Nanomateriallar va dispers sistemalar kimyosi reja: Kirish 1 Nanomateriallar texnologiyasi asoslari Umumiy xarakteristikalar

Nano gözenekli materiallar (molekulyar elaklar)
Bular zeolit ​​va zeolitga o'xshash, shuningdek, gaz aralashmalarini diffuziya bilan ajratish uchun ham, funktsional nanozarrachalarni (kataliz uchun substratlar, emitentlar, sensorlar va boshqalar). ). Nano gözenekli materiallarni olishning texnologik usullari juda xilma-xildir: gidrotermik sintez, sol-gel jarayonlari, elektrokimyoviy usullar, karbidli materiallarni xlor bilan ishlov berish va boshqalarni qayta tiklash va boshqalar.
Polimerlar, dielektriklar va yarimo'tkazgichlar yuqori energiyali ionlar bilan ishlov berilganda, nanometr o'lchamdagi ion izlari deb ataladigan narsalar hosil bo'ladi, ulardan nanofiltrlar, nanotalar va boshqalarni yaratish mumkin. .
Tseolit ​​tipidagi nanokompozit molekulyar elaklarga kelsak, bunday matritsa tuzilmalarini olishning kamida ikkita usuli mavjud: kelajakdagi kompozitsiyaning nanozarralarini o'z ichiga olgan jeldan gözenekli materialni kristallashtirish va nanozarrachalarni sintez qilish. i n sayt ilgari zeolitlarga kiritilgan prekursorlardan.


3 Nanomateryallarni qo'llashning umumiy tavsifi

Kimyoviy bog'lanishning zamonaviy tavsifi fizikaning bir bo'limi bo'lgan kvant mexanikasi asosida amalga oshirilganligini ham ta'kidlaymiz. Kimyoviy bog'lanish zaryadlangan zarralar (yadro va elektronlar) o'rtasidagi o'zaro ta'sir orqali aniqlanadi. Ushbu o'zaro ta'sir elektromagnit deb ataladi.

Nanomateryallarni olish usullari mexanik, fizik, kimyoviy va biologik usullarga bo'linadi. Bular. Ushbu tasnif nanomaterial sintez jarayonining tabiatiga asoslanadi. Mexanik ishlab chiqarish usullari katta deformatsiya qiluvchi yuklarning ta'siriga asoslangan: ishqalanish, bosim, presslash, tebranish, kavitatsiya jarayonlari va boshqalar. Jismoniy ishlab chiqarish usullari fizik transformatsiyalarga asoslanadi: bug'lanish, kondensatsiya, sublimatsiya, tez sovutish yoki isitish, eritmani püskürtme va boshqalar. (Tasniflashning toʻliqligi va maʼlumot uchun) Kimyoviy usullarga asosiy dispersiya bosqichi quyidagilardan iborat boʻlgan usullar kiradi: elektroliz, qaytarilish, termik parchalanish. Olishning biologik usullari oqsil tanalarida sodir bo'ladigan biokimyoviy jarayonlardan foydalanishga asoslangan.
Mexanik usullar kuchlanish maydonining paydo bo'lishi va uning keyingi bo'shashishi zarralar reaktorda bo'lgan butun vaqt davomida emas, balki faqat zarrachalar to'qnashuvi paytida va undan keyin qisqa vaqt ichida sodir bo'ladi. Mexanik ta'sir ham mahalliydir, chunki u qattiq jismning butun massasida emas, balki kuchlanish maydoni paydo bo'lgan va keyin bo'shashgan joyda sodir bo'ladi. Dürtüsellik va mahalliylik tufayli katta yuklar qisqa vaqt davomida materialning kichik joylarida to'planadi. Bu materialda nuqsonlar, kuchlanishlar, kesish chiziqlari, deformatsiyalar va yoriqlar paydo bo'lishiga olib keladi. Natijada, modda eziladi, massa almashinuvi va tarkibiy qismlarni aralashtirish tezlashadi va qattiq reagentlarning kimyoviy o'zaro ta'siri faollashadi. Mexanik ishqalanish va mexanik qotishma natijasida, muvozanat sharoitida mumkin bo'lgandan ko'ra, qattiq holatda ba'zi elementlarning yuqori o'zaro eruvchanligiga erishish mumkin. Silliqlash sharli, sayyoraviy, tebranishli, vorteksli, giroskopik, reaktiv tegirmonlarda, attritorlarda amalga oshiriladi. Ushbu qurilmalarda silliqlash zarbalar va aşınmalar natijasida yuzaga keladi.Mexanik silliqlash usulining o'zgarishi mexanik-kimyoviy usuldir. Har xil komponentlar aralashmasi nozik maydalanganda ular orasidagi o'zaro ta'sir tezlashadi. Bundan tashqari, kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lishi mumkin, agar aloqa silliqlash bilan birga bo'lmasa, bunday haroratlarda umuman sodir bo'lmaydi. Bu reaksiyalar mexanik kimyoviy reaksiyalar deb ataladi. Ommaviy materiallarda nanostrukturani hosil qilish uchun nisbatan past haroratlarda namunalar strukturasida katta buzilishlarga erishish imkonini beruvchi maxsus mexanik deformatsiya sxemalaridan foydalaniladi.Shunday qilib, qattiq plastik deformatsiyaga quyidagi usullar kiradi:
Yuqori bosimli burilish;
Teng kanalli burchakli presslash (ECU-pressing);
Har tomonlama zarb qilish usuli;
Teng kanalli burchakli kaput (ECU-kaput);
Qum soati usuli;
Sürgülü ishqalanish usuli.
Hozirgi vaqtda natijalarning aksariyati dastlabki ikkita usul bilan olingan. So'nggi paytlarda turli xil muhitlarning mexanik ta'siridan foydalangan holda nanomateriallarni olish usullari ishlab chiqildi. Bu usullarga kavitatsion-gidrodinamik, tebranish usullari, zarba to'lqini usuli, ultratovushli silliqlash va detonatsiya sintezi kiradi.
Kavitatsiya-gidrodinamik usul turli dispersion muhitlarda nano changlarning suspenziyalarini olish uchun ishlatiladi. Kavitatsiya - lot.dan. "bo'shliq" so'zlari - gaz, bug 'yoki ularning aralashmasi bilan to'ldirilgan suyuqlikda (kavitatsion pufakchalar yoki g'orlar) bo'shliqlarning shakllanishi. Jarayon davomida suyuqlikda 10-3 - 10-5 s davomida 100 - 1000 MPa tartibli bosimlarda gaz-bug 'mikropufakchalarining paydo bo'lishi va yo'q qilinishi natijasida yuzaga keladigan kavitatsiya effektlari nafaqat suyuqliklarni, balki isitishga olib keladi. qattiq moddalar. Bu harakat qattiq zarrachalarning maydalanishiga olib keladi.
Ultrasonik silliqlash, shuningdek, kavitatsiya ta'sirining siqilish ta'siriga asoslanadi. Nanomateryallarni olishning tebranish usuli jarayonlar davomida minimal energiya sarfini va ko'p fazali muhitning yuqori darajadagi gomogenizatsiyasini ta'minlaydigan effektlar va hodisalarning rezonansli tabiatiga asoslangan. Operatsion printsipi shundaki, har qanday tomir ma'lum bir chastota va amplituda tebranish ta'siriga duchor bo'ladi.
Olmos nanozarralarini detonatsiya sintezi orqali olish mumkin. Usul yuz minglab atmosfera bosimiga va bir necha ming darajagacha bo'lgan haroratga erishgan holda portlash energiyasidan foydalanadi. Bu shartlar olmos fazasining termodinamik barqarorligi hududiga mos keladi. UD materiallarini olishning fizik usullariga purkash usullari, bug'lanish-kondensatsiya jarayonlari, vakuum-sublimatsiya texnologiyasi va qattiq holatni o'zgartirish usullari kiradi.


Xulosa

Nanomateryallarni olishning bir qancha usullari mavjud bo'lib, ularda dispersiya qattiq moddada agregatsiya holatini o'zgartirmasdan amalga oshiriladi. Massiv nanomateriallarni olish usullaridan biri amorf holatdan boshqariladigan kristallanish usuli hisoblanadi. Usul suyuq holatdan söndürme yo'li bilan amorf materialni olishni o'z ichiga oladi, so'ngra moddaning kristallanishi nazorat ostida isitish sharoitida amalga oshiriladi. Hozirgi vaqtda uglerod nanotubalarini olishning eng keng tarqalgan usuli grafit elektrodlarini yoy zaryadsizlanishi plazmasida termal püskürtme usuli hisoblanadi.

Sintez jarayoni geliy bilan to'ldirilgan kamerada yuqori bosim ostida amalga oshiriladi. Plazma yonishi jarayonida anodning qizg'in termal bug'lanishi sodir bo'ladi, shu bilan birga katodning so'nggi yuzasida uglerod nanotubalari hosil bo'lgan cho'kindi hosil bo'ladi. Olingan ko'p sonli nanotubalarning uzunligi taxminan 40 mkm. Ular katodda uning uchining tekis yuzasiga perpendikulyar ravishda o'sadi va diametri taxminan 50 mkm bo'lgan silindrsimon nurlarda to'planadi.
Nanomateryallarni olish usullarini o'rganish bo'yicha yetakchi NSTU va TPU, xususan, Oliy texnologiyalar fizikasi instituti bazasida biotexnologiya kafedrasi hisoblanadi.