Презентация на тему Нанохімія та нанотехнології

балів
100 балів
27 квітня
2016 року

карлик
Нанонаука – міждисциплінарна область фундаментальної та прикладної науки,

що працює з об'єктами розміром 1-100 нм

Чому розмір для нанооб'єктів настільки важливий?
Чи дійсно нанохімія – нова наука? 3. Як нанотехнології можуть вирішити проблеми сьогодення?

10-9 m
C60
12,756 Km
22 cm
0.7 nm


у 10 мільйонів разів

менше

У мільйон разів менше

якій одна ідея пов'язує ряд несумісних явищ та фактів;


2.

Поява інструментів, якими можна досліджувати нові об'єкти;

Три умови появи нової науки:

3. Готовність наукової спільноти сприйняти нову парадигму.

(PbS), Египет;
1000 до н.е. – додавання наночасточок золота до

складу скла - вітражі
1959 – “There is plenty of room at the bottom” by R. Feynman
1974 – “Nanotechnology” – вперше використано термін японським вченим Taniguchi
1981 – IBM створено перший тунельний скануючий мікроскоп
1985 – відкриття фулерену.
1986 – “Engines of Creation”– перша книга з нанотехнології K. Eric Drexler.
1989 –створено логотип IBM окремими атомами
1991 – відкрито вуглецеві нанотрубки S. Iijima
1999 – “Nanomedicine” – 1st nanomedicine book by R. Freitas
2000 – розпочато програму “National Nanotechnology Initiative”
2004 – одержання графену;
2010 – Нобелівська премія з фізики за відкриття графена А.Гейму, К.Новосьолову
2014 - Нобелівська премія з хімії за створення флуоресцентної мікроскопії вискої роздільної здатності Е. Бетциг, У. Мьорнер, Штефан Хелль

наночасточками галеніту (PbS), Египет;
1000 до н.е. – додавання наночасточок

Au до складу скла - вітражі

R. Feynman,1956

1981, IBM перший скануючий тунельний мікроскоп

1985, синтез фулерена

“Несвідома”
нанотехнологія

et al. (Applied Physics Letters), 1998, v. 72:1098-1100).

окиснення СО
Розмірно-залежні властивості: каталіз
Відносна активність каталізатора, у.о.
Діаметр часточок в

реакції окиснення СО, нм

розміру наночасточок CdS – «блакитний зсув»
напівпровідник
наночасточка
Weller H. Colloidal semiconductor

Q-particles: chemistry in the transition region between solid state // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993. V 32. P. 41–53.

Довжина хвилі, нм

поглинання

від розміру. Усі колби освітлюються зверху синім світлом однакової

довжини хвилі
(дані H. Weller, Institute of Physical Chemistry, University of Hamburg)

кількість атомів в часточці
Атоми в об'ємі
Атоми на поверхні


Розмірний ефект

- комплекс явищ, що ілюструють залежність хімічних, фізичних, або біологічних властивостей наночасточок від їх розміру

спряження розділу фаз;

Перевага самоорганізації у процесах формування;

Висока хімічна активність

та каталітична селективність;

Особливий характер протікання процесів передачі енергії, заряду та конформаційних змін.

зв'язків;
-деформація кристалічних граток;
-поверхневі механічні властивості;
-тонкі електронні взаємодії з

поверхнею.

Збільшення об'ємної частки межі розділу фаз

Нерівноважність меж доменів;
пружні далекодіючі напруги;
Деформація кристалічної гратки біля поверхні (до втрати дальнього порядку);
Підвищення мікротвердості.

- спрощена міграція атомів
- схильність до самоорганізації

Залежність процесів переносу від розміру

Квантові ефекти

нм, що містять до 104 атомів.
Часточки з розміром 5-100

нм, що містять до 103 - 108 атомів.

Часточки складної форми та будови, розмір структурних елементів якої в межах 5-100 нм.

Матеріали з унікальними хімічними, фізичними властивостями, обумовлені присутністю нанорозмірних структурних одиниць.

Наночасточку визначає не розмір, а властивості!

формою:
Сферичні, циліндричні, стержні та ін.

За розміром:
Малі, середні, великі нанокластери,

наночасточки

напрямкам:
Простих речовин (C, Si, Ge, Sb, Bi, Au, Ag

та ін.
Оксидні ( MgO, Al2O3, Ga2O3, SnO2, TiO2, ZnO)
Нітридні (BN, AlN, Si3N4)
Складнооксидні (Ba6Mn24O48, Bi2Sr2CaCu2OX)

Наночасточки в нанореакторах:

Нульвимірні (0D):
Кластери
наночасточки
Квантові точки
фулерени
Наночасточки в нанореакторах
Самоорганізовані наноструктури

BeО, V2O5, TiO2: (одно- та багатостінні)
Наностержні, нанонитки.
1D наноструктури –

розмір в одному напрямку значно перевищує розміри у двох інших, причому останні знаходяться в “нано” діапазоні.

Залежно від співвідношення розмірів виділяють:
Нановіскери та нанонитки (nanowires) Lc>>La≈ Lb
Наностержні (nanorods) Lc> La≈ Lb
Нанострічки (nanobelts) Lc >> La>Lb

Тривимірні наноструктури

суспільства на нову технологію з часом

квантових крапках
НаноОчікування

дослідження та розробки матеріалів, приладів та систем наномаштабних розмірів

(1-100 нм) з метою отримання матеріалів з якісно новими хімічними, фізичними та біологічними властивостями.
Нові властивості виникають завдяки розмірному ефекту - комплексу явищ, що ілюструють залежність хімічних, фізичних, або біологічних властивостей наночасточок від їх розміру.
Виявлено, що при зменшенні розміру наночасточок металів зменшується температура плавлення, смуги поглинання часточок напівпровідників зсуваються в блакитну область, а потенціал іонізації для нанокластерів металів зростає.
Належність об'єкта до нанохімії та нанотехнології визначає не його розмір, а незвичайні властивості.
Нанооб'єкти класифікують за “мірністю” як:
0D – фулерени, квантові крапки;
1D – нанотрубки, нановіскери;
2D – тонкі плівки, плівки Ленгмюрра - Блоджет
3D – наночасточки в нанореакторах, складні утворення.
Наноматеріали визнані перспективними в інженерії, оптиці, електроніці, каталізі та медицині.

– М.: ФИЗМАТЛИТ – 2010. – 456с.
2. Волков С.В.,

Є.П. Ковальчук, В.М.Огенко, О.В. Решетняк. Нанохімія, наносистеми, наноматеріали. Київ - Наукова думка -2008 - 424с.
3. Сергеев Г.Б. . Нанохимия. - М.: Издательство МГУ - 2003.
4. Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологий – М.: Бином – 2010 – 431с.
5. Пул, Ч., Оуэнс. Ф. Нанотехнологии. М. -Техносфера -2004.
6. Суздалев И.П. Нанотехнологии: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. – М.: Комкнига – 2006 – 592с.
7. Андриевский Р.А. Наноструктурные материалы: Учеб.пособие/ Р.А.Андриевский, А.В. Рагуля.-М.:Academia, 2005.-187с.