Klasifikacija metoda za dobivanje nanočestica i nanomaterijala. Metode za dobivanje nanomaterijala Fizičke i hemijske metode dobivanja nanosistema

Struktura i, u skladu s tim, imanja nanomaterijala formiraju se u fazi njihove proizvodnje. Vrijednost tehnologije je sasvim očigledna za osiguravanje stabilnih i optimalnih karakteristika performansi nanomaterijala; Ovo je takođe važno u smislu njihove ekonomije.

Za tehnologiju nanomaterijala u skladu s raznolikošću potonjeg karakterizira se kombinacija, s jedne strane, metalurške, fizičke, hemijske i biološke metode, te s druge strane, tradicionalne i u osnovi nove tehnike. Dakle, ako su ogromna većina metoda za dobivanje konsolidovanih nanomaterijala prilično tradicionalna, a zatim operacije poput proizvodnje, na primjer, "kvantne olovke" pomoću tunela za skeniranje mikroskopa, formiranje kvantnih točaka atoma atoma ili upotrebe ion- Track Technology za stvaranje poroznih struktura u polimernim materijalima na temelju osnovnih različitih tehnoloških metoda.

Metode molekularne biotehnologije su vrlo raznolike. Sve to u suprotnosti sa osnovama Nanomaterijalne tehnologije, s obzirom na to da mnogi tehnološki detalji ("znanje") autori opisuju samo općenito, a često je poruka reklama. Zatim analizirali samo glavne i najkarakterističnije tehnike.

Konsolidovana materijalna tehnologija

Tehnologije u prahu

Pod prahom razumiju kombinaciju malih čvrstih tvari (ili njihovih agregata) malih veličina u kontaktu - od nekoliko nanometara do hiljadu mikrona [praškasti materijali / Andrievsky R.a. - M.: Metalurgija, 1991. - 205 str.]. S obzirom na proizvodnju nanomaterijala, ultrafinski puderi koriste se kao sirovina, tj. Čestice nisu više od 100 čestica, kao i veći puderi dobiveni pod intenzivnim uvjetima brušenja i sastoje se od malih kristalitija s veličinom sličnom gore navedenim gore navedenim.

Naknadne operacije tehnologije praha - prešanje, sinteriranje, vruće prešanje itd. - dizajnirani su tako da pružaju uzorak (proizvod) određenih oblika i veličina odgovarajuće strukture i svojstava. Kombinacija ovih operacija često se naziva, na prijedlog M.YU. Balshchin, konsolidacija. U odnosu na nanomaterijali, konsolidacija bi trebala osigurati, s jedne strane, gotovo potpune brtve (tj. Odsustvo u strukturi makroponskih i mikroporova), a s druge strane, održavati nanostruru povezanu s početnim veličinama ultrafinskog praha ( tj. Sinterani materijali za sinterove zrna trebali bi biti što manje i u svakom slučaju manji od 100 nm).

Metode za dobivanje pudera za proizvodnju nanomaterijala vrlo su raznolike; Oni se mogu podijeliti u hemijsku i fizičku, osnovnu, od kojih ukazuje na najkarakterističnije ultrafine pudere, prikazane su u tablici 1.

Tabela 1. Osnovne metode za proizvodnju pudera za proizvodnju nanomaterijala

Razmotrite neke od metoda za proizvodnju ultrafinskih pudera.

Metoda kondenzacije . Ova metoda je poznata već duže vrijeme i u teorijskom planu proučava se u najvećoj mjeri. Postoje homogena i heterogena generacija embriona (klasteri).

U prvom slučaju, klica se događaju fluktuarno i mijenjaju sustava sustava (povećavajući ili smanjujući parni pritisak, varirajući temperaturu procesa), možete podesiti polumjer kritičkog embrija i za postizanje željene veličine čestica rezultirajućeg pudera. Provođenje isparavanja u neutralnim medijama i uvođenje strane površine u prostor isparavanja, moguće je izazvati heterogene formiranje embriona za koje je visina potencijalne barijere formiranja kritičkog embrija mnogo niža u odnosu na rasujuću homogenu kondenzaciju. Dakle, postoji najmanje dva potrebna i dovoljna uslova za dobivanje ultrafinskih pudera sa metodama kondenzacije - veliko usisno i prisustvo u kondenziranom par molekula za neutralne plinske molekule.

Laboratorijska instalacija za proizvodnju metalnih ultra birolaca razvijena je na Institutu za hemijsku fiziku SSSR akademije nauka u 1960-ima. [Levitaciona metoda za dobijanje ultrafinskih pudera metala / gena m.ya., Miller A.V. Površina. Fizika, hemija, mehanika. - 1983. №2, str. 150-154.]. Pad rastopljenih metala, visi u indukcijskom polju, razgranit je potokom visoko čistoće argona, koji je kondenzirao kondenzovane nanočegrade u posebnu kolekciju praha, čiji se istovar izvrši u kontroliranoj atmosferi preminiranja. Naknadno skladištenje pudera i odgovarajuće tehnološke operacije vrše se i u Argonu.

Metoda kondenzacije korištena je u ugradnji Blattera (slika 1) u kojoj je priprema ultra biranskog praha u atmosferi rijetkog inertnog plina usklađen sa vakuumnim pritiskom. Konsenzibilan na površini hlađenog rotirajućeg cilindra nanočestica uklanja se posebnim strugačem i sastavljeni su u obrascu za štampu. 2 prethodno prešanje (pritisak do 1 GPA), a zatim u posebnom obrascu za štampu 1 Sabijanje se vrši na višim (do 3 - 5 GPA) pritisaka. Performanse ugradnje gllata je mala, ograničena je uglavnom niskim stopama isparavanja.

Slika 1. Shema instalacije glavljača: 1 - kompaktni čvor pri visokom pritisku; 2 - prethodno prešanje čvora; 3 - isparivač; 4 - rotirajuće kolektor ohlađen tečnim azotom; 5 - strugač

Metode kondenzacije, u principu pružaju izradu ultra bile ultračine veličine čestica na nekoliko nanometara, ali trajanje procesa dobivanja takvih objekata (i, u skladu s tim, troškove) je prilično velik. Na zahtjev potrošača, tanki polimerni filmovi koji sprečavaju ekspoziciju aglomeracije i korozije mogu se primijeniti na površinu praha.

Brušenje visokog energije . Mehohemijska sinteza . Mljevenje je tipičan primjer tehnologija tipa. Brušenje u mlinovima, dezintegratorima, atriboratorima i ostalim raspršenim instalacijama javlja se zbog drobljenja, cijepanja, rezanja, abrazije, piljenja, utjecaja ili kao rezultat kombinacije ovih radnji. Na slici 2 prikazan je shema u kalita, u kojoj utjecaj i nagli efekti, a dijagram vibracijskog mlina, čiji se dizajn osigurava veliku brzinu kuglica i frekvencije loptica, kombinirana je. Za provociranje uništavanja, brušenje se često vrši u uvjetima niskih temperatura. Na učinak brušenja utječe omjer mase lopti i prizemlje, koji se obično održava u rasponu od 5: 1 do 40: 1.

Slika 2 shema za mljevenje:

a - Atriktor (1 - tijelo, 2 - kuglice, 3 - rotirajuće rotor); B - vibracijski mlin (1 - motor, 2 - vibrator, 3 - opruge, 4 - bubnjevi sa kuglicama i zdrobljenim palicama)

Osiguravanje, u principu, prihvatljivim performansama, brušenje, međutim, ne vodi do vrlo tamnih pudera, jer postoji određena granica brušenja koja odgovara na postizanje osebujne ravnoteže između procesa uništavanja čestica i njihove aglomeracije. Čak i kada se sjeckaju krhki materijali, veličina dobivenih čestica obično nije niža od oko 100 nm; Čestice se sastoje od kristalnosti veličine najmanje 10--20 Nm. Treba ga smatrati činjenicom da je u procesu brušenja gotovo uvijek kontaminiran materijalom sa kuglicama i oblogom, kao i kisikom.

Plastohemijska sinteza [Troitsky V.N. Primanje ultrafinskih pudera u plazmi mikrovalnim prazninama // Mikrovalna plazma generatori: Fizika, uređaji, aplikacija / batten V.M. i dr. - M.: Energoatomizdat, 1988. - str. 175-221.]. Sinteza u plazmi sa niskim temperaturama vrši se na visokim temperaturama (do 6000-8000 k), što pruža visok nivo predaje, visoke stope reakcija i procesa kondenzacije. Koristi se kao luk plazma baklje i visokofrekventne (mikrovalne) plazma generatore. ARC mašine su produktivnije i dostupne, ali mikrovalne instalacije pružaju suptilniji i čistiji puderi. Shema takve instalacije prikazana je na slici 3. Kao izvorni proizvodi za kemijsku sintezu u plazmi koriste se metalne pudere, silicijum i metallo-organske veze.

Slika 3 Mikrovalne instalacijske šeme plazme Hemijsko sinteza:

I - električna oprema (1 - mikrotalasni generator); II - glavna tehnološka oprema (2 - plazma torus, 3 - uređaj za reagense, 4 - reaktor, 5 - izmjenjivač topline, 6 - filter, 7 - kolekcija praška, 8 - reagens dispenzer, 9 - isparivač); III, IV - Respektivno pomoćna tehnološka oprema i upravljačka jedinica (10 - ventili, 11 - rotametri, 12 - Tlačni mjerači, 13 - Sistem za pročišćavanje plina, 14 - Scribber, 15 - ulaz plina koji formiraju plazmu, 16 - ulaz za plazmu, 16 - ulaz u plazmu, 16 - unos nosača, 17 - Izlazni plinovi)

Na osnovu karakteristika plazma-hemijskog sinteze (nesposobnost procesa, mogućnost koagulacije čestica itd.) Distribucija dobivenih čestica u većini slučajeva je prilično široka.

Sinteza pod ultrazvučnim izlaganjem [Primjene ultrazvuka do materijala Chemistry / Suslick K.S., cijena G.J. Godišnja revizija nauka o materijalima. - 1999. V.2., P. 295-326.]. Ova metoda je poznata kao sonohemijska sinteza koja se temelji na efektu kavitacijskih mikroskopskih mjehurića. Kada se razvija kavitacija u malom volumenu, anomalno visoki pritisak (do 50-100 mn / m 2) i visoke temperature (do 3000 k i veće) i ogromne stope grijanja i hlađenja (do 10 10 k / s) postižu se. U smislu kavitacije, mjehurić postaje poput nanoreaktora. Koristeći ekstremne uvjete, dobiveni su mnogim kavitacijskim mjehurićima, mnogi nanokristalni (amorfni) metali, legura i vatrostalni priključci (na primjer, fe, ni i suvi i njihovi nanočestici iz karbonil, zlata i bakrenih koloida, nanoksid Zr i sur.).

Električna eksplozija žice [Nanopowders, dobiveni pomoću metoda impulsa zagrijavanja ciljeva / mačaka yu.a. Perspektivni materijali. - 2003. №4., P. 79-81.]. Dugo je primijećeno da se prilikom prolaska relativno tankog žičane impulse, trenutni impulsi 10 4 -10 6 A / mm 2 pojavljuju eksplozivno isparavanje metala sa kondenzacijom svojih pare u obliku čestica različitog raspršivanja. Ovisno o okolišu, može doći do formiranja metalnih čestica (inertnih medija) ili oksida (nitridskih) praha (oksidativnih ili azotnih medija). Potrebna veličina čestica i performanse procesa reguliraju se parametrima ispusnog kruga i promjera korištene žice. Oblik nanočestica pretežno je sfernim, raspodjela čestica u veličini je normalno-logaritamska, ali dovoljno široka. Za nanočerak veličine 50-100 Nm metala kao što su Al, Cu, FE i NI, kapacitet instalacije je 50-200 g / h na potrošnji energije do 25-50 kWh / kg. Nanopowders oksidi (AL 2 O 3, TIO 2, ZRO 2, MGal2O 4, itd.) Također se može izvršiti, a nakon sedimentacijskog tretmana, veličina čestica može biti vrlo mala (20-30 Nm).

Potrebne su neke od metoda dobijanja nanopowders-a, koje su gore razmatrane općenito. Izbor optimalne metode treba se temeljiti na zahtjevima za nanopowor-u i nanomaterijal, uzimajući u obzir ekonomska i ekološka razmatranja.

Metode konsolidacije. Gotovo sve metode poznate u tehnologiji praha: prešanje i sinterovanje, razne opcije vruće pritiske, vruća ekstrudacija itd. - Primjenjivo na ultrafine pudere. U postavkama vrste prikazane na slici 1, uprkos korištenju prilično visokih pritisaka (do 2-5 GPA), čak i u vakuumskim uvjetima i na maloj visini uzoraka (do 1 mm), moguće je dobiti uzorci s poroznošću od najmanje 10-15%. Za ultrafinske pudere, nisko sabijanje karakteriše pritiskom zbog značajnog učinka karakteristika trenja između čestica. U tehnologiji pritiskanja nanopowders na sobnim temperaturama, upotrebom ultrazvučnih oscilacija, koji smanjuju elastični niz nakon uklanjanja tereta nakon pritiska, a pomalo povećavaju relativnu gustoću kompresivnih proizvoda, proširujući svoje proizvođače u obliku rukava i drugih oblika [ Ultrazvučno prešanje keramičkih ultrafinskih pudera / Khasanov ol. Vesti o univerzitetima. Fizika. - 2000. №5., P. 121-127.].

Da bi se uklonila preostala poroznost, potrebna je toplotna obrada komprimiranih uzoraka - sinterovanje. Međutim, u odnosu na proizvodnju nanomaterijala, konvencionalni načini sinteriranja predmeta praška ne dopuštaju očuvanje izvorne nanostruke. Programi rasta žita (rekristalizacija) i sintelizacija (skupljanje), koji se difuziraju, paralelni su, preklapaju se međusobno, i kombinuju visoku brzinu brtvljenja s prevencijom rekristallizacije.

Dakle, upotreba metoda konsolidacije visoke energije koja uključuju upotrebu visokog statičkog i dinamičkog tlaka i umjerenih temperatura, omogućava odlaganje rasta zrna u određenoj mjeri.

Uobičajeni načini prešanja i ultrafinski mješavi praška mogu se koristiti za dobijanje nanostrukturnih poroznih poluproizvoda podvrgnuti ukupnoj konsolidaciji operacija obrade pritiska. Bakreni puderi dobiveni metodom kondenzacije, sa veličinom čestica od 35 nm sa oksidom (CU 2 o 3) s filmom s debljinom od 3,5 Nm nakon pritiska 400 MPa i nererotskog sintranje u vodiku Do 230 ° (stopa grijanja / min) kupila je relativnu gustoću od 90% sa zrnom veličine 50 nm [izrada skupnih nanostruktiranih materijala iz metalnih nanopowdersa: Struktura i mehaničko ponašanje / prvak Y., Guerin-Mailly S., Bonnentien J.-L. Scripta Materialia. - 2001. V.44. N8 / 9., str. 1609-1613.]. Naknadna hidrostatska ekstruzija dovela je do dobijanja neasfaltiranih makro formata s visokom čvrstoćom i plastičnošću (čvrstoća prinosa sa kompresijom 605 MPa, relativno izduženje od 18%).

Moguće je zadržati rast žitarica u uobičajenom sinku koristeći posebne režime ne-erotskog grijanja. U ovom slučaju moguće je optimizirati procese pečata zbog konkurencije, isključujući rekristalizacijske pojave [Fiosiko-Himichn Kinictic u nanostrukturnim sistemima / kopljem, VV, Uvarova I.V., Ragula A.V. - Kiiv: Akademik, 2001. - 180 str.]. Električno sintering provedeno prenošenjem struje kroz sinterovi uzorak, a vruća obrada tlaka praškastih predmeta (na primjer, kovanje ili ekstrudiranje) također može doprinijeti kočenjem rekristalizacije i korišteno za dobivanje nanomaterijala. Sintering keramičkih nanomaterijala pod mikrovalnim uvjetima grijanja koji vode do ujednačene raspodjele temperature u uzorku presjeka također doprinosi očuvanju nanostruge. Međutim, veličina kristalnosti u navedenim varijantama konsolidacije obično je na nivou gornje granice zrna nanostruke, I.E. Obično nije niže od 50--100 nm.

Do danas razvijen je veliki broj metoda i metoda za dobivanje nanomaterijala. To je zbog raznolikosti kompozicije i svojstava nanomaterijala, s jedne strane, a s druge strane, to vam omogućava proširenje raspona ove klase tvari, kreirati nove i, jedinstvene uzorke. Formiranje nanozaklnih struktura može se pojaviti tokom procesa kao što su fazne transformacije, hemijske interakcije, rekristalizacije, amorfizacije, visoki mehanički opterećenje, biološka sinteza. U pravilu je moguće formiranje nanomaterijala u prisustvu značajnih odstupanja iz ravnotežnih uvjeta postojanja tvari, koja zahtijeva stvaranje posebnih uvjeta i, često, složene i precizne opreme. Poboljšanje prethodno poznatog i razvoja novih metoda za dobivanje nanomaterijala utvrdile su osnovne zahtjeve koje moraju u skladu sa, naime:

· Metoda mora osigurati materijal kontroliranog kompozicije s reproduktivnim svojstvima;

· Metoda mora osigurati privremenu stabilnost nanomaterijala, I.E. Prije svega, zaštita površine čestica iz spontane oksidacije i sinterovanja tokom procesa proizvodnje;

· Metoda mora imati visoke performanse i efikasnost;

· Metoda treba pružiti nanomaterijale sa određenom veličinom ili žitaricama čestica, a njihova distribucija mora biti, ako je potrebno, prilično uska.

Treba napomenuti da trenutno nema metode koja ispunjava puni skup zahtjeva. Ovisno o načinu pribavljanja takvih karakteristika nanomaterijala, poput prosječne veličine i oblika čestica, raspodjela veličine čestica, vrijednost specifične površine, sadržaj nečistoća u njima, itd., Može fluktuirati u vrlo širokoj granicama . Na primjer, nanopowders ovisno o metodi i uvjeti proizvodnje mogu imati sfernu, pahuljicu, iglu ili sunđeri oblik; Amorfna ili fino-kristalna struktura. Metode dobivanja nanomaterijala podijeljene su u mehaničku, fizičku, hemijsku i biološku. Oni. Ova klasifikacija temelji se na prirodi sinteze nanomaterijala. Osnova mehaničkih metoda pribavljanja je utjecaj velikog deformiranja tereta: trenje, pritisak, pritisak, vibracije, kavitacijski procesi itd. Fizičke metode dobijanja temelje se na fizičkim transformacijama: isparavanje, kondenzacija, sublimacija, oštro hlađenje ili grijanje, raspršivanje topline itd. Hemikalija uključuje metode, glavni raširač koji su: elektroliza, oporavak, toplotno raspadanje. Biološke metode dobivanja temelje se na korištenju biohemijskih procesa koji se javljaju u proteinskim tijelima. Metode mehaničkog mljevenja u odnosu na nanomaterijale često se nazivaju MehoNoNez. Osnova mehanizacije je mehanička obrada krutih tvari. Mehanički udar prilikom brušenja materijala je impuls, I.E. Pojava polja stresa i njezina naknadna opuštanja događa se u cijelom trenutku rezidencije čestica u reaktoru, već samo u vrijeme sudara čestica i u kratkom vremenu nakon toga. Mehanički utjecaj je također lokalni, jer se ne događa u cijeloj masi čvrste tvari, a gdje se pojavljuje napon napon, a zatim se opušta. Zbog impulsa i lokaliteta u malim područjima materijala na kratko vrijeme, velika opterećenja su fokusirana. To dovodi do pojave oštećenja, stresa, traka za smicanje, deformacije, pukotine. Kao rezultat toga, dođe do brušenja tvari, masovni prijenos su ubrzani i miješaju komponente, aktivira se hemijska interakcija čvrstih reagensa. Kao rezultat mehaničke abrazije i mehaničke fuzije, može se postići veća uzajamna rastvorljivost određenih elemenata u čvrstom stanju nego što je moguće u ravnotežim uvjetima. Brušenje se vrši u kugličnoj, planetarnoj, vibraciji, vrtlogu, žiroskopskom, inkjet mlinovima, atributima. Brušenje na ovim uređajima javlja se kao rezultat šokova i abrazije. Razna mehanička metoda brušenja je mehanemijska metoda. S tankim brušenjem mješavine različitih komponenti između njih se ubrzava interakcija. Pored toga, mogu postojati hemijske reakcije koje, kada se kontaktirate, ne prate brušenje, ne pojavljuju se uopšte na takvim temperaturama. Te se reakcije nazivaju mehanemijskim hemijskim. Da bi se formirala nanostrurkturu u rasutom materijalu koriste se posebne mehaničke sheme deformacije, što omogućava postizanje velike izobličenja strukture uzoraka na relativno niskim temperaturama. U skladu s tim, sljedeće metode uključuju intenzivnu plastičnu deformaciju: - visoko uvijanje pritiska; - Ekvatacijski kutni pritisak (prešanje RCU); - metoda sveobuhvatnog kovanja; - Ekvatacijski kutni ekstrakt (Ekstrakt RCU-a); - Metoda "Sanglassa"; - Intenzivna metoda trenja s kliznim. Trenutno se većina rezultata dobiva prve dvije metode. Nedavno se razvijaju metode za dobivanje nanomaterijala koji koriste mehaničku izloženost raznim okruženjima. Ove metode uključuju kavitaciju-hidrodinamičke metode vibracije, metodu udarnog talasa, ultrazvučna sinteza brušenja i detonacije. Kavitacija i hidrodinamička metoda koriste se za dobivanje suspenzija nanopowders u različitim disperzijskim medijima. Kavitacija - iz lat. Riječi "praznine" - formiranje u tekućim šupljinama (kavitacijski mjehurići ili šupljine) ispunjene plinom, trajektom ili smjesom. Tokom procesa, efekti kavitacije uzrokovali su formiranjem i uništavanjem mikrobibbaviranja pare-plina u tekućini za 10-3 - 10-5 S pritiscima nalogodavca od 100-1000 MPa, oni dovode do zagrijavanja ne samo tečnosti, već Također čvrsto tel. Taj utjecaj uzrokuje mljevenje čvrstih čestica. Mljevenje ultrazvuka također se temelji na padavinama štrajkova kavitacije. Metoda vibracija za dobijanje nanomaterijala zasnovana je na rezonantnoj prirodi efekata i pojava, koji pružaju minimalnu potrošnju energije tokom procesa i visokim stepenom homogenizacije višefaznih medija. Princip rada je da bilo koja plovila izložena vibracijskom učinku sa određenom frekvencijom i amplitudom. Almaz Nanočesticle mogu se dobiti s sintezom za detonaciju. Metoda koristi energiju eksplozije, dok se pritisak postiže u stotinama hiljada atmosfera i temperatura do nekoliko hiljada diploma. Ovi uslovi odgovaraju području termodinamičke stabilnosti dijamantske faze. Fizičke metode pribavljanja materijala uključuju metode prskanja, procese isparavanja kondenzacije, vakuumske sublimacijske tehnologije, tehnike u čvrstom stanju. Metoda prskanja topila je tekućinom ili plinom je da se tanki mlaz tečnog materijala isporučuje u komoru, gdje se prekrši u male kapi s potokom komprimiranog inertnog plina ili mlaznog plina. Kao plinovi u ovoj metodi koriste argon ili azot; Kao tečnosti - voda, alkoholi, aceton, acetaldehid. Formiranje nanostrukture moguće je upravljanjem tekućim stanjem ili predenjem. Metoda se sastoji u pribavljanju tankih vrpca pomoću brzog (najmanje 106 k / s) hlađenje na površini rotirajućeg diska ili bubnja. Fizičke metode. Metode isparavanja-kondenzacije temelje se na pripremi pudera kao rezultat tranzicije pare - čvrstog tijela ili pare - čvrstog tijela u glasnoću plina ili na hlađenoj površini. Suština metode je da početni materijal isparava kroz intenzivno grijanje, a zatim se oštro ohladi. Grijanje isparenog materijala može se izvesti na različite načine: otporni, laserski, plazma, električni luk, indukciju, jonski. Proces kondenzacije isparavanja može se izvesti u vakuu ili neutralnom plinu. Eksplozija električne eksplozije vrši se u argonu ili helijumu po pritisku od 0,1 - 60 MPa. U ovoj metodi tanki metalni žice s promjerom od 0,1 - 1 mm postavljaju se u komoru i struja visoke sile je impuls. Trajanje pulsa je 10-5 - 10-7 s, tekuće gustoće je 104-106 A / mm 2. U isto vrijeme, žice se trenutno zagrijavaju i eksplodiraju. Formiranje čestica nastaje u slobodnom letu. Vakuumska sublimatska tehnologija dobivanja nanomaterijala uključuje tri glavna faza. U prvoj fazi priprema se prvobitno rješenje tretirane tvari ili nekoliko tvari. Druga faza - zamrzavanje rješenja - ima za cilj popraviti jedinstvenu prostornu raspodjelu komponenti svojstvenih tečnosti da bi se dobila minimalna mogućnost kristalnih kristalija u čvrstoj fazi. Treća faza je uklanjanje kristalita otapala iz smrznutog rješenja uz sublimaciju. Postoji niz metoda za dobivanje nanomaterijala u kojima se disperzija provodi u čvrstoj materiji bez promjene agregatnog stanja. Jedna metoda dobivanja masivnih nanomaterijala metoda je kontrolirane kristalizacije iz amorfne države. Metoda uključuje pribavljanje amorfnog materijala kaljenjem iz tečnog stanja, a zatim u uvjetima kontroliranog grijanja, provodi se kristalizacija tvari. Trenutno je najčešća metoda pribavljanja ugljičnih nanotubija metoda termičkog prskanja grafitnih elektroda u plazmi lučnog pražnjenja. Proces sinteze vrši se u komori ispunjenoj helijuma visokog pritiska. Kada plazma gori, postoji intenzivna toplotna isparavanje anode, dok se talog formira na kraju katode, u kojim se formiraju ugljični nanotvenici. Rezultat brojnih nanotubija imaju dužinu od oko 40 mikrona. Raste na katodi okomito na ravnu površinu svog kraja i sakupljaju se u cilindričnim gredama promjera oko 50 μm. Grede nanotube redovito pokrivaju površinu katode, formirajući staničnu strukturu. Može se otkriti razmatranjem talog na katodu golim okom. Prostor između nanotube greda ispunjen je mješavinom neurednih nanočestica i pojedinačnih nanotubija. Sadržaj nanotubija u ugljičnom sedimentu (depozit) može se približiti 60%. Hemijske metode za dobijanje nanozaklnih materijala mogu se podijeliti u grupe u jednoj od kojih mogu uključivati \u200b\u200bmetode u kojima se nanomaterijal dobiva posebna hemijska reakcija u kojoj su uključene određene klase supstanci. Druga opcija za elektrohemijske reakcije mogu se pripisati drugom. Metoda taloženja sastoji se u taložima različitih spojeva metala iz rješenja svojih soli pomoću taložnih mjesta. Proizvod padavina je metalni hidroksidi. Kontrola pH i temperatura otopine moguća je stvaranje optimalnih uvjeta taloženja za dobijanje nanomaterijala, pod kojima se formira raste kristalizacije i visoko raspršeni hidroksid. Tada se proizvod kalcinira i, ako je potrebno, vratite se. Rezultirajuće nanopowders metala imaju veličinu čestica od 10 do 150 Nm. Oblik pojedinačnih čestica obično je blizu sfernog. Međutim, prema ovom metodom, varirajući parametre postupka taloženja, možete dobiti igla prah, ljuskav, nepravilan oblik. Sol-Gel metoda prvobitno je dizajnirana za dobivanje željeznog praha. Kombinuje proces kemijskog pročišćavanja postupkom oporavka i temelji se na oborinim rješenjima nerastvorljivih metalnih spojeva u obliku gela dobivenog modifikatorima (polisaharida), sa njihovim naknadnim oporavkom. Konkretno, PE sadržaj u prahu iznosi 98,5 - 99,5%. Soli željeza mogu se koristiti kao sirovine, kao i metalurška proizvodnja: metalni otpad ili rješenje otpada. Kroz upotrebu sekundarnih sirovina, metoda pruža mogućnost proizvodnje čiste i jeftinog željeza. Ova metoda mogu dobiti i druge klase materijala u nano-ležaj: oksidna keramika, legure, metali soli itd. Obnova oksida i drugih čvrstih metalnih spojeva jedna je od najčešćih i ekonomskih metoda. Gasovi se koriste kao smanjenje sredstava - vodonik, ugljični monoksid, pretvoreni prirodni plin, čvrstim sredstvima za smanjenje - ugljik (koks, čađa), metali (natrijum, kalijum), metalni hidridi. Početne sirovine mogu biti oksidi, razni hemijski spojevi metala, ruda i koncentrata nakon odgovarajuće pripreme (obogaćivanje, uklanjanje nečistoća itd.), Otpada i nusproizvoda metalurške proizvodnje. Na veliku veličinu i oblik nastalog praha utječe sastav i svojstva izvornog materijala, smanjujući agent, kao i temperaturu i vrijeme oporavka. Suština metode hemijskog smanjenja metala iz rješenja je obnavljanje metalnih jona iz vodenih rješenja na njihove soli različitim smanjujućim sredstvima: H2, CO, hidrazin, hipofosfit, formaldehid, itd. Nanomaterijali se izvode zbog hemijske interakcije u atmosferi Vagalltechy pare veze. Nanopoproops se takođe proizvode pomoću toplotne disocijacije ili procesa pirolize. Dekompozicija je izložena solima male molekularne težine organske kiseline: formatira, oksalate, metalne acetate, kao i karbone i karbonilove metala. Temperaturni interval disocijacije je 200 - 400 o C. Metoda elektrodepozicije taloži se metalnim prahom od vodenih rešenja soli prilikom prolaska DC-a. Otprilike 30 metala dobiva se metodom elektrolize. Imaju visoku čistoću, jer se rafiniranje događa tokom elektrolize. Metal taložira na katodi, ovisno o uvjetima elektrolize, mogu se dobiti kao prah ili spužva, dendriti koje su lako mehanički brušenje. Takvi puderi su dobro prešani, što je važno u proizvodnji proizvoda. Nanomaterijali se mogu izvesti u biološkim sistemima. Kako se ispostavilo, priroda koristi materijale nanoscalem miliona godina. Na primjer, u mnogim slučajevima, živim sustavima (neke bakterije, najjednostavniji organizmi i sisari) proizvode minerale sa česticama i mikroskopskim konstrukcijama u nanometrijskoj ponudi veličina. Otkriveno je da se biološke nanomaterijale razlikuju od drugih, jer su se njihova nekretnina razvijala evolucijskim putem već duže vrijeme. U procesu biomineralizacije mehanizmi fine biološke kontrole rade, rezultiraju u materijalima sa jasno definiranim karakteristikama. To je osiguralo visok nivo optimizacije njihovih svojstava u odnosu na mnoge sintetičke nanozakske materijale. Živi organizmi mogu se koristiti kao direktan izvor nanomaterijala čija se nekretnina može promijeniti variranjem bioloških sinteze ili tokom obrade nakon vađenja. Nanomaterijali dobivene biološkim metodama mogu biti početni materijal za neke standardne metode sinteze i obrade nanomaterijala, kao i u brojnim procesnim tehnologijama. Dok još uvijek radi u ovom području je malo, ali već postoji niz primjera koji pokazuju da postoji značajan potencijal za buduća dostignuća u ovom pravcu. Trenutno se nanomaterijali mogu dobiti iz više bioloških objekata, naime:

1) feritine i pridruženi proteini koji sadrže željezo;

2) magnetotaktičke bakterije;

3) pseudokubovi nekih mekušaca;

4) uz pomoć mikroorganizama izvlačenjem nekih metala iz prirodnih spojeva.

Ferritini su klasa proteina koji pružaju žive organizme mogućnost sintetizacije čestica hidroksida i oksiffosfata veličine željezne nanometrom. Moguće je dobiti i nanomeal sa mikroorganizmima. Procesi korištenja mikroorganizama mogu se podijeliti u tri grupe. Prva grupa uključuje procese koji su korišteni u industriji. To uključuje: bakterijsko ispiranje bakra od sulfidnih materijala, bakterijskog ispiranja urana iz rude, odvajanje misterijskih nečistoća iz kontrakcija kala i zlata. U nekim zemljama, do 5% bakra, velika količina urana i cinka dobiva se mikrobiološkim metodama. Druga grupa uključuje mikrobiološke procese, dobro proučavan u laboratoriji, ali ne i ne dovedeni u industrijsku upotrebu. To uključuje procese izvlačenja mangana, bizmuta, olova, Njemačke iz siromašnih karbonatalnih ruda. Kako se ispostavilo, uz pomoć mikroorganizama možete otvoriti fino obloženo zlato u arsenopyric koncentratima. Zlato, koje se odnosi na teško oksidirane metale, pod utjecajem nekih bakterija oblici spojeva, a zbog toga se može izvući iz rude. Treća grupa uključuje teoretski mogući procesi koji zahtijevaju dodatnu studiju. Ovo su procesi proizvodnje nikla, molibdena, titanijuma, talijuma. Vjeruje se da se pod određenim uvjetima upotreba mikroorganizama može koristiti u preradi jadnih ruda, deponija, "repa" fabrika za obradu, šljake.

Pošaljite svoj dobar rad u bazi znanja je jednostavan. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomirani studenti, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u studiranju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Objavio http://www.allbest.ru/

Nanomaterijali

Ako sa smanjenjem volumena bilo koje tvari na jednoj, dvije ili tri koordinate do veličine nanometrom, pojavljuje se novi kvalitet, ili se taj kvalitet javlja u kompozicijama iz takvih objekata, tada se tim obrazovanjem treba pripisati nanomaterijalima , a tehnologija njihovog primitka i daljnji rad s njima _ na nanotehnologiju. Velika većina novih fizičkih pojava na nanoznale stabljike iz valne prirode čestica (elektrona itd.), Čija je ponašanje podložno zakonima kvantne mehanike. Najlakši način za pojašnjenje na primjeru poluvodiča. Kada, prema jednoj ili više koordinata, veličina narudžbe i manje od talasne dužine de metle prevoznika naboja _ Poluprovodnička struktura postaje rezonator, a spektar prevoznika _ je diskretan. Isto sa rendgenskim ogledalima. Debljine slojeva koje mogu odražavati u rendgenskoj fazi nalaze se u rasponu nantametra. U drugim slučajevima, pojava novog kvaliteta može se povezati s manje vizualnim pojavama. Čini se da vam ovaj pristup omogućava da napravite prilično potpunu ideju nanomaterijala i mogućih područja korištenja.

Poluvodički nanostruktura

Koristeći metode "Zone Engineering" i "Inženjering valnih funkcija" mogu se izgraditi kvantne konstrukcije sa danim elektronskim spektrom i potrebnim optičkim, električnim i drugim svojstvima. Stoga su vrlo zgodni za aplikacije za instrumente. Nanomaterials poluvodički molekularni magnetni

Kvantne jame. Ovaj se pojam odnosi na sustave u kojima postoji dimenzionalna kvantizacija prijevoza prijevoznika u jednom smjeru. U početku su glavne studije kvantnih jama provedene na inverzijskim kanalima silikonskih mos tranzistora, kasnije i do sada svojstva kvantnih jama u heterostrukturima široko se istražuju. Glavni fizički fenomeni u kvantnim bušotinama: dimenzionalna kvantizacija elektronskog spektra, kvantni učinak hodnika (cijeli broj i frakcijski), sa posebnom pripremom mobilnosti elektrona. Osnovne metode za dobivanje kvantnih jama na heterostrukturi: metalometalni plinski epitaksivi i molekularni epitaxy.

Aplikacije za instrumente: visokofrekventni tranzistori elektrona, poluvodičkim heterolausevima i LED-ima iz Blizu plavih svjetala do plavih svjetala, laseri dugog dometa, parametrični izvori Srednje IR asortimana, fotodektori srednje IR Dugoročni raspon dosega, dugoročni domet prijemnik kvantni Hall efekt, modulatori u blizini IR raspona.

Kvantna žica _ Ovo su sustavi u kojima se kretanje prevoznika zadužene kvantiziraju u dva smjera. Prve kvantne žice izvedene su na temelju kvantnog YAM-a stvarajući potencijalno olakšanje pomoću dva roleta koja se nalaze iznad kvantne slike. Osnovne fizičke pojave u kvantnim žicama: kvantizacija provodljivosti, snažno korelirani elektronički transport. Glavne metode za dobivanje kvantne žice iste su kao i kvantne jame, plus upotreba preciznosti i specijalnih roleta. Još nema aplikacija za instrumente.

Kvantna tačka _ Nabroobjects u kojima kretanje prevoznika zaduženih kovan se u sva tri smjera. Imaju diskretan energetski spektar (umjetni atom). Glavni fizički fenomeni u kvantnim bodovima: jedno-elektronski i jednotonski fenomeni. Metode pribavljanja istog kao i za kvantne jame, međutim, nekoliko drugih načina, ako spontano povećanje kvantnih točaka prema KRASTANOV-ovoj mehanizmu strategije. Ili upotreba preciznosti litografije za stvaranje kvantnih tačaka iz kvantnih jama.

Aplikacije za instrumente: laseri i LED diode u blizini IR asortimana, fotodetektori za srednji IR asortiman, jednotonski prijemnici, generatori s jednim foton, jedno-elektronski tranzistori.

Strukture sa tunelom prozirne barijere (Sistemi kvantnih jama i superplattira). Glavni fizički fenomeni u takvim sustavima: rezonantno tuneliranje; Formiranje manjeg spektra u superplatticima _ periodični sustavi koji sadrže mnoge kvantne rupe odvojene tunelom prozirnim barijerama; Nelinearne električne i optičke pojave u superplatantima. Metode rastućih ovih struktura jednake su kao i za kvantne jame.

Aplikacije za instrumente: Rezonantne diode tunela (generatori i mikseri u Gigaretsu i TERAHERTZ-u); Snažni generatori i mikseri na superplatticima: kaskadne lasere srednjih i dugim raspona IR raspona.

Photonski kristali _ Sistemi u kojima postoji spektar zone za fotone. Osnovne fizičke pojave: Nema propusne širine (potpuni odraz) svjetlosti u specifičnom frekvencijskom rasponu, rezonantnim fotonskim državama. Postoji nekoliko metoda za obavljanje fotonskih kristala, ali su još uvijek nesavršeni.

Moguće Instrumentacijske aplikacije: efikasni laseri sa niskim pragovima, sustavima upravljanja rasvjetom.

Magnetna nanostruktura

Razvoj metoda raspršivanja ultra tatinskih filmova i nanolitografije doveli su do aktivnog studija magnetnih nanostruktura u posljednjem desetljeću. Poticaj ove aktivnosti je ideja o stvaranju novih magnetskih nanomaterijala za unos i pohranu informacija o super gustinu. Pretpostavlja se da svaka čestica nosi jedan dio informacija. Ako je udaljenost između čestica 100 nm, tada je očekivana gustina snimanja 10 GB / cm 2. Glavna ograničenja gustine zapisa s ovim pristupom su magnetostatska interakcija čestica i značajne toplotne fluktuacije. Potonji imaju značajnu specifičnost za male feromagnetske čestice, što se manifestuje u eksponencijalnom rastu vjerojatnosti propadanja magnetiziranog stanja s padom veličine čestica (superparamyamting).

Postizanje nanomaterijala u proučavanju nanomaterijala treba priznati kao otvaranje učinka džinovskog magnetoresa. Suština učinka sastoji se u promjeni otpora (oko nekoliko desetina posto) višeslojne strukture ultra tankih feromagnetskih i dijaggnatskih slojeva (na primjer, Tako/Cu.) Prilikom promjene feromagnetskog uređenja u strukturi na antiferromagnetički. Može se reći da su takve višeslojne strukture nova vrsta strukture domene Ferromagnet, u kojem feromagnetske filmove igraju ulogu domena, a zidovi domena su dijagentski filmovi. Ovaj efekat smatra da je njegova primjena prilikom stvaranja novih senzora magnetskog polja, kao i prilikom razvoja okruženja za evidenciju o super gustinu.

Daljnji napredak u području malih veličina doveo je do otvaranja novog fenomena _ tuneliranje magnetskog trenutka u ultra niskim feromagnetskim česticama. Ova grupa nanomaterijala uključuje umjetne kristale koji sadrže magnetske klastere M.n. 12 I. Fe. 3. Magnetni trenutak takvih klastera je 10 boron magnetona, tj. Zauzima srednji položaj između magnetskog momenta atoma i makroskopskih čestica. Interakcija razmjene između klastera u kristalu je odsutna, a magnetska anisotropija je vrlo velika. Stoga se pojavljuje mogućnost kvantnog prijelaza između magnetskih ravnotežnih stanja u klasterima. Studija ovih procesa je zanimljiva i važna u pogledu razvoja osnove elemenata Quantum računara.

Dvodimenzionalne višeslojne konstrukcije iz filmova debljine nanometra

U ovom se slučaju razmatraju takve kombinacije materijala, koje osiguravaju najjači odraz elektromagnetskih talasa. Radiacijska talasna dužina, učinkovito interakcija s višeslojnom strukturom, a njen period povezan je s odnosom, gdje je _ ugao klizanja snopa incidenta. Raspon talasne dužine u kojem je upotreba ovih uređaja efikasna, prostire se iz ekstremnog ultraljubičastog zračenja (NM) na kruti rendgen (NM), I.E. Raspon u kojem su najduži valovi 6000 puta veći od najkraće. Za vidljivo svjetlo ovaj omjer je ~ 2. U skladu s tim, broj pojava prirode, čiji su fizičke manifestacije u ovom spektralnom području.

Strukture su umjetni jednodimenzionalni kristali iz filmova debljine nantametrom, a osim mogućnosti korištenja za kontrolu zračenja, ovisno o materijalima slojeva (dielektrični, poluvodički, metalni, superprovodnici), mogu biti i zanimljivi za ostale fizičke aplikacije. Dakle, ako jedan od materijala višeslojne nanostrukture služi kao superprovodnik, onda je to sistem višestrukog dosljedno uključenih potpuno identičnih Josephsona prijelaza. Ako se metal izmjenjuje s poluvodičem _ je sustav uzastopno uključen u Schottky diode.

U najkraćem rasponu od 0,01-0,02 NM, rendgen retrovizori omogućavaju vam da usredotočite zračenje sinhrotrona ili rendgenskih epruveta na predmete pod proučavanjem ili formirajte paralelne grede. Konkretno, njihova upotreba povećava efikasnost rendgenskih cijevi 30-100 puta, što omogućava zamijeniti sinhrotron zračenje u nizu bioloških, strukturnih i materijalnih nauka. Otprilike u istom rasponu je zračenje visoke temperaturne plazme (laserski i tokamakov). Ovdje su ogledala pronađena primijenjena kao disperzijski elementi za spektralne studije.

U rasponu od 0,6-6 Nm, postoji karakteristična emisija svjetlosnih elemenata od borona do fosfora. Ovdje se rendgenska ogledala koriste i za proučavanje spektra u instrumentima elementarne analize materijala.

X-ray višeslojni optika široko se koriste za obradu kontrole filtriranja i polarizacije u izvorima sinhrotrona. U regiji od 10-60 nm lažu linije zračenja solarne plazme. Leće kosmičkih teleskopa iz rendgenskih ogledala sada su u orbiti i redovno prenose sliku sunca na zemlji na FE IX_FE XI linijama (17,5 Nm), a ne II (30.4 nm).

Posebno mesto zauzeto je upotrebom višeslojnih ogledala u mikroelektronskim tehnologijama. Svjedoci smo i sudionici u najvećem događaju u strojnoj državnoj elektronici: ovaj prijelaz na talasnu dužinu je više od 10 puta kraća (od 157 Nm do 13 Nm) u litografiji _ procesa koji osigurava pripremu uzorka poluvodičkih uređaja i integriran Krugovi. Dužina je zračenja koji se koristi za dobivanje slike, odgovoran je za veličinu svojih minimalnih elemenata. Do sada, promjena dužine zračenja iz generacije na generaciju litografskih instalacija nije prelazila 25%. Istovremeno, zahtjevi za tačnost proizvodnje svih optičkih i konfiguracijskih mehanizama i ekspozicije povećavaju se 10 puta. U stvari, to znači prelazak svih tehnologija prerade na atomsku tačnost. Nekorištenje u ovom procesu može napustiti zemlju u prošloj civilizaciji.

Molekularne nanostrukture

Nedavno su organski materijali intenzivno uključeni u nanotehnologiju i kao sastavni sudionici u procesnom tehnološkom procesu (na primjer, u nanolitografiji) i kao neovisni objekti i uređaji _ u takozvanoj molekularnoj elektronici.

Raznolikost organskog svijeta dobro je poznata (oko 2 miliona sintetiziranih spojeva, a taj iznos kontinuirano raste) _ iz "Semicode" kompleksa (ugljični grozdovi, organometallični) do bioloških objekata (DNK, HEM). Sa stajališta materijala za nanotehnologiju i molekularnu elektroniku, to se konvencionalno odlikuje tri osnovne klase: polimeri, molekularni ansambli (molekularni sklopovi, samozerirani sustavi) i pojedinačni molekuli: Potonji se nazivaju i "pametni" ili "funkcionalni" molekuli " (Pametni molekuli).

Prvi razred Proučava se za najintenzivnije, vjerovatno najintenzivnije. Pored toga, dielektrična, optička i fluorescentna svojstva raznih poli i oligometara već se široko koriste u tehnici i elektroniku, najbliže su tržištu i ekonomskom učinku.

Drugi razred _ Molekularni ansambli nano-metarskih veličina - proučava se relativno nedavno. Oni uključuju, na primjer, agregate na bazi porfirina (uključujući hlorofil) i ostale amfifilne molekule izvedene iz rješenja. Supramolekularna (to jest, molekularna, hijerarhijska) organizacija OZM-a je složena i zanimljiva, njegova studija i veza sa (foto-) Električna svojstva osvjetljavaju svjetlo na biološke i prirodne procese (mobilni transport, fotosinteza). Otkrivena osjetljivost i najvažnije, jedinstvena selektivnost takvih sustava za vanjske utjecaje (svjetlost, atmosfera, vibracija) koja im omogućava da se koriste u raznim senzorima, uključujući mješovitu elektron-jonsku provodljivost. Nanoskrilarne šipke i žice se proučavaju (molekularne šipke i žice), uključujući kao sučelje između neorganskih materijala (na primjer, dvije metalne elektrode). Pretpostavlja se da će na vrijeme biti integracija sa klasičnom nadzornom pločom.

Općenito, sustavi izgrađeni uglavnom na van der Waals ili vodikovim obveznicama vrlo su obećavajući sa stanovišta COLD dizajnerskog dizajna s dva nivoa slobode: intramolekularna struktura, koja se može izmijeniti (promijenjena tokom sinteze) i koja je za vrijeme sinteze) i koja je odgovorna , na primjer, za apsorpciju ili emisiju svjetlosti; Intermolekularna struktura, koja se može izmijeniti rastom kristala (filmova, epitaksijalni sloj), a koja je odgovorna za fazu fenomene, transportne nosače, magnetna svojstva. Kao primjer: bakreni ftalocijanin i periferni fluorirani bakar ftalocijanin strukturno su izomorfni, ali su poluvodiči - i -Type, respektivno. Potpuno organske tranzicije ispravljanja na temelju vakuumskih preklopnih slojeva intenzivno se istražuju. Istovremeno, doping ftalocijaninski filmovi s jakim akceptom (na primjer, jod) mijenjaju faznu strukturu dok se ne dobije kvazi-jednodimenzionalna metalna provodljivost.

Važna grupa također predstavlja samoorganizirajuće monolere (samoskupljeni monolaji, SAM) zasnovani na organskim molekulama ili lancima raznih zgrada, koji su istraženi i obećavajućim materijalima za prijenos tokom litografije i za proučavanje električnog kruga za konjugaciju molekula. Ovdje počinje treći razred.

Treća klasa ili način primjene organskih materijala u nanotehnologiji je najmlađi. To je ono što se na zapadnim natjecanjima nazivaju hitnim ili futurističkim tehnologijama (iznenada nastaje ili futurističke tehnologije). Ako se tečni kristalni prikazi, CD-R tehnologije, pretvarači fotografija, senzori i drugi uređaji na organskim materijalima dobro su poznati i postepeno (iako polako _ zbog razumljivog kočenja od već široko uloženog i promoviranog prioriteta zasnovanog na "silikon" i Gaasu) Na tržištu, tada su jedno molekularni uređaji (uređaji) u stvarnoj proizvodnji odsutni. Štaviše, ako makroskopska svojstva klasičnih organskih krutih tvari (molekularnih kristala) imaju zadovoljavajući teorijski opis, tada su procesi koji se očekuju u jednoj molekularnim uređajima mnogo manje izrazito. Najpotpisniji pristup: Uzmemo malo molekula koji je dobro organiziran kvantni sistem, pravimo elektrode i dođu do nje, na primjer diode. Ovdje odmah nastaje puno novih pitanja. Konkretno, metalna / molekularna poluvodička granica čak i na makro nivou je vrlo neizvjesna.

Ipak, istinite efekti "nano-veličine" u ovoj klasi očekuje se u ovoj klasi. Molekularni nanomarsis i Nano-Tori (rotori), dinamički molekularni prekidači, izrađeni su energetski prevoznici, uređaji za prepoznavanje, pohranu informacija. Za proučavanje ubrizgavanja nosača i tunela u pojedinim molekulama poboljšane su metode mikroskopije sonde.

Međutim, ne zaboravite da su među glavnim prednostima (ako ne i najvažnija) organa su jeftine i dostupnosti. Sofisticirana sinteza novih spojeva čini ih teško od neorganskih tvari visoke čistoće, stoga najveće praktične perspektive imaju studiju i modifikaciju (optimizaciju) široke i proučavanja (manje ili više) spojeva sa visokom stabilnošću i sposobnosti integriranja ( Neobavezno) u razvijene tehnološke procese. Najpoznatijih _ Ovo su ftalocijani, fullenenes, polifini i polionici.

Materijali slični fullensu

Grafit, dijamant i nije sve priznato karbin za dugo razmatrano glavnim allromskim stanjima ugljika. Korišćeni su u mnogim industrijama i tehnikama, uključujući mikro i optoelektroniku. Preko 10 godina prije kraja 20. stoljeća pronađeni su prvi u svemiru, a zatim novi molekularni karbonski oblici _ Fullenenes i pojedine tvari i materijali nalik na fullerence i u laboratoriju. Krajem prošlog stoljeća na fullerenima (njihov prijem, istraživanje i upotrebu), do 1000 ili više publikacija objavljena je svake godine. Otkriveno je da se samoorganizacija fullenne strukture događa svuda: u prostoru, u prirodnim procesima na zemlji, u industrijskim procesima (obojena metalurgija), u laboratorijama. Nekretnine i struktura ovih materijala su toliko raznoliki i zanimljivi da se materijali sa fullenom počnu široko koristiti u industriji: od mikro i nanoelektronika do efikasnih lijekova.

Fullerenne materijale dobivene i trenutno proučavaju uključuju sljedeće:

? Fullerens. Oni čine molekularne kristalne krute tvari, često zbog velike veličine i visoke simetrije molekula _ plastičnih kristala bez taline. Formirani su molekuli koji imaju oblik ili sfera ili elipse, mada su moguće njihove druge kombinacije (hemisfere sa ugljičnim cilindrima). Moguće su višeslojne sfere ili elipse ("oolitičke" ili "bulbous" konstrukcije). Veličina molekula glavnog predstavnika Fullerensa je 1 nm, a u otopini molekula posjeduje svojstva Brownaan čestice;

Ugljični nanotubes. Formirani su od valjanih u različitim smjerovima grafitnih aviona i zatvorene na krajevima mrežnog karbonskih lakova. Takav "grafitni" nanotpube mogu biti jednoslojni i višeslojni. Potonji se može prevesti oksidacijom i jednim slojem u jednoslojni. Carbon NanoTubes možda su razgranirali i zavoje. U ovom slučaju gube originalnu "grafitnu" strukturu i ne nazivaju se "grafitom". Jednoslojni nanotpube imaju dimenzije promjera od 1 do 10 nm i dužinu od 100-1000 Nm i više i višeslojni promjera i dužinu 10-100 puta veće. Čvrsta tijela mogu se formirati iz nanotube pojaseva ili koloriče (ali kraće) formacije;

Ispunjeni fullerenes (endo derivati). Molekuli inertnih ili drugih gasova mogu se puniti, male organske i anorganske molekule, atomi metala (alkalina, alkalna zemlja, lantanide itd.). Unatoč poteškoćama i malog prinosa takvih derivata koji su svojstveni u njima, nekretnina su prisiljena da istražuju svoju sintezu i moguće aplikacije. Ovi derivati \u200b\u200bvećina njih imaju izuzetno niske ionizacione potencijale u odnosu na metale, a očigledno imaju metalna svojstva;

Ispunjeni ugljični nanotube. Pored gornjeg gornjeg gornjeg prečnika, mogu se koristiti fullerens;

Anorganski nanotpube (itd.).

Latentna literatura i upotreba materijala nalik na fullene izuzetno su raznoliki. Materijali slični fullenne imaju niz divnih karakteristika, uključujući hemijsku otpornost, visoku čvrstoću, krutost, udarnu viskoznost, toplotnu provodljivost i (što je možda najvažnija) električna provodljivost. Ovisno o finim značajkama molekularne simetrije fullerena i nanotubija, može postojati dielektrika, poluvodiči, posjedovati metalnu provodljivost i superprovodljivost visokog temperature. Ova svojstva u kombinaciji sa nanoznalnom geometrijom čine ih gotovo savršenim _ Možda čak i jedinstvenim _ materijalima za proizvodnju električnih žica, superprovodnica ili čitavih uređaja koji se mogu nazvati molekularnim proizvodima elektronike sa kompletnom bazom. Hemijska sklop elemenata različitih shema favorizira se nekretninama Fullenene, koja mogu formirati ione od +6 do _6 i u raznim matrinama _ komunikacija s donatorima, akumulatorima, slobodnim radikalima i jonivima. Fullenes se mogu koristiti i u kreiranju molekularnih optoelektronskih alata za femtosecond Fiber-optičke informacije. Polimerizacija fulterena sa elektronskim politikama ili jonizujućem izloženom omogućava dobivanje novih proizvodnje.

Carbon NanoTubes koriste se kao mikroskopi s skeniranjem sonde igle i na ekranima s emisijama polja, u kompozitnim materijalima velike čvrstoće, elektroničkim uređajima sa shemama iz kratkih nanotubija izloženih manipulacijom i montaži. Molekularna priroda fullenne materijala omogućava vam razvoj strategije kemijske skupštine ovih elemenata u prikladnu strukturu, materijale i eventualno molekularne elektroničke uređaje.

Građevinski nanomaterijali

Upotreba modernih konstrukcijskih materijala obično je ograničena na činjenicu da povećanje snage dovodi do smanjenja plastičnosti. Podaci o nanocompositima pokazuju da smanjenje strukturnih elemenata i dublje proučavanje fizike procesa deformacijske procese, koji određuju plastičnost nanostruktiranih materijala, može dovesti do stvaranja novih vrsta materijala koji kombinuju visoku čvrstoću i plastičnost.

Analiza domaćih i stranih studija provedenih u posljednjim godinama ukazuje na veliko obećanje o sljedećim glavnim smjerovima u razvoju konstrukcijskih materijala: proizvodnja nanostrukturiranih keramičkih i kompozitnih proizvoda tačnog oblika, stvaranje nanostruranih čvrstih legura za proizvodnju rezanja Alati s povećanim otporom na habanje i otpornost na udar, stvaranje nanostrukturiranih zaštitnih termo - i premaza otpornih na koroziju, stvaranje povećane čvrstoće i niske zapaljivosti polimernih kompozita sa punilama iz nanočestica i nanotubija.

U laboratorijskim studijama dobiveni su uzorci proizvoda od keramike nanofaze (gustoća na nivou od 0,98-0,99 od teorijske vrijednosti) na osnovu aluminijumskih oksida i brojne tranzijske metale. Eksperimentalno je potvrđen da gusta nanostruktualna keramika povećala plastičnost na relativno niskim temperaturama. Povećanje plastičnosti sa smanjenjem veličine čestica uzrokovan je kretanjem pomicanja nanokristalne žitarice u odnosu na sedni drugima kada se nosi opterećenje. U ovom slučaju, odsustvo poremećaja intergrene veze objašnjava se efektivnim difuzijskim prenosom atoma u sloju gotovo površinskog sloja čestica. U budućnosti povišena plastičnost znači mogućnost superplastičnog oblikovanja keramičkih i kompozitnih proizvoda, što eliminira potrebu za radnom i energetskom intenzivnom obradom materijala za završnu obradu visokog čvrstih materijala.

Posljednjih godina, posebno su razvijeni nanocompotit metal-keramički materijali na osnovu i, značajno superiorniji za nošenje otpora, snage i šok viskoznosti analozi s konvencionalnim mikrostrukturom. Povećane operativne karakteristike materijala nanokompozita nastaju zbog formiranja specifičnih kontinuiranih filamenatnih struktura u sinteru, formirajući se kao rezultat trodimenzionalnih kontakata između nanočestica različitih faza. Razvoj i uvod u industrijsku proizvodnu tehnologiju za stvaranje proizvoda nanocomposite pomoći će pomoći u rješavanju problema izrade visokokvalitetnih alata za rezanje.

Povećanje otpornosti na koroziju nanostrukturiranih premaza prije svega dovodi do smanjenja specifične koncentracije nečistoća na površini zrna kako se njihova veličina smanjuje. Čista površina pruža homogenu morfologiju i veću otpornost na koroziju međugraničnih granica. Nanastrukturirane premaze karakteriše ultra visoke čvrstoće. Jedan od glavnih mehanizama za očvršćivanje nastaje zbog utjecaja nakupljanja dislokacija u blizini prepreka koje se smanjuju dimenzijama zrna svojih granica. Važna prednost premaza sa nanoznalnom strukturom uzrokovana je visokom plastičnošću mogućnost preostalog naprezanja u njima, što omogućava izradu premaza debljine milimetra.

Upotreba neorganskih punila iz pudera nano-dimenzija u polimernoj matrici omogućava značajno povećati otpor vatre plastike, što je jedan od glavnih nedostataka kada ih koristi kao konstrukcijski materijali, jer su proizvodi za izgaranje polimera obično otrovne. Rezultati istraživanja pokazuju da se pad zapaljivosti može dovesti do samodeaktivnosti plamena. U ovom slučaju, punila na nanozakle praška ne smanjuju mehaničku čvrstoću i obradu materijala. Polimerni nanokompoziti imaju visoku ablativnu otpornost, što otvara izglede za njihovu upotrebu za zaštitu površine proizvoda koji djeluju pod uvjetima izlaganja visokim temperaturama.

Objavljeno na Allbest.ru.

Slični dokumenti

Metode za dobivanje nanomaterijala. Sinteza nanočestica u amorfnim i naređenim matrinama. Dobivanje nanočestica u nula-dimenzionalnim i jednodimenzionalnim nanoreactorima. Konstrukcijski tip zeoliti. Mezoporozne aluminozalicije, molekularne sito. Slojevi dvostruki hidroksidi.

kursevi, dodani 01.12.2014


Koncept toksičnosti i nanomunologija. Prednosti i nedostaci korištenja nanomaterijala. Laboratorijske studije o toksičnosti nanomaterijala. Studije o toksičnosti nanomaterijala o živim organizmima. Upotreba nanomaterijala u medicini.

sažetak, dodano 30.08.2011


Upotreba senzora gasa u automatskim vatrogasnim alarmnim sistemima. Glavne faze nanočestica i nanomaterijala. Mehanička svojstva nanomaterijala. Micelarni i polimer gelovi. Sol-gel Meteza sinteze tankih filmova s \u200b\u200bmetalnim solima.

kurseva, dodata 21.2.2016


Klasifikacija obojenih metala, karakteristike primjene i obrade. Efikasne metode zaštite obojenog metala od atmosferske korozije. Aluminij i legure aluminija. Metalni dirigent i poluvodički materijali, magnetski materijali.

kursni rad, dodano 02.09.2011


Pojava i razvoj nanotehnologije. Opće karakteristike tehnologije konsolidovanih materijala (prah, plastična deformacija, kristalizaciju iz amorfne države), tehnologija polimernih, poroznih, cevastih i bioloških nanomaterijala.

sažetak, dodano 19.04.2010


Klasifikacija obojenih metala, karakteristike njihove obrade i opsega. Proizvodnja aluminija i njegovih svojstava. Klasifikacija električnih materijala. Energetska razlika između metalnih provodnika iz poluvodiča i dielektrike.

kurseva, dodana 05.12.2010


Klasifikacija i glavna svojstva toplotnih izolacijskih materijala i proizvoda. Karakteristike njihovih pojedinačnih vrsta stvorenih na osnovu sintetičkih sirovina. Otpornost na prijenos topline vanjskih zidova zgrada. Metode za dobivanje visoko faze materijala.

sažetak, dodano 01.05.2017


Pregled moderne opreme za tanke filmove. Materijali i dizajni magnetrona za ion prskanje tankih filmova. Svrha, dizajnerski elementi operativne komore "ORATORIA-5". Glavne greške, metode za njihovo uklanjanje.

kurs, dodano 24.03.2013


Učinak padavina na strukturu, električnu i magnetnu svojstva kobaltnih filmova. Rendgenske difrakcijske studije kobaltnih filmova. Uticaj padavina na površinsku morfologiju i debljinu filmova. Troškovi amortizacije opreme.

teza, dodano 24.07.2014


Čvrsti legure i superhard kompozitni materijali: instrumentalno, strukturno, otporno na toplotu; Njihova svojstva i primjena. Poboljšanje tehnologije legure, modernog razvoja dobijanja aromatiziranih mineralnih inselamičkih spojeva.

Ograničenja za upotrebu nanomaterijala

Pokazalo se da se materijali sa nanoznalnom zrnom razlikuju u krhkost. Važno ograničenje za korištenje nanostrukturnih konstrukcijskih materijala je njihova tendencija itristalskoj koroziji zbog vrlo velike količine granica žitarica. S tim u vezi, ne mogu se preporučiti za rad u uvjetima doprinosa takvoj koroziji. Drugo važno ograničenje je nestabilnost strukture nanomaterijala, a, prema tome, nestabilnost njihovih fizikohemijskih i fizičkih i mehaničkih svojstava. Dakle, sa toplotnom, zračenjem, deformacijom itd. Uticaji su neizbježni procesi opuštanja, segregacije i homogenizacije. Prilikom oblikovanja proizvoda iz Nanopowdersa, održava se i problem takmičenja (lijepljenje nanočestica) u aglomeratima, što može komplicirati pripremu materijala s datom strukturom i distribucijom komponenti.

Treba napomenuti da je komercijalno tržište trenutno

najčešće su zastupljene takve nanomaterijale poput nanopowdersa

metali i legure, nanopowders oksidi (silicijum, gvožđe, antimon, aluminijum, titanijum), nanopowders niza karbida, ugljičnih nanofiblica, fullenne materijala.

Nanodisperski objekti dobivaju se u obliku sol, gela, koncentrirane disperzije ili praha, tankog filma, nanoporoznog tijela. Raspon metoda za njihovu pripremu izuzetno je širok. Postojeće metode dobijanja nanobjekata klasificirane su u skladu sa sljedećim karakteristikama:

Sinteza Strategija: potvrda se može zasnovati na disperzijskom procesu ili na procesu kondenzacije - u stranoj literaturi, ove su metode podijeljene u dvije grupe: "odozdo dolje", I.E. Smanjenje veličine, brušenja i "donje ur" - "odozdo gore", tj. Stvaranje nanostrukture iz manjih izvornih komponenti, tačnije iz atoma i molekula (živopisno oba pristupa ilustrira sl. 2.2);

Priroda procesa sinteze (fizički, hemijski ili biološki);

Koristi se u sintezi izvora energije (laserski, plazma, grijanje, smrzavanje, mehaničko, hidrotermalno, sagorijevanje itd.);

Sredstvo u kojem se formiraju nanočesti ili nanokrisci (NK) (plin, tečni ili bočni).

Izbor ove ili te tehnologije određuje se brojnim faktorima, koji uključuje fizička i hemijska svojstva dobivenih čestica, produktivnosti, energetskog intenziteta procesa, ekološke ljubaznosti itd.

Glavne metode dobivanja nanomaterijala mogu se podijeliti u brojne tehnološke grupe (Sl. 2.3): metode u prahu

metalurgija, metode zasnovane na proizvodnji amorfnih prekursora, površinskih tehnologija (stvaranje premaza i modificiranih slojeva s nanostrukom), metode zasnovane na korištenju intenzivne plastične deformacije i složenih metoda koje koriste nekoliko različitih tehnologija uzastopno ili paralelno.

Do danas su brojne metode za dobivanje nanomaterijala i u obliku nanopowdersa i u obliku inkluzija u poroznim ili monolitnim matricama. Istovremeno, Ferro i Ferrimagnetics, metali, poluvodiči, dielektrici itd. Mogu se ponašati kao nanophaza.

Prema Fendleru, najvažniji uvjeti za dobijanje nanomaterijala su:

1. Neudnosni sustavi. Gotovo svi nosnosistemi su termodinamički nestabilni, a dobiveni su u uvjetima koji su daleko od ravnoteže, koji omogućavaju postizanje spontanog nukleacije i izbjegavanje rasta i agregacije formiranih nanočestica.

2. Uniformnost nanočestica. Visoka hemijska homogenost nanomaterijal osigurana je ako su komponente odvojene tokom sinteze, kako unutar jedne nanopartikle i između čestica.

3. Monodperitet nanočestica. Svojstva nanočestica izuzetno su ovisna o njihovoj veličini, stoga, za dobivanje materijala s dobrim funkcionalnim karakteristikama, potrebno je koristiti čestice s dovoljno uskim distribucijom u veličini.

U budućnosti je pokazano da ovi uvjeti nisu uvijek obavezni za izvršenje. Na primjer, rješenja surfaktanata (micelarne konstrukcije, langmuir Film - mrlje, tekuće kristalne faze), ipak su termodinamički stabilne, oni poslužuju kao osnova za formiranje raznih nanostorture.

Sve metode dobivanja nanomaterijala mogu se podijeliti u nekoliko velikih grupa. Prva grupa uključuje takozvane visokoenergetske metode zasnovane na brzom kondenzaciji pare u uvjetima koji isključuju agregaciju i povećanje nastalih čestica. Glavne razlike između pojedinih metoda ove grupe sastoje se od metode isparavanja i stabilizacije nastalih nanočestica. Isparavanje se može izvesti pomoću pobude u plazmi (plazma-ark), lasersko zračenje (lasersko zračenje), volt luk (ugljeni ark) ili termički izlaganje. Kondenzacija se vrši ili u prisustvu surfaktanta čija adsorpcija na površini čestica usporava rast (skakanje pare); bilo na hladnoj podlozi kada je rast čestica ograničen na brzinu difuzije; Ili u prisustvu inertne komponente, što vam omogućava odabir nano kompozitnih materijala s različitim mikrostrukturima. Ako su komponente međusobno nerastvorljive, onda se veličina nanočestica može razlikovati pomoću toplotne obrade.

Druga grupa uključuje mehanemijske metode (kugla-mlinu), omogućujući da dobije nanokompoziti s zajedničkim brušenjem međusobno nerastvorljivih komponenti u planetarnim mlinovima ili tijekom propadanja solidnih rješenja za obrazmati nove faze pod djelovanjem mehaničkih naprezanja.

Treća grupa metoda zasniva se na korištenju prostora-ograničenih sistema - Nanoreactors (micele, kapi, filmovi itd.). Oni uključuju sintezu u pretvorenim micelerima, u Langmür filmovima - Cluceent i u adsorpcijskim slojevima. Jasno je da veličina čestica nastalih u isto vrijeme ne može prelaziti veličinu odgovarajućeg nanoreactora, stoga navedene metode omogućavaju dobivanje monodiispse sistema. Biomimetičke i biološke metode nanočesticle sinteze se također koriste, u kojima se biomolekule (proteini, DNK itd.) Koriste kao nanoreactors.

Četvrta grupa uključuje metode zasnovane na formiranju u rješenjima ultramikritičnih koloidnih čestica tokom polikondenzacije u prisustvu surfaktanata koji sprečavaju agregaciju.

Peta grupa uključuje hemijske metode za dobivanje visoko umjetničkih i sitno disperziranih struktura (metali Rike, Reney Nickel), na temelju uklanjanja jedne od komponenti mikrohepotejskog sistema kao rezultat hemijske reakcije ili anodnog raspuštanja. Ove metode uključuju i tradicionalnu metodu za proizvodnju nanokopozitiva učvršćivanjem staklene matrice ili soli s otopinom tvari, što rezultira kristalizacijom ove tvari u matrici (staklo modificirano po poluvodiču ili metalnim nanočesticama). U ovom slučaju, uvođenje neke tvari u matricu može se izvesti na dva načina: dodavanjem u topljenje (otopina), nakon čega slijedi otvrdnjavanje i direktno uvođenje u čvrstu matricu pomoću ionske implantacije.

Jedna od najčešćih hemijskih metoda za proizvodnju nano materijala je sinteza sol-gela. Uz IT, dobijaju se homogeni oksidni sustavi, čiju hemijsku modifikaciju (oporavak, sulfidaciju itd.) Dovodi do formiranja nanočestica odgovarajućeg materijala u matrici. Treba napomenuti da upotreba Sol-Gel metode omogućava dobivanje nanomaterijala sa poboljšanim funkcionalnim svojstvima zbog kontrole kompozicije i strukture srednjih proizvoda. Također je atraktivna i njena razumljivost u laboratorijskim uvjetima. Međutim, ova metoda ima ozbiljne nedostatke. Prvo, ne pruža monodiplere čestica. Drugo, ne dozvoljava da se pribave dvodimenzionalne i jednodimenzionalne nanostrukture, kao i prostorno naručene strukture koje se sastoje od nanočestica koje se nalaze na istoj udaljenosti, ili iz paralelnog nanoplastina sa međusobnoj inertnom matricom, koji se mogu sintetizirati u Nano reaktorima. Konačno, u nekim slučajevima priprema potrebnog nanokopozita nemoguća je zbog hemijske interakcije čestica sa agentom za geliranje.

Treba napomenuti da je upotreba besplatnih nanočestica i nanostrukture kao materijala vrlo teška zbog nestabilnosti tvari u nanokristalnom stanju. Kao što je gore navedeno, to je zbog povećanja specifične površine čestica dok oni smanjenje linearne dimenzije na nanometar, što dovodi do povećanja hemijske aktivnosti spoja i poboljšati procese agregacije. Kako bi se spriječilo agregaciju nanočestica i zaštititi ih od vanjskih utjecaja (na primjer, oksidaciju zračnog kisika), nanočestice ulaze u hemijski inertni matricu.

Analiza literaturu pokazuje da trenutno postoje desetine metoda izolacije matričnih izolacija nanostruktura, koje se mogu podijeliti u dvije grupe: pribavljanje besplatnih nanočestica, nakon čega slijedi uključivanje u inertnu matricu i izravnu formiranje nanostruktura u količini matrice u proces njegove hemijske modifikacije.

Prva grupa metoda karakteriše jednostavnost u implementaciji, ali nameće ozbiljna ograničenja na mogućnost odabira matrice. Kao potonji, organski polimerni spojevi koji se ne razlikuju visokom toplinskom stabilnošću i ne moraju uvijek posjedovati potrebna fizička svojstva (na primjer, visoku optičku prozirnost). Pored toga, procesi procesa agregacije nanočestica nisu isključeni.

Druga grupa metoda omogućava ne samo da izbjegavaju ove nedostatke, već direktno kontrolišu parametre nanočestica u matricu u fazi formacije, pa čak i mijenjaju ove parametre tokom rada materijala. Matrica koja se koristi u ove svrhe treba sadržavati strukturne praznine koje se mogu napuniti spojevima, naknadna izmjena koja dovodi do formiranja nanočestica u tim prazninama. Drugim riječima, ove praznine trebaju ograničiti reakcijsku zonu sa sudjelovanjem spojeva ugrađenih u njih, I.E. Djeluju u ulozi osebujnih nanoreactosora. Očito, odabir spojeva s različitim oblikom strukturnih praznina, može se izvesti sinteza nanostrukture razne morfologije i anisotropije.

Kao primjer, data je sinteza nanomaterijala pomoću matrica poroznih oksida (obično sio 2 ili al 2 oz). Međutim, zbog poremećaja porozne strukture takvih matrica i dovoljno široke distribucije pora u veličini uz pomoć gotovo je nemoguće dobiti zadovoljavajuće formirane nanosisteme. Obično se nanokompoziti dobiveni na osnovu poroznih oksidnih matrica koriste se u katalizi, gdje su zahtjevi za monodiže čestica i njihova morfologija tako visoki. Pored toga, kruta porozna struktura takvih matrica ne dopušta promjenu dimenzija i morfologije čestica tokom sinteze; Potonji, u pravilu, čvrsto ovisi o veličini i morfologiji Pora, I.E. Kada koristite jednu vrstu matrice, možete dobiti samo vrlo ograničen krug nanostruktura.

Ponekad za brzo usmjereno stvaranje nanočestica u matrici, pribjegava se dodatnim fizičkim utjecajima, poput ultrazvuka, mikrovalne pećnice i laserske zračenje.