Нанотехнология тўғрисида тушунча

Nanomateriallarni olish usullari

Nanomateriallarni olishning mavjud usullari qatoriga quyidagilar kiradi: fullerenlarni, uglerod nanotrubalarini olish uchun plazmadagi grafit elektrodlari orasidagi elektr yoy razryadidan foydalanish, fullerenlarni yuqori haroratda olishning gaz fazali usuli, yuqori haroratda uglevodorodlarning parchalanishi va katalizator, chang texnologiyasi, presslash va deformatsiya usullari, plyonka qoplamalarini fizik va kimyoviy choʻktirish usullari
Nanomateriallar
Fullerenlar tabiatda uglerod mavjudligining yangi shakli sifatida, uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan olmos va grafit bilan bir qatorda, 1985 yilda astrofiziklar yulduzlararo chang spektrlarini tushuntirishga harakat qilganlarida kashf etilgan. Ma'lum bo'lishicha, uglerod atomlari juda simmetrik C 60 molekulasini hosil qilishi mumkin. Bunday molekula diametri taxminan bir nanometr bo'lgan sharda joylashgan 60 ta uglerod atomidan iborat bo'lib, futbol to'piga o'xshaydi (6-rasm). L. Eyler teoremasiga muvofiq uglerod atomlari 12 ta muntazam beshburchak va 20 ta muntazam olti burchak hosil qiladi. Molekula beshburchak va olti burchakli uy qurgan arxitektor R.Fuller sharafiga nomlangan. Dastlab, C 60 oz miqdorda olingan, keyin esa 1990 yilda ularni keng miqyosda ishlab chiqarish texnologiyasi kashf etilgan.
Fulleritlar. C 60 molekulalari, o'z navbatida, yuz markazli kubik panjara va juda zaif molekulalararo bog'langan fullerit kristalini hosil qilishi mumkin. Bu kristall oktaedr va tetraedr bo'shliqlarga ega bo'lib, ularda begona atomlar bo'lishi mumkin. Agar oktaedral bo'shliqlar ishqoriy metall ionlari bilan to'ldirilgan bo'lsa (¦ = K (kaliy), Rb (rubidiy), Cs (seziy)), u holda xona haroratidan past haroratlarda bu moddalarning tuzilishi qayta tartibga solinadi va yangi polimer materiali ¦1C60 hosil bo'ladi. shakllangan. Agar tetraedral bo'shliqlar ham to'ldirilgan bo'lsa, u holda kritik harorati 20-40 K bo'lgan ¦3C60 o'ta o'tkazuvchan material hosil bo'ladi. Shtutgartdagi Maks Plank. Materialga o'ziga xos xususiyatlarni beradigan boshqa qo'shimchalar bilan fulleritlar mavjud. Masalan, C60-etilen ferromagnit xususiyatlarga ega. Kimyoning yangi sohasidagi yuqori faollik 1997 yilga kelib 9000 dan ortiq fulleren birikmalari mavjudligiga olib keldi.
Uglerod nanotubalari. Ugleroddan juda ko'p atomli molekulalarni olish mumkin. Bunday molekula, masalan, C=1000000, diametri taxminan bir nanometr, uzunligi bir necha o'n mikron bo'lgan bir qavatli naycha bo'lishi mumkin (7-rasm). Naycha yuzasida uglerod atomlari muntazam olti burchakli uchlarida joylashgan. Naychaning uchlari oltita muntazam beshburchak bilan yopilgan. dan tashkil topgan ikki o'lchovli yuzalarning hosil bo'lishida muntazam ko'pburchaklar tomonlari sonining rolini ta'kidlash kerak.

Guruch. 7. Xiral bo'lmagan nanotubalar: a - C(n, n) - metall;
b-c (n, 0): mod (n, 3) = 0 - yarim metall
mod(n, 3)!= 0 - yarim o'tkazgich.

Guruch. 8. Egri trubka
uglerod atomlari, uch o'lchovli fazoda. Muntazam olti burchakli tekis grafit varag'idagi hujayra bo'lib, ular turli xil chirallik (m, n) 3 ga o'ralishi mumkin. Muntazam beshburchaklar (heptagonlar) grafit varag'idagi mahalliy nuqsonlar bo'lib, uning ijobiy (salbiy) egriligini olish imkonini beradi. Shunday qilib, muntazam besh, olti va etti burchakli birikmalar uch o'lchovli fazoda uglerod sirtlarining turli shakllarini olish imkonini beradi (8-rasm). Ushbu nanostrukturalarning geometriyasi ularning noyob fizik-kimyoviy xususiyatlarini va shuning uchun ularni ishlab chiqarish uchun printsipial jihatdan yangi materiallar va texnologiyalarning mavjudligini aniqlaydi. Yangi uglerod materiallarining fizik-kimyoviy xossalarini bashorat qilish kvant modellari yordamida ham, molekulyar dinamika doirasidagi hisob-kitoblar yordamida ham amalga oshiriladi. Bir qatlamli quvurlar bilan bir qatorda ko'p qatlamli quvurlarni yaratish ham mumkin. Nanotubalarni ishlab chiqarish uchun maxsus katalizatorlar qo'llaniladi.
Yangi materiallarning o'ziga xosligi nimada? Keling, uchta muhim xususiyatga e'tibor qarataylik.
Super kuchli materiallar. Grafit varag'idagi uglerod atomlari orasidagi bog'lanishlar eng kuchli ma'lum, shuning uchun nuqsonsiz uglerod quvurlari po'latdan ikki baravar kuchliroq va po'latdan taxminan to'rt baravar engilroqdir! Yangi uglerodli materiallar sohasida texnologiyaning eng muhim vazifalaridan biri "cheksiz" uzunlikdagi nanotubalarni yaratishdir. Bunday quvurlar yangi asr texnologiyasi ehtiyojlari uchun eng yuqori quvvatga ega engil kompozit materiallarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Bular ko'priklar va binolarning quvvat elementlari, ixcham samolyotlarning yuk ko'taruvchi tuzilmalari, turbinalar, yoqilg'i sarfi juda past bo'lgan dvigatel quvvat bloklari va boshqalar. Ayni paytda ular diametri bir nanometrga teng bo'lgan o'nlab mikron uzunlikdagi quvurlar yasashni o'rgandilar.
yuqori o'tkazuvchan materiallar. Ma'lumki, kristalli grafitda qatlam tekisligi bo'ylab o'tkazuvchanlik ma'lum materiallar orasida eng yuqori va aksincha, qatlamga perpendikulyar yo'nalishda past bo'ladi. Shu sababli, nanotubalardan tayyorlangan elektr kabellari xona haroratida mis kabellardan ikki baravar yuqori elektr o'tkazuvchanligiga ega bo'lishi kutilmoqda. Etarli uzunlikdagi va etarli miqdorda quvurlarni ishlab chiqarish texnologiyasiga bog'liq,
nanoklasterlar
Nano-ob'ektlar to'plami o'nlab, yuzlab yoki minglab atomlardan tashkil topgan o'ta kichik zarralarni o'z ichiga oladi. Klasterlarning xususiyatlari bir xil tarkibdagi materiallarning makroskopik hajmlarining xususiyatlaridan tubdan farq qiladi. Nanoklasterlardan ham, yirik qurilish bloklaridan ham, oldindan belgilangan xususiyatlarga ega yangi materiallarni maqsadli ravishda loyihalash va ularni katalitik reaktsiyalarda, gaz aralashmalarini ajratish va gazlarni saqlash uchun ishlatish mumkin. Bir misol Zn 4 O(BDC) 3 (DMF) 8 (C 6 H 5 Cl) 4. O'tish metallari, lantinidlar va aktinidlar atomlaridan tashkil topgan magnit klasterlar katta qiziqish uyg'otadi. Ushbu klasterlar o'zlarining magnit momentlariga ega, bu ularning xususiyatlarini tashqi magnit maydon yordamida boshqarish imkonini beradi. Masalan, yuqori spinli organometall molekulasi Mn 12 O 12 (CH 3 COO) 16 (H 2 O) 4. Bu nafis konstruksiya tetraedrning uchlarida joylashgan spini 3/2 boʻlgan toʻrtta Mn 4+ ionidan va bu tetraedr atrofida spin 2 boʻlgan sakkizta Mn 3+ ionidan iborat. Marganets ionlari orasidagi o'zaro ta'sir kislorod ionlari tomonidan amalga oshiriladi. Mn 4+ va Mn 3+ ionlari spinlarining antiferromagnit o'zaro ta'siri 10 ga teng bo'lgan etarlicha katta umumiy spinga olib keladi. Asetat guruhlari va suv molekulalari Mn 12 klasterlarini molekulyar kristalda bir-biridan ajratib turadi. Kristaldagi klasterlarning o'zaro ta'siri juda kichik. Nanomagnitlar kvant kompyuterlari uchun protsessorlarni loyihalashda qiziqish uyg'otadi. Bundan tashqari, ushbu kvant tizimini o'rganishda bistabillik va histerezis hodisalari aniqlandi. Agar molekulalar orasidagi masofa taxminan 10 nanometr ekanligini hisobga olsak, bunday tizimdagi xotira zichligi kvadrat santimetr uchun 10 gigabaytga teng bo'lishi mumkin.