Νανοχημεία - αρχείο προγράμματος Gordon. Σύγχρονη νανοχημεία Ιστορία του σχηματισμού της νανοεπιστήμης

Νανοχημεία

Χημεία και Φαρμακολογία

Η νανοεπιστήμη αναδείχθηκε ως ανεξάρτητος κλάδος μόνο τα τελευταία 7-10 χρόνια. Η μελέτη των νανοδομών είναι μια κοινή κατεύθυνση για πολλούς κλασικούς επιστημονικούς κλάδους. Η νανοχημεία κατέχει μία από τις κορυφαίες θέσεις μεταξύ τους, καθώς ανοίγεται πρακτικά απεριόριστες δυνατότητεςγια ανάπτυξη, παραγωγή και έρευνα...

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΚΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ OMSK ΚΡΑΤΙΚΟ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΣΧΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ
ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΩΝ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Νανοχημεία

Συμπλήρωσε: μαθητής 1-ХО Kuklina N.E.

Έλεγχος: Ph.D., Αναπληρωτής Καθηγητής B.Ya.

Ομσκ 2008

§1. Ιστορία του σχηματισμού της νανοεπιστήμης…………………………………………………………………3

§2. Βασικές έννοιες της νανοεπιστήμης……………………………………………………………….5

§3. Χαρακτηριστικά της δομής και της συμπεριφοράς ορισμένων νανοσωματιδίων………………………………8

§4. Τύποι εφαρμοζόμενων χρήσεων της νανοχημείας…………………………………………………………………………………

§5. Μέθοδοι απόκτησης νανοσωματιδίων………………………………………………………………..10

§6. Νανοϋλικά και προοπτικές εφαρμογής τους………………………………………………………………………………………

Πηγές πληροφοριών………………………………………………………………………………………13

§1. Ιστορία του σχηματισμού της νανοεπιστήμης

1905 Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν απέδειξε θεωρητικά ότι το μέγεθος ενός μορίου σακχάρου είναι pκαι οι φλέβες είναι 1 νανόμετρο.

1931 Οι Γερμανοί φυσικοί Ernst Ruska και Max Knoll δημιούργησαν το ηλεκτρονικό μικροσκόπιοΟ πεδίο που παρέχει 10 15 -πλάσια αύξηση.

1932 Ο Ολλανδός καθηγητής Fritz Zernike εφηύρε την αντίθεση φάσης miΠρος την ροσκόπιο μια παραλλαγή ενός οπτικού μικροσκοπίου που βελτίωσε την ποιότητα εμφάνισης των λεπτομερειών της εικόναςΕΝΑ zheniya, και μελέτησε ζωντανά κύτταρα με τη βοήθειά του.

1939 Η Siemens, όπου εργαζόταν ο Ernst Ruska, παρήγαγε το πρώτο εμπορικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο με ανάλυση 10 nm.

1966 Ο Αμερικανός φυσικός Ράσελ Γιανγκ, ο οποίος εργαζόταν στο Εθνικό Γραφείο των Εκατό n βελάκια, εφηύρε τον κινητήρα που χρησιμοποιείται σήμερα στη σάρωση μικροσκοπίων σήραγγαςΟ σκοπευτικά και για τοποθέτηση νανοοργάνων με ακρίβεια 0,01 angstroms (1 νανόμετρο = 10 angstroms).

1968 Ο εκτελεστικός αντιπρόεδρος της Bell Alfred Cho και ο John Arthur, υπάλληλος του τμήματος έρευνας ημιαγωγών της, τεκμηρίωσαν τη θεωρητική δυνατότητα χρήσης της νανοτεχνολογίας στην επίλυση προβλημάτων επιφανειακής επεξεργασίας και στην επίτευξη ατομικής ακρίβειας στη δημιουργία ηλεκτρονικών συσκευών.

1974 Ο Ιάπωνας φυσικός Norio Taniguchi, ο οποίος εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, πρότεινε τον όρο «νανοτεχνολογία» (η διαδικασία διαίρεσης, συναρμολόγησης και αλλαγής της ύληςΕΝΑ ψάρεμα με την έκθεσή τους σε ένα άτομο ή ένα μόριο), το οποίο κέρδισε γρήγορα δημοτικότητα στους επιστημονικούς κύκλους.

1982 Στο Ερευνητικό Κέντρο της IBM Zurich, οι φυσικοί Gerd Binnig και Ge n Ο Rich Rohrer δημιούργησε ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM), το οποίο επιτρέπει σε κάποιον να κατασκευάσει μια τρισδιάστατη εικόνα της διάταξης των ατόμων στις επιφάνειες των αγώγιμων υλικών.

1985 Τρεις Αμερικανοί χημικοί: ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Rice Richard Smalley, καθώς και οι Robert Karl και Harold Kroto, ανακάλυψαν φουλερένια - μόρια που αποτελούνταιΕγώ που αποτελείται από 60 άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε σχήμα σφαίρας. Αυτοί οι επιστήμονες μπόρεσαν επίσης να μετρήσουν ένα αντικείμενο μεγέθους 1 nm για πρώτη φορά.

1986 Ο Gerd Binnig ανέπτυξε έναν μικροανιχνευτή ατομικής δύναμης σάρωσηςΟ εύρος, το οποίο τελικά κατέστησε δυνατή την οπτικοποίηση ατόμων οποιουδήποτε υλικού (όχι μόνοΟ οδηγούς), καθώς και να τους χειραγωγήσουν.

19871988 Στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Δέλτα υπό την ηγεσία του Π.Ν. Ο Λουσκίνοβιτς έθεσε σε λειτουργία την πρώτη ρωσική νανοτεχνολογική εγκατάσταση, η οποία πραγματοποίησε την κατευθυνόμενη διαφυγή σωματιδίων από την άκρη ενός καθετήρα μικροσκοπίου υπό την επίδραση θέρμανσης.

1989 Οι επιστήμονες Donald Eigler και Erhard Schwetzer από το Ερευνητικό Κέντρο IBM της Καλιφόρνια κατάφεραν να διατυπώσουν το όνομα της εταιρείας τους με 35 άτομα ξένον σε έναν κρύσταλλο νικελίου.

1991 Ο Ιάπωνας καθηγητής Sumio Lijima, ο οποίος εργάστηκε στο NEC, καιΜε χρησιμοποίησε φουλερένια για τη δημιουργία σωλήνων άνθρακα (ή νανοσωλήνων) με διάμετρο 0,8 nm.

1991 Το πρώτο πρόγραμμα νανοτεχνολογίας του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών ξεκίνησε στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η ιαπωνική κυβέρνηση ασχολείται επίσης με παρόμοιες δραστηριότητες.

1998 Cees Dekker, Ολλανδός καθηγητής ΠολυτεχνείοΗ Delfts, δημιούργησε ένα τρανζίστορ βασισμένο σε νανοσωλήνες. Για να γίνει αυτό, έπρεπε να είναι ο πρώτος στον κόσμο που θα άλλαζεμι να προσδιορίσετε την ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός τέτοιου μορίου.

2000 Ο Γερμανός φυσικός Franz Gissibl είδε υποατομικά σωματίδια σε πυρίτιο. Ο συνάδελφός του Robert Magerle πρότεινε την τεχνολογία νανοτομογραφίας για τη δημιουργία τρισδιάστατων R καμία εικόνα εσωτερική δομήουσίες με ανάλυση 100 nm.

2000 Η κυβέρνηση των ΗΠΑ άνοιξε το Εθνικό Ινστιτούτο ΝανοτεχνολογίαςΚαι πρωτοβουλία (NNI). Ο προϋπολογισμός των ΗΠΑ διέθεσε 270 εκατομμύρια δολάρια για αυτόν τον εμπορικό τομέαμι Οι κινεζικές εταιρείες επένδυσαν 10 φορές περισσότερα σε αυτό.

2002 Ο Cees Dekker συνέδεσε έναν σωλήνα άνθρακα με το DNA, δημιουργώντας ένα ενιαίο νανο e μηχανισμός.

2003 Ο καθηγητής Feng Liu από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα, χρησιμοποιώντας το έργο του Franz Gissibl, χρησιμοποίησε ένα ατομικό μικροσκόπιο για να κατασκευάσει εικόνες τροχιών ηλεκτρονίων αναλύοντας τη διαταραχή τους καθώς κινούνται γύρω από τον πυρήνα.

§2. Βασικές έννοιες της νανοεπιστήμης

Η νανοεπιστήμη εμφανίστηκε ως ανεξάρτητος κλάδος μόνο μετάρε ηλικία 7-10 ετών. Η μελέτη των νανοδομών είναι μια κοινή κατεύθυνση για πολλούς κλασικούς επιστημονικούς κλάδους. Η νανοχημεία κατέχει μία από τις κορυφαίες θέσεις μεταξύ τους, καθώς ανοίγει σχεδόν απεριόριστες δυνατότητες για την ανάπτυξη, παραγωγή και έρευνα νέων νανοϋλικών με συγκεκριμένες ιδιότητες, συχνά ανώτερης ποιότητας από τα φυσικά υλικά.

Νανοχημεία - είναι μια επιστήμη που μελετά τις ιδιότητες διαφόρων ιζημάτωνΤ δομών, καθώς και η ανάπτυξη νέων μεθόδων παραγωγής, μελέτης και τροποποίησής τους.

Το καθήκον προτεραιότητας της νανοχημείας είναιδημιουργώντας μια σχέση μεταξύ του μεγέθους των νανοσωματιδίωνΕΝΑ η στίτσα και οι ιδιότητές της.

Αντικείμενα έρευνας νανοχημείαςείναι σώματα με τέτοια μάζα που η ισοδύναμή τουςΚαι το μέγεθος σθένους παραμένει εντός του νανοπορτοκαλί (0,1 100 nm).

Τα αντικείμενα νανοκλίμακας καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ χύδην υλικών από τη μια πλευρά και ατόμων και μορίων από την άλλη. Η παρουσία τέτοιωνъ ects στα υλικά τους δίνει νέα χημική και φυσικές ιδιότητες. Τα νανοαντικείμενα είναι ένας ενδιάμεσος και συνδετικός κρίκος μεταξύ του κόσμου στον οποίο λειτουργούν.Ο μας κβαντική μηχανική, και έναν κόσμο στον οποίο ισχύουν οι νόμοι της κλασικής φυσικής.

Χαρακτηριστικά μεγέθη αντικειμένων στον περιβάλλοντα κόσμο

Η νανοχημεία μελετά την παρασκευή και τις ιδιότητες διαφόρων νανοσυστημάτων.Νανοσυστήματα αντιπροσωπεύουν ένα σύνολο σωμάτων που περιβάλλονται από ένα αέριο ή υγρό μέσο. Τέτοιο τμι Μπορούν να είναι πολυατομικά σμήνη και μόρια, νανοσταγονίδια και νανοκρύσταλλοι. Πρόκειται για ενδιάμεσες μορφές μεταξύ ατόμων και μακροσκοπικών σωμάτων. Μέγεθος συστημάτων περίπουΜε βρίσκεται εντός 0,1 100 nm.

Ταξινόμηση νανοχημικών αντικειμένων κατά κατάσταση φάσης

Το εύρος των αντικειμένων που μελετά η νανοχημεία διευρύνεται συνεχώς. Οι χημικοί πάντα προσπαθούσαν να καταλάβουν τι είναι το ιδιαίτερο των σωμάτων μεγέθους νανομέτρων. Αυτό οδήγησε στην ταχεία ανάπτυξη της κολλοειδούς και μακρομοριακής χημείας.

Στη δεκαετία του 80-90 του ΧΧ αιώνα, χάρη στις μεθόδους ηλεκτρονικής, ατομικής δύναμης και n nel μικροσκοπία, ήταν δυνατό να παρατηρηθεί η συμπεριφορά των νανοκρυστάλλων μετάλλων και nμι οργανικά άλατα, μόρια πρωτεϊνών, φουλερένια και νανοσωλήνες, και σε τα τελευταία χρόνιαΤΕΝΑ Αυτές οι παρατηρήσεις έγιναν ευρέως διαδεδομένες.

Αντικείμενα νανοχημικής έρευνας

Έτσι, μπορούν να διακριθούν τα ακόλουθα κύρια χαρακτηριστικά της νανοχημείας:

1. Οι γεωμετρικές διαστάσεις των αντικειμένων είναι σε κλίμακα νανομέτρων.
2. Εκδήλωση νέων ιδιοτήτων από αντικείμενα και τις συλλογές τους.
3. Ικανότητα ελέγχου και επακριβούς χειρισμού αντικειμένων.
4. Τα αντικείμενα και οι συσκευές που συναρμολογούνται με βάση τα αντικείμενα δέχονται νέους καταναλωτέςακίνητα bsky.

§3. Χαρακτηριστικά της δομής και της συμπεριφοράς ορισμένων νανοσωματιδίων

Νανοσωματίδια από άτομα ευγενούς αερίουείναι τα απλούστερα νανοαντικείμεναъ ects. Τα άτομα αδρανών αερίων με πλήρως γεμισμένα κελύφη ηλεκτρονίων αλληλεπιδρούν ασθενώς μεταξύ τους μέσω των δυνάμεων van der Waals. Όταν περιγράφονται τέτοια σωματίδια, χρησιμοποιείται το μοντέλο των σκληρών σφαιρών.

Μεταλλικά νανοσωματίδια. Σε μεταλλικά σμήνη πολλών ατόμων, τόσο ομοιοπολικών όσο και μεταλλικού τύπουδιαβιβάσεις. Τα μεταλλικά νανοσωματίδια είναι εξαιρετικά αντιδραστικά και συχνά χρησιμοποιούνται ως καταλύτες.ΕΝΑ torov. Τα μεταλλικά νανοσωματίδια παίρνουν συνήθως το κανονικό σχήμα ενός οκταέδρου, του εικονιδίουΕΝΑ εδρόνιο, τετραδεκάεδρο.

Φράκταλ συστάδεςπρόκειται για αντικείμενα με διακλαδισμένη δομή: αιθάλη, συνμεγάλο loids, διάφορα αεροζόλ και αερογέλη. Φράκταλ είναι ένα αντικείμενο στο οποίο, με την ηλικία,Με Με αυξανόμενη μεγέθυνση, μπορεί κανείς να δει πώς επαναλαμβάνεται η ίδια δομή σε αυτό σε όλα τα επίπεδα και σε οποιαδήποτε κλίμακα.

Μοριακές συστάδεςσυστάδες που αποτελούνται από μόρια. Οι περισσότερες κλάσειςμι η τάφρο είναι μοριακή. Ο αριθμός και η ποικιλία τους είναι τεράστια. Ειδικότερα, στα μόριαστο Πολλά βιολογικά μακρομόρια ανήκουν σε πολικά σμήνη.

Φουλερένια είναι κοίλα εσωτερικά σωματίδια που σχηματίζονται από πολύγωνα n εγκοπές των ατόμων άνθρακα που συνδέονται ομοιοπολικό δεσμό. Ιδιαίτερο μέροςανάμεσα στους πιο γεμάτουςμι νέο καταλαμβάνεται από ένα σωματίδιο 60 ατόμων άνθρακα C 60 , που μοιάζει με μικροσκοπική μπάλα ποδοσφαίρου.

Νανοσωλήνες Αυτά είναι κούφια μόρια στο εσωτερικό, που αποτελούνται από περίπου 1.000.000 atΟ άνθρακα και είναι σωλήνες μονής στρώσης με διάμετρο περίπου ένα νανόμετρο και μήκος αρκετές δεκάδες μικρά. Στην επιφάνεια του νανοσωλήνα, τα άτομα άνθρακα διαλύονταιΟ που βρίσκεται στις κορυφές κανονικών εξαγώνων.

§4. Τύποι εφαρμοζόμενων χρήσεων της νανοχημείας

Συμβατικά, η νανοχημεία μπορεί να χωριστεί σε:

• Θεωρητικός
• Πειραματικός
• Εφαρμοσμένος

Θεωρητική νανοχημείααναπτύσσει μεθόδους για τον υπολογισμό της συμπεριφοράς των νανοσωμάτων, λαμβάνοντας υπόψη παραμέτρους της κατάστασης των σωματιδίων όπως οι χωρικές συντεταγμένες και η ταχύτηταΟ μέγεθος, μάζα, χαρακτηριστικά της σύνθεσης, σχήμα και δομή κάθε νανοσωματιδίου.

Πειραματική νανοχημείααναπτύσσεται σε τρεις κατευθύνσεις.Ως μέρος του πρώτου Οι υπερευαίσθητες φασματικές μέθοδοι αναπτύσσονται και χρησιμοποιούνται, ναι Yu καθιστώντας δυνατή την κρίση της δομής των μορίων που περιέχουν δεκάδες και εκατοντάδες άτομα.Μέσα στο δεύτεροκατευθύνσεις, φαινόμενα υπό τοπική (τοπική) ηλεκτρικήμι μαγνητικές ή μηχανικές επιδράσεις στα νανοσώματα, που υλοποιούνται με χρήση νανοανιχνευτών και ειδικών χειριστών.Ως μέρος του τρίτουΚαθορίζω τις κατευθύνσειςΤ Μακροκινητικά χαρακτηριστικά Xia συλλογικοτήτων νανοσωμάτων και n συναρτήσεις κατανομήςΕΝΑ Σημείωση σύμφωνα με τις παραμέτρους κατάστασης.

Εφαρμοσμένη νανοχημείαπεριλαμβάνει:

• Ανάπτυξη θεωρητικές βάσειςεφαρμογές των νανοσυστημάτων στη μηχανική και τη νανοτεχνολογίαΟ λογολογία, μέθοδοι πρόβλεψης της ανάπτυξης συγκεκριμένων νανοσυστημάτων υπό τις συνθήκες τους καιΜε χρήση, καθώς και αναζήτηση βέλτιστους τρόπουςλειτουργία (τεχνικήκαι νοχημεία).
• Δημιουργία θεωρητικών μοντέλων συμπεριφοράς νανοσυστημάτων κατά τη σύνθεση νανοσωματιδίωνμι ριάλια και αναζήτηση βέλτιστες συνθήκεςπαραγωγή τους (συνθετική νανοχημεία).
• Μελέτη βιολογικών νανοσυστημάτων και δημιουργία μεθόδων χρήσης νανομέτρωνΚαι στέλεχος μέσα ιατρικούς σκοπούς(ιατρική νανοχημεία).
• Ανάπτυξη θεωρητικών μοντέλων σχηματισμού και μετανάστευσης νανοσωματιδίων στο περιβάλλονστο σκληρό περιβάλλον και μέθοδοι καθαρισμού φυσικών υδάτων ή αέρα από νανοσωματίδια (πΟ λογική νανοχημεία).

§5. Μέθοδοι λήψης νανοσωματιδίων

Βασικά, όλες οι μέθοδοι για τη σύνθεση νανοσωματιδίων μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες:

Μέθοδοι διασποράς, ή μεθόδους για τη λήψη νανοσωματιδίων με άλεση ενός συμβατικού μακροδείγματος

μέθοδοι συμπύκνωσης, ή μεθόδους «ανάπτυξης» νανοσωματιδίων από μεμονωμένα άτομα.

Μέθοδοι διασποράς

Με τις μεθόδους διασποράς, τα αρχικά σώματα συνθλίβονται σε νανοσωματίδια. Αυτή η προσέγγιση για την απόκτηση νανοσωματιδίων ονομάζεται μεταφορικά από ορισμένους επιστήμονες“Προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω” . Αυτός είναι ο απλούστερος από όλους τους τρόπους δημιουργίας νανοσωματιδίων, ένα είδος «κρέατος»Ο κοπή» για μακροσώματα. Αυτή η μέθοδοςχρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή υλικών για μικροηλεκτρονική, συνίσταται στη μείωση του μεγέθους των αντικειμένων σε μεγέθη νανοκλίμακας εντός των δυνατοτήτων βιομηχανικός εξοπλισμόςκαι το υλικό που χρησιμοποιείται. ΚΑΙη Είναι δυνατή η άλεση μιας ουσίας σε νανοσωματίδια όχι μόνο μηχανικά. Η ρωσική εταιρεία Advanced Powder Technologies παράγει νανοσωματίδια με την έκρηξη ενός μεταλλικού νήματος με ισχυρό παλμό ρεύματος.

Υπάρχουν επίσης πιο εξωτικοί τρόποι απόκτησης νανοσωματιδίων. Αμερικανοί επιστήμονες συνέλεξαν μικροοργανισμούς από φύλλα συκιάς το 2003Ροδόκοκκος και τα τοποθετούμε σε διάλυμα που περιέχει χρυσό. Τα βακτήρια λειτουργούσαν ως χημική ουσίαΜε σταθεροποιητικό παράγοντα, συλλέγοντας καθαρά νανοσωματίδια με διάμετρο περίπου 10 nm από ιόντα αργύρου. Κατασκευάζοντας νανοσωματίδια, τα βακτήρια αισθάνθηκαν φυσιολογικά και συνέχισαν να πολλαπλασιάζονται.

Συμπύκνωσημεθόδους

Με μεθόδους συμπύκνωσης («προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω») τα νανοσωματίδια λαμβάνουν nστο θέματα ενοποίησης μεμονωμένων ατόμων. Η μέθοδος είναι αυτή σε ελεγχόμενηΜε Σε αυτές τις συνθήκες, σχηματίζονται σύνολα ατόμων και ιόντων. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται νέα αντικείμενα με νέες δομές και, κατά συνέπεια, με νέες ιδιότητες, οι οποίες μπορούν να προγραμματιστούν αλλάζοντας τις συνθήκες για το σχηματισμό συνόλων. Αυτόρε Αυτή η κίνηση διευκολύνει την επίλυση του προβλήματος της μικρογραφίας αντικειμένων και μας φέρνει πιο κοντά στην επίλυση ορισμένων προβλημάτων λιθογραφίας. υψηλής ανάλυσης, δημιουργώντας νέους μικροεπεξεργαστές, λεπτές πολυμερείς μεμβράνες, νέους ημιαγωγούς.

§6. Νανοϋλικά και προοπτικές εφαρμογής τους

Η έννοια των νανοϋλικών διατυπώθηκε για πρώτη φορά τοΔεκαετία του 80 του ΧΧ αιώνα από τον G. Gleiter, ο οποίος εισήγαγε τον ίδιο τον όρο στην επιστημονική χρήση "νανοϋλικό " Εκτός από τα παραδοσιακά νανοϋλικά (όπως χημικά στοιχεία και ενώσεις, άμορφες ουσίες, μέταλλα και τα κράματά τους), αυτά περιλαμβάνουν νανοημιαγωγούς, νανοπολυμερή, nΕΝΑ μη πορώδη υλικά, νανοσκόνες, πολυάριθμες νανοδομές άνθρακα, nΕΝΑ μη βιοϋλικά, υπερμοριακές δομές και καταλύτες.

Παράγοντες που καθορίζουν μοναδικές ιδιότητεςνανοϋλικά, είναι τα διαστατικά, ηλεκτρονικά και κβαντικά αποτελέσματα των νανοσωματιδίων που τα σχηματίζουν, καθώς και η πολύ ανεπτυγμένη επιφάνειά τους. Πολυάριθμες μελέτες το έχουν δείξεισι Σημαντικές και τεχνικά ενδιαφέρουσες αλλαγές στις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των νανοϋλικών (αντοχή, σκληρότητα, κ.λπ.) συμβαίνουν στο εύρος μεγέθους σωματιδίων από αρκετά nΕΝΑ αριθμοί έως 100 nm. Επί του παρόντος, πολλά νανοϋλικά βασισμένα σε νιτρίδια και βορίδια με μέγεθος κρυσταλλίτη περίπου 12 nm ή λιγότερο έχουν ήδη ληφθεί.

Λόγω των ειδικών ιδιοτήτων των νανοσωματιδίων που βρίσκονται κάτω από αυτά, τέτοια χαλάκιαμι Τα ριάλ είναι συχνά ανώτερα από τα «κανονικά» από πολλές απόψεις. Για παράδειγμα, μετα-ισχύςμεγάλο Το la που λαμβάνεται με τη βοήθεια της νανοτεχνολογίας υπερβαίνει την αντοχή του συμβατικού υλικού κατά 1,53 φορές, η σκληρότητά του είναι 5070 φορές μεγαλύτερη και η αντίστασή του στη διάβρωση είναι 1012 φορές μεγαλύτερη.

Τομείς εφαρμογής νανοϋλικών:

• στοιχεία της νανοηλεκτρονικής και της νανοφωτονικής (τρανζίστορ ημιαγωγών και λέιζερ, φωτοανιχνευτές, ηλιακά κύτταρα, διάφοροι αισθητήρες)
• εξαιρετικά πυκνές συσκευές καταγραφής πληροφοριών
• τηλεπικοινωνίες, τεχνολογίες πληροφορικής και υπολογιστών, αν r υπολογιστές
• εξοπλισμός βίντεο επίπεδες οθόνες, οθόνες, βιντεοπροβολείς
• μοριακές ηλεκτρονικές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των διακοπτών και των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε λειτουργία μοριακό επίπεδο
• κυψέλες καυσίμου και συσκευές αποθήκευσης ενέργειας
• συσκευές μικρο- και νανομηχανικής, συμπεριλαμβανομένων μοριακών κινητήρων και νανοκινητήρων, νανορομπότ
• νανοχημεία και κατάλυση, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου καύσης, της επίστρωσης, της ηλεκτρικήςΠρος την τροχχημείας και φαρμακευτικών προϊόντων
• συσκευές παρακολούθησης της κατάστασης της αεροπορίας, του διαστήματος και των αμυντικών εφαρμογώνΕγώ νια περιβάλλον
• στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων και πρωτεϊνών, βιοπολυμερή και επούλωση βιολογικών ιστών, κλινική και ιατρική διάγνωση, δημιουργία τεχνητών μυώνστο ψάρεμα, οστά, εμφύτευση ζωντανών οργάνων
• εμβιομηχανική, γονιδιωματική, βιοπληροφορική, βιοεργαλεία
• καταγραφή και ταυτοποίηση καρκινογόνων ιστών, παθογόνων και βιολογικά επιβλαβών παραγόντων· ασφάλεια σε γεωργίακαι στην παραγωγή τροφίμων.

Η περιοχή του Ομσκ είναι έτοιμη να αναπτύξει τη νανοτεχνολογία

Η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας είναι ένας από τους τομείς προτεραιότητας για την ανάπτυξη της επιστήμης, της τεχνολογίας και της μηχανικής στην περιοχή του Ομσκ.

Έτσι, στο παράρτημα του Ομσκ του Ινστιτούτου Φυσικής Ημιαγωγών SB RAS, διεξάγεται έρευναη εργασίες για τη νανοηλεκτρονική, και στο Ινστιτούτο Προβλημάτων Επεξεργασίας Υδρογονανθράκων του SB RAS, βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες για την απόκτηση στηρίξεων και καταλυτών νανοπορώδους άνθρακα.

Πηγές πληροφοριών:

• http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
• http://www.rambler.ru/news
• ht tp : // Nanometer.ru
• http://www.nanonewsnet.ru/ 67 KB Εξοπλισμός μαθήματος: Παρουσίαση Η αρχή του Μεγάλου Πατριωτικός Πόλεμοςόπου χρησιμοποιείται ένας χάρτης της αρχικής περιόδου του πολέμου, ένα διάγραμμα για την ετοιμότητα της Γερμανίας και της ΕΣΣΔ για τον Μεγάλο Πατριωτικό

Τα μαθήματα εξ αποστάσεως εκπαίδευσης είναι σύγχρονη μορφήαποτελεσματικός επιπρόσθετη εκπαίδευσηκαι προηγμένη εκπαίδευση στον τομέα της εκπαίδευσης ειδικών για την ανάπτυξη πολλά υποσχόμενων τεχνολογιών για την απόκτηση λειτουργικών υλικών και νανοϋλικών. Αυτή είναι μια από τις πολλά υποσχόμενες μορφές που αναπτύσσονται σε όλο τον κόσμο. σύγχρονη εκπαίδευση. Αυτή η μορφή απόκτησης γνώσης είναι ιδιαίτερα σημαντική σε ένα τέτοιο διεπιστημονικό πεδίο όπως τα νανοϋλικά και η νανοτεχνολογία. Τα πλεονεκτήματα των μαθημάτων εξ αποστάσεως είναι η προσβασιμότητά τους, η ευελιξία στην κατασκευή εκπαιδευτικές διαδρομές, βελτίωση της αποτελεσματικότητας και της αποδοτικότητας της διαδικασίας αλληλεπίδρασης με τους ακροατές, η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας σε σύγκριση με πλήρης απασχόληση, το οποίο όμως μπορεί να συνδυαστεί αρμονικά με προπόνηση εξ αποστάσεως. Στον τομέα των θεμελιωδών αρχών της νανοχημείας και των νανοϋλικών, έχει προετοιμαστεί βίντεο από το Επιστημονικό και Εκπαιδευτικό Κέντρο Νανοτεχνολογιών του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας:

• . Βασικές έννοιες και ορισμοί επιστημών και νανοτεχνολογιών νανοσυστημάτων. Ιστορία της εμφάνισης της νανοτεχνολογίας και των επιστημών νανοσυστημάτων. Διεπιστημονικότητα και πολυεπιστημονικότητα. Παραδείγματα νανοαντικειμένων και νανοσυστημάτων, χαρακτηριστικά και τεχνολογικές εφαρμογές τους. Αντικείμενα και μέθοδοι νανοτεχνολογίας. Αρχές και προοπτικές για την ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας.
• . Βασικές αρχές σχηματισμού νανοσυστημάτων. Φυσικές και χημικές μέθοδοι. Διαδικασίες για τη λήψη νανοαντικειμένων «από πάνω προς τα κάτω». Κλασική, «μαλακή», μικροσφαίρα, δέσμη ιόντων (FIB), AFM - λιθογραφία και νανοχαρακτηρισμός. Μηχανική ενεργοποίηση και μηχανοσύνθεση νανοαντικειμένων. Διαδικασίες για την απόκτηση νανοαντικειμένων «από κάτω προς τα πάνω». Διεργασίες πυρηνοποίησης σε αέρια και συμπυκνωμένα μέσα. Ετερογενής πυρήνωση, επιταξία και ετεροεπιταξία. Σπονδυλική αποσύνθεση. Σύνθεση νανοαντικειμένων σε άμορφες (υαλώδεις) μήτρες. Μέθοδοι χημικής ομογενοποίησης (συνκαταβύθιση, μέθοδος sol-gel, κρυοχημική τεχνολογία, πυρόλυση αερολύματος, διαλυτοθερμική επεξεργασία, υπερκρίσιμη ξήρανση). Ταξινόμηση νανοσωματιδίων και νανοαντικειμένων. Τεχνικές λήψης και σταθεροποίησης νανοσωματιδίων. Συσσωμάτωση και διάσπαση νανοσωματιδίων. Σύνθεση νανοϋλικών σε μονοδιάστατους και δισδιάστατους νανοαντιδραστήρες.
• . Στατιστική φυσική των νανοσυστημάτων. Χαρακτηριστικά των μεταβάσεων φάσης σε μικρά συστήματα. Τύποι ενδο- και διαμοριακών αλληλεπιδράσεων. Υδροφοβία και υδροφιλικότητα. Αυτοσυναρμολόγηση και αυτοοργάνωση. Σχηματισμός μικκυλίων. Αυτοσυναρμολογούμενες μονοστρώσεις. Ταινίες Langmuir-Blodgett. Υπερμοριακή οργάνωση μορίων. Μοριακή αναγνώριση. Μακρομόρια πολυμερών, μέθοδοι παρασκευής τους. Αυτο-οργάνωση σε πολυμερή συστήματα. Μικροφασικός διαχωρισμός συμπολυμερών κατά συστάδες. Δενδριμερή, βούρτσες πολυμερών. Αυτοσυναρμολόγηση στρώμα-στρώμα πολυηλεκτρολυτών. Υπερμοριακά πολυμερή.
• . Ουσία, φάση, υλικό. Ιεραρχική δομή υλικών. Νανοϋλικά και η ταξινόμηση τους. Ανόργανα και οργανικά λειτουργικά νανοϋλικά. Υβριδικά (οργανικά-ανόργανα και ανόργανα-οργανικά) υλικά. Βιομεταλλοποίηση και βιοκεραμική. Νανοδομημένα υλικά 1D, 2D και 3D. Μεσοπορώδη υλικά. Μοριακά κόσκινα. Τα νανοσύνθετα και οι συνεργιστικές τους ιδιότητες. Δομικά νανοϋλικά.
• . Κατάλυση και νανοτεχνολογία. Βασικές αρχές και έννοιες στην ετερογενή κατάλυση. Επίδραση των συνθηκών παρασκευής και ενεργοποίησης στο σχηματισμό της ενεργής επιφάνειας ετερογενών καταλυτών. Αντιδράσεις ευαίσθητες στη δομή και μη ευαίσθητες στη δομή. Ειδικότητα των θερμοδυναμικών και κινητικών ιδιοτήτων των νανοσωματιδίων. Ηλεκτροκατάλυση. Κατάλυση σε ζεόλιθους και μοριακά κόσκινα. Κατάλυση μεμβράνης.
• . Πολυμερή για δομικά υλικά και λειτουργικά συστήματα. «Έξυπνα» πολυμερή συστήματα ικανά να εκτελούν πολύπλοκες λειτουργίες. Παραδείγματα «έξυπνων» συστημάτων (πολυμερή υγρά για παραγωγή λαδιού, έξυπνα παράθυρα, νανοδομημένες μεμβράνες για κυψέλες καυσίμου). Τα βιοπολυμερή ως τα πιο «έξυπνα» συστήματα. Βιομιμητική προσέγγιση. Σχεδιασμός ακολουθίας για βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων των έξυπνων πολυμερών. Προβλήματα μοριακής εξέλιξης αλληλουχιών σε βιοπολυμερή.
• . Εξετάζονται η τρέχουσα κατάσταση και τα προβλήματα δημιουργίας νέων υλικών για χημικές πηγές ενέργειας: κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFC) και μπαταρίες λιθίου. Αναλύονται βασικοί δομικοί παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδιότητες διαφόρων ανόργανων ενώσεων, οι οποίες καθορίζουν τη δυνατότητα χρήσης τους ως υλικά ηλεκτροδίων: σύνθετοι περοβσκίτες σε SOFC και ενώσεις μετάλλων μετάπτωσης (σύνθετα οξείδια και φωσφορικά άλατα) σε μπαταρίες λιθίου. Τα κύρια υλικά ανόδου και καθόδου που χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες λιθίου και αναγνωρίζονται ως πολλά υποσχόμενα εξετάζονται: τα πλεονεκτήματα και οι περιορισμοί τους, καθώς και η δυνατότητα υπέρβασης των περιορισμών με κατευθυνόμενες αλλαγές στην ατομική δομή και μικροδομή των σύνθετων υλικών μέσω νανοδομής, προκειμένου να βελτιωθούν τα χαρακτηριστικά των τρεχουσών πηγών.

Επιλεγμένα θέματα συζητούνται στα ακόλουθα κεφάλαια του βιβλίου (Binom Publishing):

Ενδεικτικά υλικά για νανοχημεία, αυτοσυναρμολογούμενες και νανοδομημένες επιφάνειες:

Επιστημονικά δημοφιλή "βιντεοβιβλία":

Επιλεγμένα κεφάλαια νανοχημείας και λειτουργικών νανοϋλικών.

Για την έννοια της νανοτεχνολογίας, ίσως δεν υπάρχει εξαντλητικός ορισμός, αλλά κατ' αναλογία με τις υπάρχουσες μικροτεχνολογίες, προκύπτει ότι οι νανοτεχνολογίες είναι τεχνολογίες που λειτουργούν με ποσότητες της τάξης του νανομέτρου. Επομένως, η μετάβαση από το "micro" στο "nano" είναι μια ποιοτική μετάβαση από τον χειρισμό της ύλης στον χειρισμό μεμονωμένων ατόμων. Όταν πρόκειται για την ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας, εννοούμε τρεις κατευθύνσεις: την παραγωγή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων (συμπεριλαμβανομένων των ογκομετρικών) με ενεργά στοιχεία με διαστάσεις συγκρίσιμες με αυτές των μορίων και των ατόμων. ανάπτυξη και παραγωγή νανομηχανών· χειρισμός μεμονωμένων ατόμων και μορίων και συναρμολόγηση μακρο-αντικειμένων από αυτά. Οι εξελίξεις σε αυτούς τους τομείς συνεχίζονται εδώ και πολύ καιρό. Το 1981 δημιουργήθηκε ένα μικροσκόπιο σήραγγας που επιτρέπει τη μεταφορά μεμονωμένων ατόμων. Το φαινόμενο της σήραγγας είναι ένα κβαντικό φαινόμενο της διείσδυσης ενός μικροσωματιδίου από μια κλασικά προσβάσιμη περιοχή κίνησης σε μια άλλη, που χωρίζεται από την πρώτη από ένα φράγμα δυναμικού. Η βάση του μικροσκοπίου που εφευρέθηκε είναι μια πολύ αιχμηρή βελόνα, που ολισθαίνει πάνω από την υπό μελέτη επιφάνεια με διάκενο μικρότερο από ένα νανόμετρο. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια από το άκρο της σήραγγας της βελόνας περνούν μέσω αυτού του κενού στο υπόστρωμα.

Ωστόσο, εκτός από την επιφανειακή έρευνα, άνοιξε θεμελιωδώς η δημιουργία ενός νέου τύπου μικροσκοπίων νέος τρόποςσχηματισμός στοιχείων μεγέθους νανομέτρων. Ελήφθησαν μοναδικά αποτελέσματα σχετικά με την κίνηση των ατόμων, την αφαίρεση και την απόθεσή τους μέσα δεδομένο σημείο, καθώς και τοπική διέγερση χημικές διεργασίες. Από τότε, η τεχνολογία έχει βελτιωθεί σημαντικά. Σήμερα αυτά τα επιτεύγματα χρησιμοποιούνται σε Καθημερινή ζωή: η παραγωγή οποιωνδήποτε δίσκων λέιζερ, και ακόμη περισσότερο η παραγωγή DVD, είναι αδύνατη χωρίς τη χρήση νανοτεχνικών μεθόδων ελέγχου.

Η νανοχημεία είναι η σύνθεση νανοδιασπαρμένων ουσιών και υλικών, ρύθμιση χημικών μετασχηματισμών σωμάτων μεγέθους νανομέτρου, πρόληψη χημικής υποβάθμισης νανοδομών, μέθοδοι θεραπείας ασθενειών με χρήση νανοκρυστάλλων.

Τα ακόλουθα είναι τα πεδία έρευνας στη νανοχημεία:

• - ανάπτυξη μεθόδων για τη συναρμολόγηση μεγάλων μορίων από άτομα με χρήση νανοχειριστών.
• - μελέτη ενδομοριακών αναδιατάξεων ατόμων υπό μηχανικές, ηλεκτρικές και μαγνητικές επιδράσεις. Σύνθεση νανοδομών σε υπερκρίσιμες ροές ρευστών. ανάπτυξη μεθόδων για κατευθυνόμενη συναρμολόγηση με το σχηματισμό φράκταλ, πλαισίου, σωληνοειδούς και στηλών νανοδομών.
• - ανάπτυξη της θεωρίας της φυσικοχημικής εξέλιξης υπερδιασπαρμένων ουσιών και νανοδομών. δημιουργία τρόπων για την πρόληψη της χημικής υποβάθμισης των νανοδομών.
• - απόκτηση νέων νανοκαταλυτών για χημικά και λάδι χημική βιομηχανία; μελέτη του μηχανισμού των καταλυτικών αντιδράσεων σε νανοκρυστάλλους.
• - μελέτη μηχανισμών νανοκρυστάλλωσης σε πορώδη μέσα σε ακουστικά πεδία. σύνθεση νανοδομών σε βιολογικούς ιστούς. ανάπτυξη μεθόδων για τη θεραπεία ασθενειών με σχηματισμό νανοδομών σε ιστούς με παθολογία.
• - μελέτη του φαινομένου της αυτοοργάνωσης σε ομάδες νανοκρυστάλλων. αναζήτηση νέων τρόπων για την παράταση της σταθεροποίησης των νανοδομών με χημικούς τροποποιητές.
• - Το αναμενόμενο αποτέλεσμα θα είναι μια λειτουργική σειρά μηχανημάτων που θα παρέχουν:
• - μεθοδολογία για τη μελέτη των ενδομοριακών αναδιατάξεων υπό τοπικές επιδράσεις στα μόρια.
• - νέοι καταλύτες για τη χημική βιομηχανία και την εργαστηριακή πρακτική.
• - Νανοκαταλύτες οξειδίων σπανίων γαιών και βαναδίου με ευρύ φάσμα δράσης.
• - μεθοδολογία για την πρόληψη της χημικής υποβάθμισης των τεχνικών νανοδομών.
• - μέθοδοι πρόβλεψης χημικής αποδόμησης.
• - νανοφάρμακα για θεραπεία και χειρουργική επέμβαση, παρασκευάσματα με βάση τον υδροξυαπατίτη για οδοντιατρική.
• - μια μέθοδος για τη θεραπεία ογκολογικών ασθενειών με την πραγματοποίηση ενδοκαρκινικής νανοκρυστάλλωσης και την εφαρμογή ακουστικού πεδίου.
• - μέθοδοι δημιουργίας νανοδομών με κατευθυνόμενη συσσωμάτωση νανοκρυστάλλων.
• - τεχνικές ρύθμισης της χωρικής οργάνωσης των νανοδομών.
• - Νέοι χημικοί αισθητήρες με ενεργή φάση υπερδιασποράς. μέθοδοι αύξησης της ευαισθησίας των αισθητήρων με χημική τροποποίηση.