteria. - 2001. V.44. N8 / 9., стр. 1609-1613.]. Следващ хидростатичен екструдиране доведе до получаване на неасфалтирани макро-форматори с висока якост и пластичност (придаване на якост с компресия от 605 mPa, относително удължение от 18%).

Възможно е да се задържа растежът на зърната в обичайното сиин, използвайки специални нееротични режими на отопление. В този случай е възможно да се оптимизират процесите на уплътнението поради конкуренцията, с изключение на рекристализационната явления [fiosiko-himichn kinictic в наносдуктурни системи / копие, vv, uvarova i.v., ragula a.v. - KIIВ: академик, 2001. - 180 p.]. Електрическо синтероване, извършено чрез преминаване на тока през синтеровата проба, и горещата обработка на налягането на праховите предмети (например, коване или екструзия) може също да допринесе за спиране на прекристализацията и използвана за получаване на наноматериали. Синтеровъчността на керамични наноматериали под микровълнови отоплителни условия, водещи до равномерно разпределение на температурата върху напречното сечение на пробата, също допринася за запазването на нанострктурата. Въпреки това, размерът на кристалите в изброените консолидационни варианти обикновено е на нивото на горната граница на зърната на нанострктурата, т.е. Обикновено не е по-ниска от 50--100 nm.

Въведение

1 поникване и развитие на нанотехнологиите

2 Основи на наноматериалните технологии

2.1 Общи характеристики

2.2 Консолидирана материална технология

2.2.1 Прахова технология

2.2.3 Контролирано кристализация от аморфно състояние

2.2.4 Технология на филмите и покритията.

2.3 технология на полимерни, порести, тръбни и биологични наноматериали

2.3.1 Хибридни и супрамолекулни материали

2.3.3 Тръбни материали

2.3.4 Полимерни материали

3 общи характеристики на наноматериалите

Заключение

През последните няколко години нанотехнологията се разглежда не само като една от най-обещаващите високотехнологични клона, но и като системен фактор в икономиката на 21-ви век - икономика, основана на знанието, а не върху използването на естествени \\ t ресурси или тяхната обработка. В допълнение към факта, че нанотехнологията стимулира развитието на новата парадигма на всички производствени дейности ("отдолу нагоре" от отделни атоми - към продукта, а не "отгоре надолу", като традиционни технологии, при които продуктът се получава чрез рязане От прекомерния материал от по-масивен детайла) тя е източник на нови подходи за подобряване на качеството на живот и решаване на много социални проблеми в слединдустриалното общество. Според по-голямата част от експертите в областта на научната и техническата политика и инвестирането на средства, нанотехнологичната революция ще обхване всички жизненоважни области на човешката дейност (от развитието на пространството до медицината, от националната сигурност - до екология и селско стопанство), и. \\ T Нейните последици ще бъдат обширни и по-дълбоки от компютърната революция на последната трета от 20-ти век. Всичко това поставя задачите и въпросите не само в научната и техническа сфера, но и пред администраторите на различни нива, потенциални инвеститори, образование, държавни административни органи и др.

Нанотехнологията е оформена въз основа на революционни промени в компютърните технологии. Електроника като холистична посока е възникнала около 1900 г. и продължават да растат бързо през миналия век. Изключително важно събитие в нейната история е изобретяването на транзистора през 1947 г. След това започна ерата на разцвета на полупроводниковите техники, в която размерът на създадените силиконови устройства непрекъснато намалява. В същото време скоростта и обемът на магнитни и оптични устройства за съхранение непрекъснато се увеличават.

Въпреки това, тъй като размерът на полупроводниковите устройства се приближава до 1 микрона, в тях започва да се появява квантомеханичните свойства на веществото, т.е. Необичайни физически явления (като тунелен ефект). Безопасно е да се предположи, че при запазването на текущия темп на развитие на компютри, цялата полупроводникова технология се подхожда с около 5-10 години с проблеми на фундаментален характер, тъй като скоростта и степента на интеграция в компютрите ще бъдат достигнати до Някои "фундаментални" граници, определени от законите на физиката. По този начин по-нататъшният напредък на науката и технологиите изисква изследователите съществено "пробив" към нови принципи на труд и нови технологични техники.

Такъв пробив може да се извърши само чрез използването на нанотехнологии, което ще създаде редица фундаментално нови производствени процеси, материали и устройства, като нанороботи.

Изчисленията показват, че използването на нанотехнологии може да увеличи основните характеристики на полупроводникови компютри и устройства за съхранение с три порядъка, т.е. 1000 пъти.

Въпреки това, нанотехнологията не трябва да се намалява само до местен революционен пробив в електрониката и компютърните технологии. Вече са получени редица изключително важни резултати, което позволява да се надяваме на значителен напредък в развитието на други насоки на науката и технологиите.

Много съоръжения по физика, химия и биология показват, че преходът към нано-ниво води до появата на качествени промени във физикохимичните свойства на отделни съединения и системи, получени върху тях. Говорим за коефициентите на оптичната устойчивост, електрическа проводимост, магнитни свойства, сила, устойчивост на топлина. Освен това, според наблюденията, нови материали, получени с нанотехнологиите, са значително по-добри в техните физически, механични, термични и оптични свойства аналози на микрометрична скала.

Въз основа на материали с нови свойства, нови видове слънчеви панели, енергийни преобразуватели, екологично чисти продукти и много други се създават. Силно чувствителни биологични сензори (сензори) и други устройства, позволяващи да говорят за появата на нова наука - нанобиотехнология и имат огромни практически перспективи. Нанотехнологията предлага нови характеристики на материали за микропреработка и създаване на нови производствени процеси и нови продукти на тази основа, които трябва да имат революционно въздействие върху икономическия и социален живот на бъдещите поколения.

2.1 Общи характеристики

2.2.1 Прахова технология

Под прах разбират комбинацията от малки твърди вещества (или техните агрегати) на малки размери в контакт с няколко нанометра до хиляда микрона. По отношение на производството на наноматериали се използват ултрафинови прахове като суровина, т.е. Частиците не са повече от 100 частици, както и по-големи прахове, получени при условия на интензивно смилане и състоящи се от малки кристали с размер, подобен на посочените по-горе.

Обичайните пресовани режими и ултрафинови прах могат да бъдат използвани за получаване на нанострационери порести полуготови продукти, подложени на общата консолидация на операциите по обработка на налягане. Така, мед прахове, получени чрез метод на кондензация, с размер на частиците от ~ 35 nm с оксид (CU2O3) с филм с дебелина 3.5 пМ след натискане при налягане от 400 mPa и неротично синтероване в водород До 230 ºС (скорост на нагряване 0.5 ºС / мин) придобива относителна плътност 90% с размер на зърната от 50 пМ. Следващ хидростатичен екструдиране доведе до получаване на неасфалтирани макро-форматори с висока якост и пластичност (придаване на якост с компресия от 605 mPa, относително удължение от 18%).

Възможно е да се задържа растежът на зърната в обичайното сиин, използвайки специални нееротични режими на отопление. В този случай е възможно поради механизмите за конкуренция за свиване и растеж на зърната, за да се оптимизират процесите на печат, като се елиминират значително рекристализацията явления. Електрическо синтероване, извършено чрез преминаване на тока през синтеровата проба, и горещата обработка на налягането на праховите предмети (например, коване или екструзия) може също да допринесе за спиране на прекристализацията и използвана за получаване на наноматериали. Синтеровъчността на керамични наноматериали под микровълнови отоплителни условия, водещи до равномерно разпределение на температурата върху напречното сечение на пробата, също допринася за запазването на нанострктурата. Въпреки това, размерът на кристалите в изброените консолидационни варианти обикновено е на нивото на горната граница на зърната на нанострктурата, т.е. Обикновено не е по-ниска от 50-100 nm.

2.2.2 Интензивна пластмасова деформация

Образуването на нано структури на масивни метални проби може да се извърши чрез интензивна деформация. Благодарение на големи деформации, постигнати с квази-хидростатично високо налягане, се изравнява ъглово пресоване и използване на други методи, се образува фрагментирана и дезориентана структура.

Фигура 4 показва две схеми на интензивна пластмасова деформация - претоварване под високо налягане и равнопоставеност ъглово пресоване. В случай на схема а. Дискообразната проба се поставя в матрицата и компресира въртящия се удар. Във физика и техники за високо налягане, тази схема развива известните идеи на Бриджмън. Квази-хидростатичната деформация при високо налягане и деформационната промяна води до образуването на нежефибриум наноструктури с липса на амплитудни граници. В случай на схема б. Основните принципи са разработени от V. M. Segalom (Minsk), пробата се деформира според простата смяна на смяна и има възможност за повторно деформиране с различни маршрути. В началото на 90-те години R. Z. Valiev et al. Използвахме и двете схеми за получаване на наноматериали, разгледани подробно моделите на получаване поради характеристиките на структурата и свойствата.

1) пълна кристализация директно в процеса на гасене от стопилката и образуването на една или многофаза като конвенционална поликристална структура и наноструктури;

2) кристализация в процеса на гасене от стопилката не е напълно и се образува напълно и аморфна кристална структура;

3) Зашеметяването от стопилката води до образуването на аморфно състояние, което се трансформира в наноструктурата само по време на последващо топлинна обработка.

За обработката на аморфни прахове, получени, например чрез газово разпръскване на течности, използвайте обработката на гореща налягане, както е показано от японските изследователи за примера на съраунд заготовки с висока сила на Alloy Al - Y - Ni - Co.

2.2.4 Технология на филмите и покритията

Тези методи са много универсални по отношение на състава на наноматериалите, които могат да бъдат направени на практика в неплатено състояние в широк диапазон от размери на зърната, вариращи от 1-2 nm и повече. Единственото ограничение е дебелината на филмите и покритията - от няколко парчета микрона на стотици микрона. Използва се както методи за физическо отлагане, така и химични методи, както и електроцене и някои други техники. Разделянето на моделите на състрадание върху физически и химически условно, тъй като например много физически техники включват химични реакции, а химичните методи се стимулират чрез физически ефекти.

Таблица 2 показва основните методи за получаване на наноструктурирани филми на базата на огнеупорни съединения (карбиди, нитриди, бориди). Извиването на дъгово освобождаване в атмосфера, съдържащо въглерод, е един от най-често срещаните варианти на технологията на йонното отлагане; Металните катоди се използват като източник на метални йони. Електрическото изпаряване на дъгата е много продуктивно, но е придружено от образуването на метална капкова фаза, освобождаването, от което изисква специални проектни мерки. Този недостатък е лишен от магнетронна версия на йонно-плазменото отлагане, в което целта (катода) се разпръсква поради бомбардиране на плазмени йони на газ с ниско налягане, което се образува между катода и анода. Напречното постоянно магнитно поле локализира плазмата в пръскащата целева повърхност и увеличава ефективността на пръскането.

Специалистите в генното инженерство са разработили методи за разделяне и пресичане на ДНК гъстата "лепкава" комплементарни краища, както и методи за "висящи" нановете към "лепкави краища". Следователно адхезията на ДНК може да доведе до свързване на нановата. ДНК секциите в такива структури обикновено имат дължина 2-3 завъртания на двойна спирала (приблизително 7-10 пМ). Такъв алгоритмичен комплект изглежда е много обещаваща посока при създаването на нови наноматериали, чиято структура и свойства могат да бъдат програмирани в едно, две или три измерения. Моделите на ДНК нанотехнологията се изследват много интензивно, тъй като високата степен на "интермолекулно разпознаване" ви позволява да се надявате за създаване на различни структури чрез самосъбиране, чийто функционални свойства могат да бъдат предвидени.

Супрамолекуларният синтез предполага монтаж на молекулни компоненти, изпратени от междумолекулни неплавателни сили. Supramolecular самостоятелността представлява спонтанно съединение от няколко компонента (рецептори и субстрати), в резултат на което, на базата на така нареченото "молекулно разпознаване", има спонтанно образуване на нови структури (например изолиран олигомерен супер ферми или големи полимерни агрегати). Такива органични съединения като ротаксани, в които пръстеновидната молекула се надяват на оста с "щепсели" и катенани, в които пръстеновидните молекули се разширяват, са получени на базата на спонтанно свързване на партньорите на донор-акцептори, както и поради това спомагателното образуване на водородни връзки.,

Въз основа на металообработени градински блокове чрез самоконтролиране могат да бъдат получени и разнообразие от неорганични архитектури (например, антимонови вериги и телур, различни метални рамки, сплави и съединения и др.). Обектите на супрамолекулното инженерство стават все по-разнообразни.

2.3.2 Нанукористични материали (молекулярни сита)

Това са зеолитни и зеолитни, както и въглерод и полимерни наноструктури с пространствена система от канали и кухини, които са предназначени както за разделяне на газовите смеси, така и за поставянето и стабилизирането на функционалните наночастици (субстрат за катализата , излъчватели, сензори и др.). Технологичните методи за получаване на нанопорести материали са много разнообразни: хидротермален синтез, сосови гел, електрохимични методи, обработка на хлорни карбидни материали и др. Различни клетъчни структури се създават чрез комбинация от стандартни литографски техники (прилагане на картината на бъдещата решетка) , алкално ецване, анодно разтваряне, окисление и др.

При обработка на полимери, диелектрици и полупроводници с високоенергийни йони се образуват така наредени йони на нанометрови йонни писти, които могат да бъдат използвани за създаване на нанофилтри, нанозноси и др. .

Във връзка с нанокомпозитния молекулярен сатс на зеолитския тип, най-малко два метода за получаване на такива матрични структури: кристализация на порестата материал от гела, където присъстват наночастиците на бъдещия композит, и синтеза на наночастиците i. н. siti. От прекурсори, предварително въведени в зеолитите.

2.3.3 Тръбни материали

При изучаване на утаяването, образувано по време на изпаряването на графит при условия на изпускане на дъгове, беше установено, че лентата на атомните решетки на графит (графане) могат да бъдат покрити в безшевни тръби. Вътрешният диаметър на тръбите варира от дела на нанометър до няколко нанометра и тяхната дължина е в диапазона от 5-50 микрона.

1 - графитен анод; 2 - графитен катод; 3 - течения; 4 - изолатор; 5 притежатели; 6 - охладен реактор; 7 - медни сбруя; 8 - електрически мотор; 9 - Вашителка; 10 - Филтър; 11-13 - вакуумни и газови субсидии

Фигура 9 показва диаграма на лабораторна инсталация за производство на въглеродни нанотръби. Графитен електрод 1 напръска се в хелий плазмен дъга; Пръскащи продукти под формата на тръби, Fullerenes, Soet и др. депонирани на повърхността на катода 2 , както и на страничните стени на охладения реактор. Най-големият изход на тръбите се наблюдава при налягането на хелий около 500-600 kPa; Параметрите на дъговата режима, геометричните размери на електродите, продължителността на процеса, размерите на реакционното пространство също имат значително въздействие. След синтеза краищата на тръбите обикновено са затворени с особени "капачки" (полусферични или конични). Важен елемент от технологията на нанотръбите е тяхното пречистване и разкриване на краищата, което се извършва чрез различни методи (окисление, киселинно лечение, ултразвукова третиране и др.).

За получаване на нанотръби се използват лазерно разпръскване на графит и пиролиза на въглеводороди с участието на катализатори (метали на желязната група и др.). Последният метод се счита за един от най-обещаващите по отношение на подобряването на работата и разширяването на структурното разнообразие на тръбите.

Пълненето във вътрешните кухини на нанотръби чрез различни метали и връзки може да се извърши или по време на процеса на синтез, или след почистване. В първия случай добавките могат да бъдат въведени в графитен електрод; Вторият метод е по-гъвкав и може да бъде реализиран от много техники ("насочени" пълнене от топи, решения, от газовата фаза и др.).

Малко след откриването на въглеродни черни нанотръби е установено, че не само графит, но и много други съединения - нитриди и карбиди на бор, халкогениди, оксиди, халиди и различни тройни връзки. Наскоро бяха получени метални тръби (AU). Самоопределянето на триизмерните наноструктури от тип нанотръби на базата на полупроводници и други вещества могат да бъдат получени в резултат на самозаустряне на тънки слоеве в прегънатата тръби. В този случай се използва разликата в остатъчните напрежения, възникващи в епитаксиален слой (напрежения на опън) и в субстрата (напрежение на натиск).

2.3.4 Полимерни материали

Използването на нанитна литография е възможно да се направят полимерни шаблони (шаблони) с отвори с диаметър 10 пМ и дълбочина от 60 nm. Отворите образуват квадратна решетка с стъпка от 40 пМ и са предназначени за настаняване на наномпрези, като въглеродни нанотръби, катализатори и др. Такива шаблони се създават чрез деформация със специални печати с последващо реактивно йонно ецване на полимерни остатъци от отворите.

Описани са също техники на литографски предизвикани самостоятелни наноструктури. В този случай решетката се формира от получената матрица на стълба, отглеждаща от полимерна топена, разположена на силиконова фитнес. Отбелязва се, че този процес може да бъде приложен към други материали (полупроводници, метали и биоматериали), което е важно да се създадат устройства за съхранение от различни видове.

Различните индустрии и сфери на човешка дейност са потребители на наноматериали.

В промишлеността, полирането на пасти и антистоносните лекарства, базирани на наночастици, отдавна се използват. Последният (например въз основа на бронз) се въвежда в трикционните зони на машини и различни механизми, което значително увеличава ресурса на тяхната работа и подобрява много технически и икономически показатели (например, той се намалява с 3-6 пъти съдържанието на кожене в отработените газове). Антистосовият слой, образуван върху повърхността на триещите двойки по време на работа, се образува чрез взаимодействие на износващи се продукти и наночастици, приложени в лубрикант. Лекарствата тип римет в индустриален мащаб се произвеждат в Русия чрез научно и производствено предприятие "силно разпръснати метални прахове" (Екатеринбург).

Добавките на частици и влакна в полимерни матрици са добре известен прием на повишаване на физикомеханичните свойства на полимерите, както и тяхната огнеустойчивост. Подмяната на много метални материали върху подсилените полимери на наночастици води до газова промишленост, за да се намали масата на автомобила, намаление на консумацията на бензин и вредни емисии.

Порестите нанострукта се използват за дифузионно отделяне на газови смеси (например, изотопи и други сложни газове, които се различават по молекулно тегло). Размерът на порите ("прозорците в конвенционалните зеолити варира в диапазона от 0.4-1.5 nm и зависи от броя на киселинните атоми в циклични структури, образуващи зеолит. Трябва да се има предвид, че повърхността на много порести нанострукта има каталитични свойства , Висока селективност в различни процеси на разделяне се увеличава поради каталитични явления, които например се използват в изомеризацията на органични съединения на ксилол.

Значително внимание се обръща и на изучаването на каталитичните, сорбия и филтърни свойства на въглеродните наноглени. Например, високите им расови характеристики се отбелязват във връзка с пречистването на отработените газове от твърди хладилни канцерогенни диоксини. Перспективите за използване на пълнозърнести и въглеродни нанотръби за целите на водородните размери също са перспективи за използване на фулерени и въглеродни нанотръби. В допълнение, поради характеристиките на размерите (голямо съотношение на дължина до диаметър и малки размери), възможността за промяна на проводимостта в широки граници и химическа устойчивост въглеродни нанотръби се счита за фундаментално нов материал за електронни устройства на ново поколение, \\ t включително ултрамианство [,].

За наноструктурирани обекти се характеризират необичайни оптични свойства, които се използват в декоративни цели. Повърхността на куполите на Московската църква на Христос Спасителят се състои от титанови плочи, покрити с титанов нитрид. В зависимост от отклоненията от стехиометрията и наличието на въглеродни и кислородни примеси, цветът на калай X може да варира от сив до син, който се използва при нанасяне на покрития върху ястията.

Устройства за записване на информация (глави, носители, дискове и др.) - Важна област на прилагане на магнитни наноматериали. Лесен за възпроизвеждане, стабилност на съхранение, висока рекордна плътност, ниска цена е само някои от изискванията за тези системи. Гигантният магнитен ефект, проявяващ се в многослойни магнитни / немагнитни филми, беше много полезен за ефективна информация за информация. Този ефект се използва при регистриране на много слаби магнитни полета в главите на четенето на магнитни дискове, което е възможно да се увеличи значително плътността на записването на информация и да се увеличи скоростта на четене. В рамките на 10 години след откриването на този ефект, IVM донесе през 1998 г. Освобождаването на твърди магнитни дискове с глави с глави на базата на това явление, до 34 милиарда долара (в стойностни условия), практически пугнирани стари технологии. Гъстотата на съхранение на информация се удвоява всяка година.

Задачата за увеличаване на продължителността и качеството на живот мотивира интензивните развития в областта на биоматериалите като цяло и по-специално нанобиокауператори. Основните области на прилагане на наноматериалите в медидин, биология и селско стопанство са много разнообразни:

Хирургически и стоматологични инструменти;

Диагностика, наномотори и наносонци;

Фармакология, лекарства и методи за тяхното доставяне;

Изкуствени органи и тъкани;

Стимулиране на добавки, торове и др.;

Защита срещу биологични и радиологични оръжия.

Светът стои на прага на нова индустриална революция, която е свързана предимно с развитието на нанотехнологиите. Според водещите експерти, тя е сравнима с мащаба на нейното излагане на общество с революция, причинена от изобретението през 20-ти век на транзистора, антибиотиците и информационните технологии, комбинирани. Днес световният пазар на нанотехнологии се измерва в милиарди долари (докато този пазар е предимно нови материали и прахове, подобряване на свойствата на материалите), а до 2015 г., според прогнозите на западните специалисти, тя ще надхвърли $ 1 трилион . В близко бъдеще икономическата, военната, социалната и политическата позиция на развитите страни ще се определят от нивото на развитие на националната наноиндустрия.

Според директора на нанотехнологичния институт (създаден от Мехаил Ананян, нанотехнологията също няма да разработи еволюционна, като електроника: първо радиото, след това телевизора, след това на компютъра. Сега симулацията на различни наноприбари, тела и т.н. активно се симулира и веднага след създаването на технологията ще се появи остър скок - ще се появи нова цивилизация, материалът и потреблението на енергия ще намалее драматично, много по-ефективна икономика ще се появи.

Но не всичко е толкова просто, защото вече споменах, прилагането на нанотехническата революция изисква усилие не само и не толкова от учените (развитието е в разклонение), усилията се изискват от държавна власт - Никой друг инвеститор не ще привлече такъв "мащабен проект". Законодателното равнище трябва основно да промени подхода към формирането на Националната програма за развитие на нанотехнологиите. Освен това страната ни има значителен опит в прилагането на мащабни проекти.

Спомнете си, че в нашата история имаше три проекта, които водят до качествени промени в почти всички индустрии. Имам предвид Голо, атомния проект, развитието на пространството. Развитието на нанотехнологиите принадлежи на проекти за общото ниво, тъй като тяхното прилагане ще доведе до качествени промени във всички, без изключение, сектори на икономиката. През декември правителството реши да създаде национална програма за развитие на нанотехнологиите, наскоро, руският президент в годишното му послание беше идентифициран, че Русия трябва да стане лидер в нанотехнологиите. Той остава само да се надяваме, че това е начинание (по-добре късно, Русия остава единствената страна, която нарича се развита, която няма програма в тази област), ще бъде в реална, проект за импрегниране и няма да се превърне в друга кампания .

1. Нанотехнология за всички / риболов М. - М., 2005. - 434 стр.

2. Въведение в нанотехнологията / Kobayashi N. - на. От японски - m.: Binin. Лаборатория по знания, 2007. - 134п.: IL.

3. Въведение в нанотехнологиите / Meshutin N.V. - Калуга: Издателство на научната литература Bochkareva n.f., 2006. - 132 стр.

4. Прахови материали / Andrievsky R.A. - m.: Metallurgy, 1991. - 205 стр.

5. Левитационен метод за получаване на ултрафинови прахове на метали / ген M.YA., Miller A.V. Повърхност. Физика, химия, механика. - 1983. №2., Стр. 150-154.

6. Troitsky v.n. Получаване на ултрафинови прахове в плазмените микровълнови изхвърляния // Микровълнови плазмени генератори: физика, уреди, приложение / батенин v.m. et al. - m.: Energoatomizdat, 1988. - стр. 175-221.

7. Приложения на ултразвук до материали Химия / Суслик К.С., Цена G.J. Годишни материали за преглед. - 1999. V.2., Стр. 295-326.

8. Наноповери, получени с помощта на импулсни методи за отопление на цели / котки YU.A. Перспективни материали. - 2003. №4., Стр. 79-81.

9. Ултразвуково пресоване на керамични ултрафинни прахове / хазанов O.L. Новини за университетите. Физика. - 2000. №5., Стр. 121-127.

10. Изработване на насипни наноструктурирани материали от метални наноповери: структура и механично поведение / шампион Y., Guerin-mailly S., Bonnentien J.-L. Scripta Masteria. - 2001. V.44. N8 / 9., стр. 1609-1613.

11. FYSIKO-HIMICHNA KINICTICIC В НАТОНОСТРАНДАЛНИ СИСТЕМИ / SKOROSHOSH - V., UVAROVA I.V., RAGULA A.V. - KIIВ: Academperodiyika, 2001. - 180 p.

12. Нанозструктурни материали, получени чрез интензивна пластична деформация / Валиев R.Z., Александров i.v. - м.: Логос, 2000. - 272 стр.

13. Глесър А.М. Разшиване на нанокристали // Наноструктуриране на материали: Наука и технологии / EDS G.-M. , Нослова Н.И. - Дордрехт: Kluwer академични издатели, 1998. - стр. 163-182.

14. Nanocrystalline алуминиеви сплави с висока якост от 1420 MPa, произведени от консолидацията на аморбозни прахове / Kawamura Y., Mano H., Inoue A. Scripta Measteria. - 2001. V.44. N8 / 9., стр. 1599-1604.

15. Синтез и свойства на филмите на реализацията на фазите / Andrievsky R.A. Успехи на химията. - 1977. T.66. №1., Стр. 57-77.

16. Microststrukution Развитие на AL2O3 - 13WT% TIO2 плазмени спрей покрития, получени от нанокристални прахове / Goberman D., sohn y.h., et fa. Acta Masteria. - 2002. V. 50., стр. 1141-1151.

17. Метални наночастици в полимери / помагат на A.D., Rosenberg A.S., UFLYND I.E. - m.: Химия, 2000. - 672 стр.

18. ДНК нантехнология / SEANDAN N. Материали днес. - 2003. N1., Стр. 24-29.

19. Йон-писта Нанотехнология / Рътов v.f., Дмитриев S.N. Руското химическо списание. - 2002. Т.46. №5., Стр. 74-80.

20. ново семейство на спорово молекулярни сита, приготвени с течни кристални шаблони / Beck J.S. et al. Вестник на американското химическо общество. - 1992. V.114. N27., Стр. 1609-1613.

21. Триизмерни самостоятелни наноструктури въз основа на безплатни напрегнати хетероплоки / принц В.я. Новини за университетите. Физика. - 2003. T.46. №4., Стр. 35-43.

22. Нанотехнологии в близкото десетилетие: Прогноза за изследвания / ЕД. Rocco M.K., Williams R.s., Alivizator P. / per. от английски Ед. Андриевски Р.А. - m.: Mir, 2002. - 292 стр.

23. Ново защитни покрития/ Lisovski v.g. Pomazkin в. - http://www.coldzinc.ru/topic/3.shtml.

24. Химия и прилагане на въглеродни нанотръби / Раков, напр. Успехи на химията. - 2001. T.70. №10., Стр. 934-973.

25. Бюлетин за съхранение на водород / материали. - 2002. V.27. N9., Стр. 675-716.

26. Нанохимия - Директен път към високи технологии / Buchachenko A.L. Успехи на химията. - 2003. T.72. №5., Стр. 419-437.

27. Въглеродни нанотръби и техните емисионни свойства / Йелец A.V. Успехи на физическите науки. - 2002. Т.172. №4., Стр. 401-438.

28. Изграждане на храмове. От историята на Христос на Христос Спасителят. - http: //www.morion.bizart.php? roids \u003d 8 & ids \u003d 1

29. Молекулярна електроника на прага на новото хилядолетие / Minskin v.i. Руското химическо списание. - 2000. T.44. №6., Стр. 3-13.

30. Път към бъдещето / Бил Гейтс -

http://lib.web-malina.com/getbook.php?bid\u003d1477.

31. Използване на високопоставени нанофибридни материали в медицината / Mikhalovsky s.v. - Дордрехт: Академични издатели на Kluwer, 2004. - стр. 330.

32. От нанотехнологията - до иновационната индустрия / Mazurenko S. Technopolis XXI. - 2005. №5 (http://www.technopolis21.ru/76)

33. Невидими предни бойци /

Нанотехнология за всички / риболов М. - М., 2005. - 434 стр.

Въведение в нанотехнологията / Кобияши Н. - Транс. От японски - m.: Binin. Лаборатория по знания, 2007. - 134п.: IL.

Ултразвуково пресоване на керамични ултрафинови прахове / хазанов O.L. Новини за университетите. Физика. - 2000. №5., Стр. 121-127.

Изработка на насипни наноструктурирани материали от метални наноповери: структура и механично поведение / шампион Y., Guerin-Mailly S., Bonnentien J.-L. Scripta Masteria. - 2001. V.44. N8 / 9., стр. 1609-1613.

FYSIKO-HIMINACNA KINICTICIS В НАТОНОСТРАНДАЛНИ СИСТЕМИ / SKOROKHOD V.V., UVAROVA I.V., RAGULA A.V. - KIIВ: Academperodiyika, 2001. - 180 p.

Наноструктурирани материали, получени чрез интензивна пластмасова деформация / Валиев R.Z., Александров i.v. - м.: Логос, 2000. - 272 стр.

Глесър А.М. Разшиване на нанокристали // Наноструктуриране на материали: Наука и технологии / EDS G.-M. , Нослова Н.И. - Дордрехт: Kluwer академични издатели, 1998. - стр. 163-182.

Нанокристални алуминиеви сплави с висока якост от 1420 MPa, произведени от консолидацията на аморбулни прахове / Kawamura Y., Mano H., Inoue A. Scripta Meateriania. - 2001. V.44. N8 / 9., стр. 1599-1604.

Синтез и свойства на филмите на фазовото внедряване / Andrievsky R.A. Успехи на химията. - 1977. T.66. №1., Стр. 57-77.

Развитие на Microstrukture на Al2O3 - 13WT% TIO2 плазмени спрей покрития, получени от нанокристални прахове / Goberman D., Sohn Y.H., et fa. Acta Masteria. - 2002. V. 50., стр. 1141-1151.

Метални наночастици в полимери / подпомагане на A.D., Rosenberg A.S., Uflyand I.e. - m.: Химия, 2000. - 672 стр.

ДНК нанотехнологии / Singan N. Материали днес. - 2003. N1., Стр. 24-29.

Йон-писта Нанотехнология / Рътов v.f., Дмитриев S.N. Руското химическо списание. - 2002. Т.46. №5., Стр. 74-80.

Ново семейство от мезопорести молекулярни сита, приготвени с течни кристални шаблони / Beck J.S. et al. Вестник на американското химическо общество. - 1992. V.114. N27., Стр. 1609-1613.

Триизмерно саморазположение Наноструктури въз основа на безплатни напрегнати хетероплоки / принц В.я. Новини за университетите. Физика. - 2003. T.46. №4., Стр. 35-43.

Нанотехнология в близкото десетилетие: Прогноза за изследвания / Ед. Rocco M.K., Williams R.s., Alivizator P. / per. от английски Ед. Андриевски Р.А. - m.: Mir, 2002. - 292 стр.

Нови защитни покрития / Lisovskiy v.g. Pomazkin в. - http://www.coldzinc.ru/topic/3.shtml.

От нанотехнологията - до иновативната индустрия / Mazurenko S. Technopolis XXI. - 2005. №5 (http://www.technopolis21.ru/76)

Невидими предни бойци /

http://www.businesspress.ru/newsperer/article_mid_37_Aid_130917.html.

Изпратете добрата си работа в базата знания е проста. Използвайте формата по-долу

Студентите, завършилите студенти, млади учени, които използват базата на знанието в обучението и работата ви, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано от http://www.allbest.ru/

Наноматериали

Ако с намаляване на обема на всяко вещество върху една, две или три координати с размера на скала на нанометър, се случва ново качество, или това качество възниква в съставите от такива обекти, тогава тези образование трябва да се припишат на наноматериалите и технологията на получаването им и по-нататъшно работа с тях _ към нанотехнологията. Преобладаващото мнозинство от новите физически явления в наномащад произтича от вълната на частиците (електрони и т.н.), чиято поведение е предмет на законите на квантовата механика. Най-лесният начин да се изясни при примера на полупроводници. Когато според една или повече координати, размерът на поръчката и по-малко от дължината на вълната на метлите на превозвачите на заряда _ Полупроводнствената структура става резонатор, а спектърът на зарядните носители _ е дискретен. Същото с рентгенови огледала. Дебелините на слоевете, способни да отразяват рентгеновата фаза, са в диапазона на нанометъра. В други случаи появата на нова качество може да бъде свързана с по-малко визуални явления. Изглежда, че този подход ви позволява да направите доста пълна представа за наноматериалите и възможните области на употреба.

Полупроводникова наностраща

Използването на методите на "зона на зони" и "инженеринг на вълни" могат да бъдат конструирани квантови структури с даден електронен спектър и необходимите оптични, електрически и други свойства. Следователно те са много удобни за приложения за инструменти. Наноматериали Полупроводникови молекулни магнитни

Квантови ями. Този термин се отнася до системи, в които има количествено определяне на движението на превозвачите на зареждане в една посока. Първоначално основните проучвания на квантови ями бяха извършени върху инверсионните канали на силиций MOS транзистори, по-късно и досега свойствата на квантовите ями в хетероструктурите са широко изследвани. Основните физически явления в квантовите кладенци: размерът на електронния спектър, квантовият ефект на залата (цяло число и частично), със специален подготовката на електронната мобилност. Основни методи за получаване на квантови ями на хетероструктури: металометална газова епитаксия и епитаксия на молекулярна лъч.

Приложения на инструмента: високочестотни полеви транзистори с висока електронна мобилност, полупроводникови хетеролаузи и светодиоди от близкото сини светлини до сини светлини, лазери за дълги разстояния лазери, параметрични източници на IR, фотодетери на средно IR гама, фотодецектори От обхвата на далечни разстояния, дълги разстояния Quantive Quantum Effect, модулатори в близост до IR гама.

Quantum тел Това са системи, в които движението на превозвачите на зареждане се квалифицира в две посоки. Първите квантови проводници бяха извършени на базата на Quantum Yam чрез създаване на потенциално облекчение с две щори, разположени над квантовата част. Основни физически явления в квантови проводници: количествена проводимост, силно корелиран електронен транспорт. Основните методи за получаване на квантов тел са същите като квантовите ями, плюс използването на прецизни офорти или специални щори. Все още няма приложения за инструменти.

Квантови точки _ Nanobjects, при които движението на превозвачите на зареждането са квалифицирани в трите посоки. Имат дискретен енергиен спектър (изкуствен атом). Основните физически явления в квантовите точки: едноелектронни и едноконтски феномени. Методи за получаване на същото като за квантовите ями, обаче, няколко други режима, ако е спонтанно увеличение на квантовите точки съгласно механизма на Кръстанов. Или използването на прецизна литография за създаване на квантови точки от квантови ями.

Приложения на инструмента: лазери и светодиоди в близкия IR гама, фотодетери за средно IR гама, едноконтски приемници, еднокрон генератори, еднолектрически транзистори.

Структури с тунелни прозрачни бариери (Системи за квантови ями и суперлюбиви). Основните физически явления в такива системи: резонансно тунелиране; формирането на малък спектър в суперлъктикти _ периодични системи, съдържащи много квантови отвори, разделени чрез тунелни прозрачни бариери; Нелинейни електрически и оптични явления в превъзходни бити. Методите за отглеждане на тези структури са същите като за квантовите ями.

Приложения за инструменти: резонанс-тунелни диоди (генератори и миксери в Gigarets и Terahertz ленти); Мощни генератори и миксери върху превъзходни варианти: каскадни лазери със средни и далечни диапазони.

Фотонови кристали _ Системи, в които има звена спектър за фотони. Основни физически явления: без честотна лента (пълно размишление) на светлината в специфичен честотен диапазон, резонансни видеоклипове. Има няколко метода за извършване на фотонови кристали, но те все още са несъвършени.

Възможни приложения за измерване: ефективни лазери с ниски прагове, системи за управление на осветлението.

Магнитна нанострактура

Развитието на методите за пръскане на филми и нанолитографията доведе до активното изследване на магнитните наноструктури през последното десетилетие. Стимулът на тази дейност е идеята за създаване на нови магнитни наноматериали за въвеждане на супер плътност и съхранение на информация. Предполага се, че всяка частица носи една информация. Ако разстоянието между частиците е 100 nm, тогава очакваната плътност на запис е 10 gb / cm2. Основните ограничения на плътността на рекордите с този подход са магнитостатичното взаимодействие на частиците и значителни топлинни колебания. Последните имат значителна специфичност за малките феромагнитни частици, които се проявяват в експоненциален растеж на вероятността за разпадане на магнитното състояние с намаление на размера на частиците (суперпарадиагненство).

Постигането на наноматериалите в проучването на наноматериалите трябва да бъде признато като отваряне на ефекта на гигантски магнитосъобразен. Същността на ефекта се състои в промяна на съпротивлението (около няколко десетки процента) на многослойна структура на ултра тънките феромагнитни и диамгентни слоеве (например, \\ t ТАКА/Cu.) При смяна на феромагнитното подреждане в структурата върху антифромагнит. Може да се каже, че такива многопластови структури са нов тип структура на домейна на Ferromagnet, в която феромагнитни филми играят ролята на домейна, а стените на домейна са диагнетни филми. Този ефект намира приложението си при създаването на нови магнитни сензори, както и при разработване на среда за запис на информация за супер плътност.

По-нататъшният напредък в областта на малките размери доведе до откриването на новото явление _ тунелиране на магнитния момент в ултра-ниските феромагнитни частици. Тази група наноматериали включва изкуствени кристали, съдържащи магнитни клъстери М.н. 12 I. Fe. 3. Магнитният момент на такива клъстери е 10 боренни магнети, т.е. Заема междинно положение между магнитния въртящ момент на атомите и макроскопските частици. Обменното взаимодействие между клъстерите в кристала отсъства, а магнитната анизотропи е много висока. По този начин се появява възможността за квантови преходи между магнитните равновесни състояния в клъстерите. Изследването на тези процеси е интересно и важно по отношение на разработването на елементна база на квантови компютри.

Двуизмерни многослойни структури от дебелината на нанометъра

В този случай се разглеждат такива комбинации от материали, които гарантират най-силното отражение на електромагнитните вълни. Дължината на вълната на радиация, ефективно взаимодействаща с многослойната структура и нейният период е свързан с връзката, където _ е ъгъл на плъзгане на инцидентен лъч. Диапазонът на дължината на вълната, при който използването на тези устройства е ефективно, се простира от екстремното ултравиолетово лъчение (пМ) до твърд рентгенов (пМ), т.е. Обхватът, в който най-дългите вълни са 6000 пъти най-кратки. За видима светлина това съотношение е ~ 2. Съответно, броят на феноменът на природата, физическите прояви на които са в тази спектрална област.

Структурите са изкуствени едноизмерни кристали от дебелината на нанометъра и освен способността да ги използват за контрол на радиацията, в зависимост от материалите на слоевете (диелектрик, полупроводникови, метал, свръхпроводител), те също могат да бъдат интересни за други физически приложения. Така че, ако един от материалите на многослойните наноструктури служи като свръхпроводник, тогава това е система от множествено последователно включени напълно идентични Josephson преход. Ако металът се заместник с полупроводника _ е система за последователно включена на Шотки диоди.

В най-краткия диапазон от 0.01-0.02 nm, рентгеновите огледала ви позволяват да фокусирате излъчването на синхротрони или рентгенови тръби върху обектите в изследването или да образувате паралелни лъчи. По-специално, тяхното използване увеличава ефективността на рентгеновите тръби 30-100 пъти, което позволява да се замени синхротронната радиация в редица биологични, структурни и материални научни изследвания. Приблизително в същия диапазон е излъчването на високотемпературен плазмен (лазер и токамаков). Тук огледалата са намерили прилагани като дисперсионни елементи за спектрални изследвания.

В диапазона от 0,6-6 nm има характерна емисия на леки елементи от бор до фосфор. Тук рентгеновите огледала се използват и за изследване на спектрите в инструментите на елементарния анализ на материалите.

Рентгеновите многослойни оптики са широко използвани за образуване на филтриране и контрол на поляризацията в синхротронните източници. В района на 10-60 nm линии на лъжете на радиацията на слънчевата плазма. Обективите на космическите телескопи от рентгеновите огледала сега са в орбита и редовно предават изображение на слънцето на земята на линиите на Fe IX_FE XI (17.5 nm), а не II (30.4 nm).

Специално място е заета от използването на многослойни огледала в технологиите за микроелектроника. Ние сме свидетели и участници в най-голямото събитие в твърда електроника: този преход към дължината на вълната е повече от 10 пъти по-кратък (от 157 nm до 13 пМ) в литография _ процес, който осигурява приготвянето на модела на полупроводникови устройства и интегрирани схеми. Това е дължината на радиационната вълна, използвана за получаване на картина, е отговорна за размера на минималните си елементи. Досега промяната в дължината на радиационната вълна от поколение към генерирането на литографски инсталации не надвишава 25%. В същото време изискванията за точността на производството на цялата оптика и механизми за експозиция и експозиция се увеличават 10 пъти. Всъщност това означава преходът на всички технологии за обработка на атомната точност. Не-участието в този процес може да напусне страната в минало цивилизацията.

Молекулни наноструктури

Наскоро органичните материали се занимават интензивно в нанотехнологиите и като интегрални участници в технологичния процес на процеса (например в нанолитография) и като независими обекти и устройства _ в така наречената молекулярна електроника.

Разнообразието от органични светове е добре известно (около 2 милиона синтезирани съединения и тази сума непрекъснато нараства) _ от "полукодни" комплекси (въглеродни клъстери, органометални) към биологични предмети (ДНК, подгъва). От гледна точка на материалите за нанотехнология и молекулярна електроника, тя обикновено се отличава с три основни класа: полимери, молекулярни ансамбли (молекулярни ансамбли (молекулярни възели, самостоятелни системи) и единични молекули: последните също се наричат \u200b\u200b"интелигентни" или "функционални" молекули (Интелигентни молекули).

Първи клас Учи се за най-интензивно, вероятно най-интензивно. В допълнение, диелектричните, оптичните и флуоресцентните свойства на различни поли и олигомери вече са широко използвани в техниката и електрониката, те са най-близо до пазара и икономическия ефект.

Втори клас _ Молекулярните ансамбли на нанометрови размери - се изучават сравнително наскоро. Те включват, например, агрегати на базата на порфирини (включително хлорофил) и други амфифилни молекули, получени от разтвори. Supramolecular (т.е. OZM молекуларна, йерархична) организация е сложна и интересна, нейното изследване и връзка с (фото-) електрически свойства навежда светлина върху биологични и естествени процеси (клетъчен транспорт, фотосинтеза). Открит чувствителност и най-важното, уникалната селективност на такива системи към външни влияния (светлина, атмосфера, вибрация), която им позволява да се използват в различни сензори, включително смесена електронна проводимост. Изучават се наноскорните пръти и проводници (молекулни пръти и проводници), включително като интерфейс между неорганични материали (например два метални електрода). Предполага се, че навреме ще има интеграция с класическо табло.

Като цяло, системите, изградени предимно върху ван дер ваали или водородните облигации, са много обещаващи от гледна точка на обекта на твърдото тяло с две нива на свобода: интрамолекуларна структура, която може да бъде променена (променена по време на синтеза) и която е отговорна например за абсорбция или излъчване на светлина; Междуинколекулната структура, която може да бъде променена с растежа на кристала (филми, епитаксиален слой) и който е отговорен за фазовите явления, транспортни носители, магнитни свойства. Като пример: мед фталоцианин и перифер-флуориран мед фталоцианин са структурно изоморфни, но са съответно полупроводници - и -Type. Напълно организираните преходни преходи, базирани на вакуумно утаяващи слоеве, се изследват интензивно в момента. В същото време допинг фталоцианинови филми със силен акцептор (например йод) променя фазовата структура, докато се получи квази-едноизмерна метална проводимост.

Важна група представлява и самоорганизиращи монослои (самостоятелно сглобени монослои, сам ", базирани на органични молекули или вериги от различни сгради, които са изследвани както обещаващи преносни материали по време на литографията и да изучават електрическата пътешествие по веригата за конюгиране на молекулата. Тук започва третият клас.

Третият клас или метод за прилагане на органични материали в нанотехнологиите е най-младият. Това е, което в западните състезания се наричат \u200b\u200bвъзникващи или футуристични технологии (внезапно възникващи или футуристични технологии). Ако течни кристални дисплеи, CD-R технологии, фото преобразуватели, сензори и други устройства на органични материали са добре известни и постепенно (макар и бавно _ поради разбираемо спиране от вече широко инвестирания и популяризиран "силиконов" и базиран на GAAS приоритет) На пазара, тогава отсъстват едномолекулни устройства (устройства) в реално производство. Освен това, ако макроскопичните свойства на класическите органични твърди вещества (молекулни кристали) имат задоволително теоретично описание, тогава очакваните процеси в едномолекулни устройства са много по-малко различни. Най-опростен подход: Ние приемаме някаква молекула, която е добре организирана квантова система, ние правим електроди и стигаме до него, например, диод. Тук веднага възниква много нови въпроси. По-специално, границата на метала / молекулярната полупроводник дори на макровото ниво е много несигурна.

Въпреки това в този клас се очакват истинските "наноразмерни" ефекти. Изградени са молекулярни наномарсис и нано-томарис и нано-тори (ротори), динамични молекулни превключватели, енергийни превозвачи, устройства за разпознаване, съхранение на информация. За да се изследва инжекцията на носители и тунелен ток в отделни молекули, се подобряват методите на проба микроскопия.

Въпреки това, не забравяйте, че сред основните предимства (ако не и най-важните) организации са евтини и достъпност. Усъвършенстваният синтез на нови съединения ги прави едва повече от неорганични вещества с висока чистота, поради което най-големите практически перспективи имат проучване и модификация (оптимизация) на широко разпространени и изследвани (повече или по-малко) съединения с висока стабилност и способност за интегриране ( по избор) в развитите технологични процеси. От най-известните _ това са фталоцианините, пълнолетоните, полиофините и поляриите.

Фулерейн-подобни материали

Графит, диамант и не всички признати карбина за дълго време се считат за основните алоромни състояния на въглерод. Те са използвани в много индустрии и техники, включително в микро и оптоелектроника. Над 10 години преди края на 20-ти век те са открити първо в космоса, а след това в лабораторията са получени нови молекулярни въглеродни форми _ Fullerenes и по-пълноценно отделни отделни вещества и материали. В края на миналия век всяка година бяха публикувани до 1000 или повече публикации до 1000 или повече публикации. Установено е, че самоорганизацията на фулененените структури се среща навсякъде: в пространството, в естествени процеси на земята, в промишлени процеси (черни металургия), в лаборатории. Свойствата и структурата на тези материали са толкова разнообразни и интересни, че фулерен материали започват да се използват широко в индустрията: от микро и наноелектрониката до ефективни лекарства.

Получените полеси и проучени в момента включват следното:

? Fullerenes. Те образуват молекулни кристални твърди вещества, често поради големия размер и висока симетрия на техните молекули _ пластмасови кристали без точка на топене. Те се образуват от молекули, които имат форма на сфери или елипси, въпреки че са възможни други комбинации (полусфери с въглеродни цилиндри). Възможни са многослойни сфери или елипси ("оолитни" или "булбозни" структури). Размерът на молекулите на основния представител на Fullerenes е 1 пМ, а в разтвора на молекулата притежават свойствата на брауновата частица;

Въглеродни нанотръби. Те се формират от валцувани в различни посоки на графитни самолети и са затворени в краищата на мрежестите халаси. Такива "графитни" нанотръби могат да бъдат еднослойни и многопластови. Последният може да бъде преведен чрез окисление и ецване в еднослоен. Въглеродните нанотръби могат да имат разклоняване и завои. В този случай те губят оригиналната структура "графит" и не се наричат \u200b\u200b"графит". Еднослойни нанотръби имат размери от 1 до 10 пМ в диаметър и дължина 100-1000 nm и повече и многопластови диаметри и дължина 10-100 пъти по-голяма. Твърдите тела могат да бъдат оформени от нанотръби или колинеарни (но по-къси) образувания;

Напълнени Fullerenes (ендо деривати). Молекулите на инертни или други газове могат да се пълнят, малки органични и неорганични молекули, атоми на метали (алкални, алкални пръст, лантаниди и др.). Въпреки трудностите при получаването и малкия добив на такива производни, присъщи на тях, имотите са принудени да изследват техния синтез и възможни приложения. Тези деривативи повечето от тях имат изключително ниски потенциали за йонизация в сравнение с металите и, очевидно, имат метални свойства;

Напълнени въглеродни нанотръби. В допълнение към торелите с по-малък диаметър, изброени по-горе, могат да се използват Fullerenes;

Неорганични нанотръби (и т.н.).

Патентната литература и използването на Fullerene-подобни материали са изключително разнообразни. Материали, подобни на Fullerene, имат редица прекрасни характеристики, включително химическа устойчивост, висока якост, твърдост, вискозитет, топлопроводимост и (което е може би най-важната) електрическа проводимост. В зависимост от фините особености на молекулярната симетрия на Fullerenes и нанотръби, може да има диелектрици, полупроводници, притежават метална проводимост и свръхпроводимост с висока температура. Тези свойства в комбинация с геометрията на Nanoscale ги правят почти перфектни _ може би дори уникални материали за производство на електрически проводници, свръхпроводящи връзки или цели устройства, които могат да се наричат \u200b\u200bпродукти на молекулярна електроника с пълна база. Химичното сглобяване на елементи от различни схеми е подкрепено от свойствата на Fullerene, които могат да образуват йони от +6 до _6 и в различни матрици _ комуникация с донори, акцептори, свободни радикали и йони. Fullerenes също могат да се използват при създаването на молекулярни оптоелектроника инструменти за Femtosecond Fiber-Optic Information. Полимеризацията на Fullerenes с електронна политика или йонизираща експозиция дава възможност да се получи ново поколение.

Въглеродните нанотръби се използват като сканираща сонда за сканиране на сонда и на дисплея с полеви емисии, при висококачествени композитни материали, електронни устройства със схеми от къси нанотръби, подложени на манипулация и монтаж. Молекулярната природа на Fullerene Material ви позволява да развиете стратегия за химическо сглобяване на тези елементи в подходяща структура, материали и евентуално молекулни електронни устройства.

Строителство наноматериалите

Използването на съвременни структурни материали обикновено е ограничено до факта, че увеличаването на якостта води до намаляване на пластичността. Данните за нанокомпозитите показват, че намаляването на структурните елементи и по-дълбокото изследване на физиката на деформационните процеси, които определят пластичността на нанострационерите материали, могат да доведат до създаването на нови видове материали, които съчетават висока якост и пластичност.

Анализът на вътрешните и чуждестранните проучвания, провеждани през последните години, показва високото обещание за следните основни направления в развитието на структурни материали: производството на нанострационерирани керамични и композитни продукти на точната форма, създаването на наноструктурирани твърди сплави за производството на рязане Инструменти с повишена устойчивост на износване и устойчивост на удар, създаване на наноскуктурирани защитни термо- и корозионно устойчиви покрития, създаването на повишена якост и ниска запалимост на полимерни композити с пълнители от наночастици и нанотръби.

В лабораторни проучвания бяха получени проби от продукти от керамика нанофазната керамика (плътност на ниво 0.98-0.99 от теоретична стойност) на базата на алуминиеви оксиди и редица преходни метали. Експериментално потвърждава, че плътната наноструктурирана керамика има повишена пластичност при относително ниски температури. Увеличаването на пластичността с намаление на размера на частиците се причинява от движението на смяна на нанокристални зърна спрямо помежду си, когато товарът се прилага. В този случай липсата на разстройство на връзката между вътрешните работи се обяснява с ефективния дифузионен трансфер на атомите в близкия слой частици. В бъдеще повишената пластичност означава възможността за суперпластично формоване на керамични и композитни продукти, което елиминира необходимостта от трудова и енергоемка обработка на високо твърдост.

През последните години са разработени нанокомпозитни метални керамични материали, по-специално въз основа на и, значително по-добри от носят съпротивление, силата и аналозите на вискозитета на вискозитета с конвенционална микроструктура. Увеличените оперативни характеристики на нанокомпозитните материали се дължат на образуването на специфични непрекъснати нимаментални структури в синтероването, образувайки се в резултат на триизмерни контакти между наночастици с различни фази. Развитието и въвеждането в индустриалното производство на технологии за създаване на нанокомпозитни продукти ще спомогнат за решаването на проблема с производството на висококачествени режещи инструменти.

Увеличаването на устойчивостта на корозия на наноструктурираните покрития се дължи главно на намаление на специфичната концентрация на примеси върху повърхността на зърната, тъй като техният размер намалява. По-чиста повърхност осигурява по-хомогенна морфология и по-висока устойчивост на корозия на междугралните граници. Наноструктурираните покрития се характеризират с ултра-висока якост. Един от основните механизми за втвърдяване се дължи на ефекта от натрупването на дислокации в близост до препятствия, които са намалени от зърноразмеренията на техните граници. Важно предимство на покритията с наномащабна структура е причинено от висока пластичност, възможността за остатъчни напрежения в тях, което позволява производството на покритията с дебелина на милиметъра.

Използването на неорганични пълнители от наноразмерни прахове, разпръснати в полимерна матрица, дава възможност значително да се увеличи пожароустойчивостта на пластмасите, която е една от основните недостатъци, когато ги използва като структурни материали, тъй като продуктите на полимерните горивни продукти обикновено са отровни. Резултатите от изследванията показват, че спадът в запалимостта може да бъде доведен до саморежар на пламъка. В този случай пълнителите на наномащад прах не намаляват механичната якост и преработваемостта на материалите. Полимерните нанокомпозити имат висока аблателна съпротива, която отваря перспективите за тяхното използване за защита на повърхността на продуктите, управлявани при условия на излагане на високи температури.

Публикувано на AllBest.ru.

...

Подобни документи

Методи за получаване на наноматериали. Синтез на наночастици в аморфни и подредени матрици. Получаване на наночастици в нулевимерни и едномерни нанореактори. Зеолити от структурни тип. Мезопорести алуминиеви, молекулярни сита. Наслоени двойни хидроксиди.

курсова работа, добавена 01.12.2014

Концепцията за токсичност и наномунологии. Предимства и недостатъци на използване на наноматериали. Лабораторни проучвания за токсичност на наноматериалите. Проучвания върху токсичността на наноматериалите върху живите организми. Използването на наноматериали в медицината.

резюме, добави 30.08.2011

Използването на газови сензори в автоматични пожароизвестителни системи. Основните етапи на наночастиците и наноматериалите. Механични свойства на наноматериалите. Мицели и полимерни гелове. Сол-гел Синтезният метод на тънки филми с метални соли.

курсова работа, добавена 12/21/2016

Класификация на цветни метали, характеристики на прилагането и обработката. Ефективни методи Цветна метална защита срещу атмосферна корозия. Алуминиеви и алуминиеви сплави. Метални проводници и полупроводникови материали, магнитни материали.

курсова работа, добавена 02/09/2011

Появата и развитието на нанотехнологиите. Общите характеристики на технологията на консолидираните материали (прах, пластична деформация, кристализация от аморфно състояние), технология на полимерни, порьозни, тръбни и биологични наноматериали.

резюме, добавено 04/19/2010

Класификация на цветни метали, характеристики на тяхната обработка и обхват. Производство на алуминий и неговите свойства. Класификация на електрически материали. Енергийната разлика между метални проводници от полупроводници и диелектрици.

курсова работа, добавена 05.12.2010

Класификация и основни свойства на топлоизолационни материали и продукти. Характеристики на техните индивидуални видове, създадени въз основа на синтетични суровини. Устойчивост на пренос на топлина на външни стени на сгради. Методи за получаване на високофазирана структура на материалите.

резюме, добавен 01.05.2017

Преглед на модерното оборудване за тънки филми. Материали и дизайни на магнетрони за гнездене на тънки филми. Цел, дизайнерски елементи на операционната камера "Oratoria-5". Големи недостатъци, методи за отстраняване.

курсова работа, добавена 24.03.2013

Влияние на състоянията на валежите върху структурата, електрическите и магнитните свойства на кобалтовите филми. Рентгенови дифракционни проучвания на кобалтови филми. Влиянието на състоянието на валежите върху повърхностната морфология и дебелината на филмите. Разходи за амортизация на оборудването.

теза, добавена 24.07.2014

Твърди сплави и супердхард композитни материали: инструментален, структурен, топлоустойчив; техните свойства и приложение. Подобряване на технологията на сплавите, съвременните разработки на получаването на ароматизирани минерални инципламични съединения.

Популярен

Системни изисквания на общата война: Warhammer II Общо varchammer 2 изисквания

« Студио творческо събрание обяви системните изисквания на общата война стратегия: Warhammer II, и също така изясни каква производителност ще осигури нещо или ... »

Какво ново ще бъде актуализирано 9

« Нов пластир за света на резервоарите беше освободен на превъзходното на номер 0.9.19.1. И можете да се запознаете с пистата, за да актуализирате. Промени във версия 9.19.1 ◾ ... »

Преглед на светите картофи! Ние сме в космоса?! Най-добър зеленчук - котлет. Където започнаха всички

« Но това не е първата игра, която извира на ум, при играта. Да, това е друга изометрична междинна стратегия - Управление игра от дневна светлина ... »