2-Mavzu: Nanoobektlarning siniflanishi

2-Mavzu: Nanoobektlarning siniflanishi.

Nanokimyo fani nisbatan yosh fan, shuning uchun unda hali umumiy terminologiya yetilmagan, ta’riflar oxiriga olib borilmagan, tadqiqot obyektlari klassifikatsiyasi yaratilmagan. Shunga qaramasdan ko‘pchilik olimlar nanokimyo nanosistemalarni sintez qilish va ularni o‘rganish bilan shug‘ullanadi, deb xisoblaydilar. Nanosistema deganda biz o‘lchamlari 100 nm dan oshmagan nanozarrachalardan iborat muhitni tushunamiz. O‘z navbatida bunday nanozarracha yanada kichik bo‘lgan zarrachalardan – klasterlardan – moddaning eng kichik «g‘ishtlaridan» tuzilgan bo‘ladi. Klasterlarning o‘lchamlari 10 nm dan oshmaydi. Ana shu klasterlar darajasida har xil kvant effektlari (jarayonlari) namoyon bo‘ladi. Aytilganlarni tablitsaga solib keltiramiz, bu har xil ta’riflar ichida bizga adashib ketmaslikka yordam beradi:

2.1-Jadval

Zarracha xolati	bir necha atom	klasterlar	nanozarrachalar	kompakt jism
Zarracha diametri, nm	0,10,3	0,3 – 10	10 – 100	100 dan katta
Atomlar soni	1 - 10	10 - 106	106 - 109	109 dan katta

Hozirgi paytda qanday moddaligi, klasterning shakli va atomlar o‘rtasidagi bog‘lanish tipiga qarab juda ham ko‘p nanoobyektlar mavjud. Ulardan birinechta turini keltiramiz:

Inert gazlar atomlaridan tuzilgan zarrachalar. Bunday atomlarning elektron qobiqlari to‘yingan bo‘ladi, shuning uchun ular o‘zaro kuchsiz Van –der –Vals kuchlari bilan bog‘langan bo‘ladi. Bunday zarrachalar 10100K temperaturada yashaydi, temperatura 100K oshganda zarrachalar bo‘linib ketadi.


2.1-Rasm

Metall zarrachalar. Bir nechta atomdan iborat metall klasterlarda ham kovalent, ham metall bog‘lanish tiplari bo‘lishi mumkin. Metall nanozarrachalari katta reaksion tabiatga ega bo‘ladi va ko‘pincha katalizator sifatida ishlatiladilar.

Metall nanozarrachalari ko‘pincha oktaedr, ikosaedr, tetradekaedr shakliga ega bo‘ladilar (rasm 2.1).

Расм2.2
Fullerenlar va nanotrubkalar. Bu nanozarrachalar fan va texnikada juda katta rol o‘ynaydilar. Masalan, fullerenlar yangi xil moylar va antifriksion qoplamalar, yangi yoqilg‘i tiplari, olmosga o‘xshash o‘ta qattiq birikmalar, datchiklar, bo‘yoqlar va boshqa kerakli narsalarni yaratishda. Lekin o‘ta katta istiqbolli kelajakka nanotrubkalar ega bo‘lsa kerak. Haqiqatan ham, nanotrubkalarning tuzilishi mutaxassislar oldida juda katta imkoniyatlar yaratadi. Yuqorida aytgan edik-ki, nanotrubka – devori bir qavat bo‘lgan ichi bo‘sh silindr shaklidagi molekula, u taxminan 1000000 ta uglerod atomidan iborat, diametri 12 nm va uzunligi bir necha o‘n mikron. Uning devorida uglerod atomlari to‘g‘ri oltiburchaklarning uchlarida joylashgan bo‘ladi.

Nanotrubkalarning unikal xossalari bor: katta yuzasi, yaxshi elektro‘tkazuvchanlik, mustaxkamlik. Bu xossalar ularga juda ko‘p soxalarda qo‘llanishga imkon beradi. Masalan, ular asosida har xil protsesslar uchun kerakli katalizatorlarni tashuvchini yoki energiyaning yangi manbasini – yoqilg‘i yacheykalarini yaratish mumkin, bunday manbalar shunday kattalikdagi oddiy batareykadan 3 marta uzoq vaqt ishlashi mumkin. Agar shunday yacheykani uyali telefonga qo‘yilsa kutish rejimida ikki xafta turishi mumkin (hozirgi telefonlar 4 kun tura oladi).

Yoqilg‘i yacheykasi metil spirti bilan zapravka qilinadi, u reaksiya paytida kislorod va vodorodga parchalanadi, va natijada issiqlik va elektr energiyasi ajralib chiqadi. Bu protsessning effektivligi katalizatorning kattaligiga bog‘liq, shuning uchun nanotrubka devoriga o‘rnatilgan platina nanozarrachalari juda yaxshi katalizator sifatida xizmat qiladi.

NEC kompaniyasi yoqilg‘i yacheykasi o‘rnatilgan noutbuklarni 2005 yilning boshida chiqaraboshladi. O‘sha yili noutbuklarning avtonom xolda ishlashi 5 soat, 2006 yilda esa 50 soat bo‘lgan edi. Xozirgi paytda bir necha xaftaga yetgan bo‘lsa hech gap emas. Bunday yacheykalarni chiqarish ustida Motorola, Casio, Sony, Hitachi, Samsung kabi kompaniyalar ish olib boradilar.

Bilamiz-ki, kelajakda avtomobillar ekologik toza yoqilg‘i bo‘lmish vodorodga o‘tadi. Ana shu vodorodni yig‘ish va saqlash muammosini nanotrubkalar muvaffaqqiyat bilan yechaolar ekanlar. Dvigatellar uchun kerak energiya vodorod (H2) va kislorod (O2) o‘rtasida yuz beradigan reaksiya yordamida olinadi, bunda reaksiyaning «chiqindisi» sifatida N₂O (suv bug‘i) ajralib chiqadi. Avval mutaxassislar bunday avtomobilni chiqarishni rejalashtirishni xayollariga ham keltirmaganlar. Vodorod – eng yengil gaz, shuning uchun bir necha kilogramm vodorod katta ballonni talab qiladi. Demak, har bir avtomobilist o‘zi bilan birga katta ballonni olib yurishi kerak, bu esa juda noqulay. Palladiy nanozarrachalari yopishtirilgan nanotrubkalar esa o‘zining xajmidan minglarcha marta kata bo‘lgan hajmdagi vodorodni saqlay olar ekan, demak bu usul avtomobilni yanada quvvatli, arzon va ekologik toza qiladi.

Endi biroz fantaziya qilib ko‘raylik. Bilamiz-ki Quyoshda termoyadro reaksiyasi natijasida energiya paydo bo‘ladi – ikkita vodorod atomi birlashib geliy atomiga aylanadi, bunda juda katta energiya ajralib chiqadi. Shuning uchun Quyoshni vodorod yoqilg‘ili termoyadro yacheykasi deb atash mumkin. Ba’zibir mutaxassislarning aytishi bo‘yicha nanotexnologiya termoyadro yacheykalarini o‘ta kichik va arzon qilishi mumkin emish. Agar shu g‘oya amalga oshsa barmoqday keladigan batareykalarda miniatyur «quyoshcha» yonib turadi, avtomobillar yillar davomida vodorod bilan zapravka qilinmay yuraveradi.

Albatta, fizik olim bu gaplarni o‘qib – «bo‘lishi mumkin emas, bu g‘oya g‘irt fantaziyaning o‘zi», deyishi mumkin va unga hozir e’tiroz bildirish qiyin. Haqiqatan ham, termoyadro reaksiyasi yuz berishi uchun vodorod plazmasi 50100 million gradusga qizishi kerak, bunday temperaturada vodorod yadrolari o‘zaro to‘qnashib yangi yadroni sintez qiladilar va katta energiya ajralib chiqadi. Barmoq («palchikoviy») batareykasida sintez reaksiyasi qanday yuz beradi, uning uchun million graduslar kerakmi, yoki unda vodorod yadrolarini tezlatishning boshqa yo‘llari topiladimi? Nima bo‘lganda ham g‘oya ajoyib va u amalga oshsa sivilizatsiya hayotida revolyutsion o‘zgarishlar bo‘lishi turgan gap.

Fraktal klasterlar. Agar obyekt har tarafga qarab shohlab ketgan strukturaga ega bo‘lsa u fraktal obyekt deb ataladi. Qora kuya, kolloidlar, aerozol va aerogellar bunga misol bo‘laoladi.

Molekulyar klasterlar. Klasterlarning ko‘pchiligini molekulyar klasterlar deb atash mumkin. Ularning turi va soni juda ham ko‘p. Biz biladigan biologik makromolekulalarning ham ko‘pchiligi molekulyar klasterlardir. Quyida keltirilgan tablitsada nanokimyo fanining obyektlari keltirilgan:

2.2-Jadval

Nanozarrachalar	Nanosistemalar
Fullerenlar	Kristallar, eritmalar
Nanotrubkalar	Agregatlar, eritmalar
Oqsil molekulalari	Eritmalar, kristallar
Polimer molekulalari	Zollar, gellar
Noorganik nanokristallar	Aerozollar, kolloid eritmalar
Mitsellalar	Kolloid eritmalar
Nanobloklar	Qattiq jismlar
Lengmyur – Blodjett plyonkalari	Yuzida plenkaga ega jismlar
Gazlardagi klasterlar	Aerozollar
Jism qatlamlaridagi nanozarralar	Nanostrukturali plyonkalar