ნანოქიმია - გორდონის პროგრამის არქივი. ნანოქიმიის ძირითადი მიმართულებები და ცნებები ნანოქიმია და ნანოტექნოლოგია

ნანოქიმია არის ქიმიის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ნანონაწილაკების ქიმიური გარდაქმნების თვისებებს, სტრუქტურასა და მახასიათებლებს. ნანოქიმიის გამორჩეული თვისებაა ზომის ეფექტის არსებობა - ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების თვისებრივი ცვლილება და რეაქტიულობა ნაწილაკებში ატომების ან მოლეკულების რაოდენობის ცვლილებით. ჩვეულებრივ, ეს ეფექტი შეინიშნება 10 ნმ-ზე ნაკლები ნაწილაკებისთვის, თუმცა ამ მნიშვნელობას აქვს პირობითი მნიშვნელობა.

კვლევის მიმართულებები ნანოქიმიაში

ნანომანიპულატორების გამოყენებით ატომებიდან დიდი მოლეკულების აწყობის მეთოდების შემუშავება; მექანიკური, ელექტრული და მაგნიტური ზემოქმედების ქვეშ ატომების ინტრამოლეკულური გადაწყობის შესწავლა.

ზეკრიტიკულ სითხის ნაკადებში ნანოსტრუქტურების სინთეზი; ნანოკრისტალების მიმართული აწყობის მეთოდების შემუშავება.

ულტრაწვრილი ნივთიერებებისა და ნანოსტრუქტურების ფიზიკური და ქიმიური ევოლუციის თეორიის შემუშავება; ნანოსტრუქტურების ქიმიური დეგრადაციის თავიდან აცილების გზების შექმნა.

ახალი კატალიზატორების მოპოვება ქიმიური და ნავთობქიმიური მრეწველობისთვის; ნანოკრისტალებზე კატალიზური რეაქციების მექანიზმის შესწავლა.

აკუსტიკური ველების ფოროვან გარემოში ნანოკრისტალიზაციის მექანიზმების შესწავლა; ნანოსტრუქტურების სინთეზი ბიოლოგიურ ქსოვილებში.

ნანოკრისტალების ჯგუფებში თვითორგანიზაციის ფენომენის შესწავლა; მოძებნეთ ახალი გზები ქიმიური მოდიფიკატორებით ნანოსტრუქტურების სტაბილიზაციის გასახანგრძლივებლად.

კვლევის მიზანია შემუშავდეს მანქანების ფუნქციური დიაპაზონი, რომელიც უზრუნველყოფს:

ახალი კატალიზატორები ქიმიური მრეწველობისა და ლაბორატორიული პრაქტიკისთვის.

ტექნიკური ნანოსტრუქტურების ქიმიური დეგრადაციის პრევენციის მეთოდოლოგია; ქიმიური დეგრადაციის პროგნოზირების მეთოდები.

ახალი წამლების მიღება.

ონკოლოგიური დაავადებების მკურნალობის მეთოდი ინტრატუმორული ნანოკრისტალიზაციის განხორციელებით და აკუსტიკური ველის გამოყენებით.

ახალი ქიმიური სენსორები; სენსორების მგრძნობელობის გაზრდის მეთოდები.

ნანოტექნოლოგია ენერგეტიკასა და ქიმიურ მრეწველობაში

ნანოტექნოლოგია (ბერძნ. nanos - "ჯუჯა" + "techno" - ხელოვნება, + "logos" - სწავლება, კონცეფცია) არის ფუნდამენტური და გამოყენებითი მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინტერდისციპლინარული სფერო, რომელიც ეხება ინოვაციურ მეთოდებს (თეორიული დასაბუთების, ექსპერიმენტული მეთოდების სფეროებში). კვლევის, ანალიზისა და სინთეზის, აგრეთვე ახალი დარგების სფეროში) სასურველი თვისებების მქონე ახალი მასალების მოპოვება. ნანოტექნოლოგია იყენებს უახლეს ტექნოლოგიებს ცალკეული ატომების ან მოლეკულების მანიპულირებისთვის (მოძრაობა, პერმუტაციები, ახალი კომბინაციები). ნანოობიექტების მოცემული ატომური და მოლეკულური სტრუქტურის ხელოვნურად მოსაწყობად გამოიყენება სხვადასხვა მეთოდი (მექანიკური, ქიმიური, ელექტროქიმიური, ელექტრო, ბიოქიმიური, ელექტრონული სხივი, ლაზერი).

ნანოტექნოლოგია ენერგეტიკაში

ნანოტექნოლოგიები ენერგეტიკისა და მექანიკური ინჟინერიის სფეროში

ამ სფეროში, NT-ის განვითარება მიდის ორი მიმართულებით:

1- სტრუქტურული მასალების შექმნა,

2- ზედაპირული ნანოინჟინერია

სამშენებლო მასალების შექმნა,

ფუნდამენტურად ახალი სტრუქტურული მასალების შესაქმნელად ულტრადისპერსირებული (ან ნანოდისპერსირებული) ელემენტების ჩართვით, ჩვენ შემდეგი გზა გავიარეთ. პირველი არის ულტრა წვრილ ელემენტების დამატება დოპანტების სახით. მანქანათმშენებლობისა და ენერგეტიკის კონსტრუქციული მასალებისთვის ფულერენი ეგზოტიკურია, ძალიან ძვირი.მეორე მიმართულებაა ფოლადებში და შენადნობებში არალითონური ჩანართების ულტრაწვრილი სისტემების (UDS) შექმნა, თერმოპლასტიკური, თერმული ან პლასტიკური დეფორმაციით. აღმოჩნდა, რომ სტრუქტურული მასალების მოქმედების თვისებების კონტროლი შესაძლებელია არა მხოლოდ შენადნობის კომპონენტების შემოღებით, რომლებიც, მეტალურგების აზრით, პრაქტიკულად ამოწურულია, არამედ ნებისმიერი ხასიათის დეფორმაციის საშუალებით. ასეთი ზემოქმედებით, ხდება არალითონური ჩანართების დამსხვრევა. ტრადიციული ანილირება და წრთობა სხვა არაფერია, თუ არა ნანოტექნოლოგია მეტალურგიაში.

ასეთი გავლენის შედეგად შესაძლებელია ფოლადების მიღება (აზოტოვანი ფოლადები პრომეთეში), რომლებშიც მაღალი სიმტკიცე შერწყმულია დრეკადობასთან, ანუ ზუსტად იმ თვისებებით, რაც აკლია ენერგეტიკულ სექტორში, მექანიკურ ინჟინერიაში, მასალების მისაღებად. სასურველი მახასიათებლებით. ნანოტექნოლოგია კი შესაძლებელს ხდის ასეთი მასალების წარმატებით მოპოვებას.

თქვენი კარგი სამუშაოს გაგზავნა ცოდნის ბაზაში მარტივია. გამოიყენეთ ქვემოთ მოცემული ფორმა

სტუდენტები, კურსდამთავრებულები, ახალგაზრდა მეცნიერები, რომლებიც იყენებენ ცოდნის ბაზას სწავლასა და მუშაობაში, ძალიან მადლობლები იქნებიან თქვენი.

გამოქვეყნდა http://www.allbest.ru/

რუსეთის ფედერაციის განათლებისა და მეცნიერების სამინისტრო

უმაღლესი განათლების ფედერალური სახელმწიფო საგანმანათლებლო დაწესებულება

”მაგნიტოგორსკის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი I.I. გ.ი. ნოსოვი"

ფიზიკური ქიმიისა და ქიმიური ტექნოლოგიების კათედრა

დისციპლინაში "ქიმიისა და ქიმიური ტექნოლოგიების ისტორია"

თემაზე "ნანოქიმია"

შემსრულებელი: პერევალოვა ქსენია ოლეგოვნა, მე-2 კურსის სტუდენტი, ჯგუფი zTXB-15.1

ხელმძღვანელი: პონურკო ირინა ვიტალიევნა, ასოცირებული პროფესორი, ტექნიკურ მეცნიერებათა კანდიდატი, ასოცირებული პროფესორი

მაგნიტოგორსკი, 2017 წ

შესავალი

2. ნანომეცნიერების ძირითადი ცნებები

დასკვნა

გამოყენებული წყაროების სია

შესავალი

კაცობრიობის განვითარების ისტორიაში არის რამდენიმე მნიშვნელოვანი ისტორიული ეტაპი, რომელიც დაკავშირებულია ახალი მასალებისა და ტექნოლოგიების განვითარებასთან.

დღეს მეცნიერება მიუახლოვდა ცალკეულ ატომებსა და მოლეკულებზე პირდაპირი მოქმედების შესაძლებლობას, რამაც შექმნა განვითარების ფუნდამენტურად ახალი ტენდენცია, რომელმაც მიიღო ნანოტექნოლოგიის ზოგადი სახელი. ნანოდონეზე კონტროლირებადი პარამეტრებითა და განსაზღვრული თვისებების მქონე სტრუქტურებისა და ობიექტების შექმნა და შესწავლა ჩვენი დროის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ტექნოლოგიური პრობლემაა. ეს გამოწვეულია მასალების უნიკალური თვისებებით ნანოსტრუქტურულ მდგომარეობაში, ფუნდამენტურ შეზღუდვებთან ახლოს, წინასწარ განსაზღვრული პროგრამირებადი თვისებებით "ინტელექტუალური" მასალების შექმნის შესაძლებლობით, მასალების დამუშავებისა და მათი ზედაპირის შეცვლის ახალი ტექნოლოგიების შემუშავებით, ზოგადი ტენდენციით. პროდუქტების მინიატურიზაცია, ფუნდამენტურად ახალი ობიექტების შექმნა, მოწყობილობები და ახალი ინდუსტრიებიც კი.

ნანოტექნოლოგიები წარმოადგენს სამეცნიერო, ტექნოლოგიურ და სამრეწველო სფეროების ფართო სპექტრს, რომელიც გაერთიანებულია ერთიან ტექნოლოგიურ კულტურაში, რომელიც დაფუძნებულია მატერიასთან ოპერაციებზე ცალკეული ატომებისა და მოლეკულების დონეზე. საუბარია არა მხოლოდ ახალ ტექნოლოგიებზე, არამედ პროცესებზე, რომლებიც შეცვლის ინდუსტრიის ყველა სეგმენტს და ადამიანის საქმიანობის სფეროს, მათ შორის საინფორმაციო გარემოს, ჯანდაცვას, ეკონომიკასა და სოციალურ სფეროს.

ნანოტექნოლოგიების დანერგვა მოითხოვს საინჟინრო განათლების ახალი მიდგომების შექმნას, ახალ იდეებთან ადაპტაციას.

ამ კვლევაში განიხილება ნანოტექნოლოგიის ძირითადი ასპექტები.

1. ნანომეცნიერების ჩამოყალიბების ისტორია

თანამედროვე ნანოტექნოლოგიების პრეისტორია დაკავშირებულია მსოფლიოს მრავალი ქვეყნის მეცნიერთა მრავალსაუკუნოვან კვლევით ძალისხმევასთან და აქვს თავისი გრძელი ისტორიული ბილიკი. განვიხილოთ ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპები.

1661 ირლანდიელმა ფიზიკოსმა და ქიმიკოსმა რ. ბოილმა, ლონდონის სამეფო საზოგადოების ერთ-ერთმა დამფუძნებელმა, თავის ნაშრომში „სკეპტიკოსი ქიმიკოსი“ მიუთითა უმცირესი ნაწილაკების - გროვების („კორპუსკულების“) პოტენციურ მნიშვნელობაზე.

აკრიტიკებს არისტოტელეს შეხედულებას მატერიის შესახებ, რომელიც შედგება ოთხი ფუნდამენტური პრინციპისგან (დედამიწა, ცეცხლი, წყალი და ჰაერი), ავტორი ვარაუდობს, რომ ყველა მატერიალური ობიექტი შედგება ულტრაპატარა სხეულებისგან, რომლებიც საკმაოდ სტაბილურია და სხვადასხვა კომბინაციებში ქმნიან სხვადასხვა ნივთიერებებს და ობიექტებს.

შემდგომში, დემოკრიტეს და ბოილის იდეები მიიღეს სამეცნიერო საზოგადოებამ.

1857 ინგლისელმა ფიზიკოსმა მ.ფარადეიმ, ელექტრომაგნიტური ველის თეორიის ფუძემდებელმა, პირველად მიიღო ოქროს სტაბილური კოლოიდური ხსნარები (თხევადი სისტემები გაფანტული ფაზის უმცირესი ნაწილაკებით, რომლებიც მოძრაობენ თავისუფლად და ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად პროცესში. ბრაუნის მოძრაობით). შემდგომში დაიწყო კოლოიდური ხსნარების ფართო გამოყენება ნანოსისტემების ფორმირებისთვის.

1861 ინგლისელმა ქიმიკოსმა ტ. გრეჰემმა შემოიღო ნივთიერებების დაყოფა სტრუქტურის დისპერსიის ხარისხის მიხედვით კოლოიდურ (ამორფულ) და კრისტალოიდებად (კრისტალურად).

ნანოტექნოლოგიის პირველი გამოყენების მაგალითად შეიძლება ჩაითვალოს ამერიკელი გამომგონებლის დ. ისტმანის გამოგონება 1883 წელს, ცნობილი კომპანია Kodak-ის დამფუძნებლის მიერ, რულონური ფილმი, რომელიც წარმოადგენს გამჭვირვალე ელასტიურ ბაზაზე დეპონირებული ვერცხლის ჰალოგენის ემულსიას ( მაგალითად, ცელულოზის აცეტატიდან), რომელიც იშლება სინათლის ზემოქმედებით და წარმოქმნის ნანონაწილაკებს სუფთა ვერცხლს, რაც გამოსახულების პიქსელებს წარმოადგენს.

1900 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა მ. პლანკმა შემოიტანა მოქმედების კვანტის ცნება (პლანკის მუდმივი) - ამოსავალი წერტილი კვანტური თეორიისთვის, რომლის დებულებები არსებითია ნანოსისტემების ქცევის აღწერისას.

1905 პირველი მეცნიერი, რომელმაც გამოიყენა გაზომვები ნანომეტრებში, ითვლება ცნობილი ფიზიკოსი ა.აინშტაინი, რომელმაც თეორიულად დაამტკიცა, რომ შაქრის მოლეკულის ზომა არის ერთი ნანომეტრი (10 -9 მ).

1924 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა ლუი დე ბროლიმ წამოაყენა იდეა მატერიის ტალღური თვისებების შესახებ, რითაც საფუძველი ჩაუყარა კვანტურ მექანიკას, რომელიც სწავლობს მიკრონაწილაკების მოძრაობას. კვანტური მექანიკის კანონები განსაკუთრებით აქტუალურია ნანომასშტაბიანი სტრუქტურების შექმნისას.

1931 გერმანელმა ფიზიკოსებმა M. Knoll-მა და E. Ruska-მ შექმნეს ელექტრონული გადაცემის მიკროსკოპი, რომელიც გახდა ახალი თაობის მოწყობილობების პროტოტიპი, რამაც შესაძლებელი გახადა ნანოობიექტების სამყაროში დათვალიერება.

1939 Siemens აწარმოებს პირველ სამრეწველო ელექტრონულ მიკროსკოპს ? 10 ნმ.

1959 წლის ამერიკელმა ფიზიკოსმა, ნობელის პრემიის ლაურეატმა რ. ფეინმანმა, კალიფორნიის ტექნოლოგიის ინსტიტუტში ცნობილ ლექციაზე, რომელიც ცნობილია როგორც „ძირში უამრავი ოთახია“, გამოთქვა იდეა მატერიის სტრუქტურის ატომურ დონეზე კონტროლის შესახებ: „ ატომურ დონეზე სტრუქტურების რეგულირებისა და კონტროლის შესწავლით, ჩვენ მივიღებთ სრულიად მოულოდნელი თვისებების მქონე მასალებს და აღმოვაჩენთ სრულიად უჩვეულო ეფექტებს.

ატომურ დონეზე მანიპულირების ტექნიკის განვითარება ბევრ პრობლემას გადაჭრის“. ეს ლექცია, გარკვეული გაგებით, გახდა ნანოკვლევის აფრენა. რ. ფეინმანის მიერ გამოთქმული ბევრი ვიზუალური იდეა, რომელიც ფანტასტიკურად გამოიყურებოდა (ელექტრონული სხივით რამდენიმე ატომის სიგანის ხაზების გრავირების შესახებ, ცალკეული ატომების მანიპულირების შესახებ ახალი მცირე სტრუქტურების შესაქმნელად, ნანომეტრის მასშტაბით ელექტრული სქემების შექმნის შესახებ, ნანოსტრუქტურების გამოყენების შესახებ ბიოლოგიური სისტემები), დღეს უკვე დანერგილია.

1966 წელს ამერიკელმა ფიზიკოსმა რ. იანგმა, რომელიც მუშაობდა სტანდარტების ეროვნულ ბიუროში, გამოიგონა პიეზო ძრავა, რომელიც დღეს გამოიყენება ზონდის მიკროსკოპების სკანირებისთვის ნანო ხელსაწყოს ზუსტი პოზიციონირებისთვის.

1968 ამერიკული კომპანია Bell A. Cho და D. Arthur-ის სამეცნიერო განყოფილების თანამშრომლებმა შეიმუშავეს ზედაპირული ნანომანქანების თეორიული საფუძვლები.

1971 წელს Bell და IBM კომპანიებმა მიიღეს ერთატომიანი სისქის პირველი ნახევარგამტარული ფილმები - კვანტური ჭაბურღილები, რამაც აღნიშნა "პრაქტიკული" ნანოტექნოლოგიის ეპოქის დასაწყისი.

რ.იანგმა წამოაყენა Topografiner მოწყობილობის იდეა, რომელიც ემსახურებოდა ზონდის მიკროსკოპის პროტოტიპს.

1974 ტერმინი "ნანოტექნოლოგია" პირველად შემოგვთავაზა იაპონელმა ფიზიკოსმა ნ. ტანიგუჩიმ თავის მოხსენებაში "ნანოტექნოლოგიის ძირითადი კონცეფციის შესახებ" საერთაშორისო კონფერენციაზე ამ სფეროში ფართომასშტაბიანი სამუშაოების დაწყებამდე დიდი ხნით ადრე. ტერმინი გამოიყენებოდა ნანომეტრის სიზუსტით მასალების ულტრა წვრილმანი დამუშავების აღსაწერად. ტერმინი „ნანოტექნოლოგია“ შემოთავაზებული იყო ერთ მიკრომეტრზე მცირე ზომის მექანიზმებზე.

1981 გერმანელმა ფიზიკოსებმა G. Binning-მა და G. Rohrer-მა, IBM-ის (International Business Machines Corporation) თანამშრომლებმა შექმნეს სკანირების გვირაბის მიკროსკოპი (ნობელის პრემია 1986 წელს) - პირველი მოწყობილობა, რომელიც საშუალებას აძლევს არა მხოლოდ სტრუქტურის სამგანზომილებიანი გამოსახულების მიღებას. ელექტრული გამტარი მასალისგან ცალკეული ატომების ზომის რიგითობის გარჩევით, არამედ ატომურ დონეზე ნივთიერებაზე, ე.ი. ატომების მანიპულირება და, შესაბამისად, უშუალოდ მათგან რაიმე ნივთიერების შეგროვება.

1985 მეცნიერთა ჯგუფმა გ.კროტო (ინგლისი), რ. კურლი, რ. სმელი (აშშ) შემდგარი ჯგუფმა აღმოაჩინა ნახშირბადის ახალი ალოტროპული ფორმა ბუნებაში - ფულერენი და შეისწავლა მისი თვისებები (ნობელის პრემია 1996 წ.). სფერული უაღრესად სიმეტრიული ნახშირბადის მოლეკულების არსებობის შესაძლებლობა იწინასწარმეტყველეს 1970 წელს იაპონელმა მეცნიერებმა ე.ოსავამ და ზ.იოშილდამ.

1973 წელს რუსმა მეცნიერებმა D. A. Bochvar და E. G. Galpern დაამტკიცეს ასეთი მოლეკულების სტაბილურობა თეორიული კვანტური ქიმიური გამოთვლებით.

1986 შეიქმნა სკანირების ატომური ძალის მიკროსკოპი (ავტორები - გ. ბინინგი, კ. კუატი, კ. გერბერი, IBM-ის თანამშრომლები, ნობელის პრემია 1992 წელს), რამაც შესაძლებელი გახადა სკანირების გვირაბის მიკროსკოპისგან განსხვავებით, შეესწავლა ატომური არა მხოლოდ გამტარ, არამედ ნებისმიერი მასალის სტრუქტურა, მათ შორის ორგანული მოლეკულები, ბიოლოგიური ობიექტები და ა.შ.

ნანოტექნოლოგია ფართო საზოგადოებისთვის გახდა ცნობილი. ძირითადი სისტემის კონცეფცია, რომელიც ითვალისწინებდა წინა მიღწევებს, გაჟღერდა ამერიკელი ფუტუროლოგის, მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის ხელოვნური ინტელექტის ლაბორატორიის თანამშრომლის ე.დრექსლერის წიგნში "შექმნის ძრავები: ნანოტექნოლოგიის მომავალი ერა". ავტორმა იწინასწარმეტყველა ნანოტექნოლოგიების აქტიური განვითარება და პრაქტიკული გამოყენება. ეს პროგნოზი, გათვლილი მრავალი ათწლეულის განმავლობაში, გამართლებულია ეტაპობრივად დროის მნიშვნელოვანი უპირატესობით.

1987 პირველი ერთელექტრონიანი ტრანზისტორი შექმნეს ამერიკელმა ფიზიკოსებმა ტ.ფუტონმა და გ.დოლანმა (Bell Labs).

ფრანგი ფიზიკოსი ჯ.მ. ლენმა შემოიტანა „თვითორგანიზების“ და „თვითშეკრების“ ცნებები, რომლებიც საკვანძო გახდა ნანო-ობიექტების დიზაინში.

1988-1989 წწ მეცნიერთა ორმა დამოუკიდებელმა ჯგუფმა A. Fehr-ის და P. Grunberg-ის ხელმძღვანელობით აღმოაჩინა გიგანტური მაგნიტური წინააღმდეგობის (GMR) ფენომენი - ფერომაგნიტური და არამაგნიტური ფენების თხელ ფენებში დაფიქსირებული კვანტური მექანიკური ეფექტი, რომელიც გამოიხატება მნიშვნელოვანი შემცირებით. ელექტრული წინააღმდეგობა გარე მაგნიტური ველის არსებობისას. ამ ეფექტის გამოყენება შესაძლებელს ხდის მონაცემების ჩაწერას ატომური ინფორმაციის სიმკვრივის მყარ დისკებზე (ნობელის პრემია 2007).

1989 წელს გამოჩნდა ნანოტექნოლოგიის პირველი პრაქტიკული მიღწევა: IBM-ის მიერ წარმოებული სკანირების გვირაბის მიკროსკოპის გამოყენებით ამერიკელმა მკვლევარებმა დ.

ე. შვაიტცერმა ჩამოაყალიბა კომპანიის ლოგოს სამი ასო („IBM“) 35 ქსენონის ატომიდან მათი თანმიმდევრული გადაადგილებით ნიკელის ერთკრისტალის ზედაპირზე.

1990 მეცნიერთა გუნდი W. Kretschmer-ის ხელმძღვანელობით (გერმანია) და

დ.ჰაფმანმა (აშშ) შექმნა ეფექტური ტექნოლოგია ფულერენების სინთეზისთვის, რამაც ხელი შეუწყო მათი თვისებების ინტენსიურ შესწავლას და მათი გამოყენების პერსპექტიული სფეროების იდენტიფიცირებას.

1991 წელს იაპონელმა ფიზიკოსმა ს.იჯიმამ აღმოაჩინა ნახშირბადის ახალი ფორმა

მშობლიური კლასტერები - ნახშირბადის ნანომილები, რომლებიც ავლენენ უნიკალური თვისებების მთელ სპექტრს და წარმოადგენს რევოლუციური ცვლილებების საფუძველს მასალების მეცნიერებასა და ელექტრონიკაში.

იაპონიაში სახელმწიფო პროგრამამ დაიწყო ატომებისა და მოლეკულების მანიპულირების ტექნიკის შემუშავება - ატომური ტექნოლოგიების პროექტი.

1993 წელს აშშ-ში მოეწყო პირველი ნანოტექნოლოგიური ლაბორატორია.

1994 ლაზერის პირველი ჩვენება, რომელიც დაფუძნებულია თვითორგანიზებულ კვანტურ წერტილებზე (დ. ბიმბერგი, გერმანია).

1998 ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა ს. დეკერმა შექმნა პირველი ნანოტრანზისტორი, რომელიც დაფუძნებულია ნანომილაკებზე.

იაპონიამ წამოიწყო Astroboy პროგრამა ნანოელექტრონული საშუალებების შესაქმნელად, რომელსაც შეუძლია კოსმოსში ფუნქციონირება.

1999 ამერიკელმა მეცნიერებმა M. Reid და D. Tour შეიმუშავეს ერთიანი პრინციპები როგორც ერთი მოლეკულის, ასევე მათი ჯაჭვის მანიპულაციისთვის.

მიკროელექტრონიკის ელემენტის ბაზამ გადალახა ბარიერი 100 ნმ.

2000 შეერთებულმა შტატებმა დაიწყო ნანოტექნოლოგიის მასიური კვლევის პროგრამა, სახელწოდებით National Nanotechnology Initiative (NNI).

გერმანელმა ფიზიკოსმა რ. მაგერლემ შემოგვთავაზა ნანოტომოგრაფიის ტექნოლოგია - შექმნა ნივთიერების შიდა სტრუქტურის სამგანზომილებიანი სურათი 100 ნმ გარჩევადობით. პროექტი Volkswagen-მა დააფინანსა.

2002 Hewlett Research Center-ის თანამშრომლები

პაკარდმა (აშშ) ფ. კუკსმა და ს. უილიამსმა დააპატენტეს ტექნოლოგია ჩიპების შესაქმნელად, რომელიც დაფუძნებულია გადაკვეთის ნანომავთულებზე, მოლეკულურ დონეზე განხორციელებული რთული ლოგიკით.

S. Dekker-მა გააერთიანა ნახშირბადის ნანომილაკი დნმ-სთან და მიიღო ერთი ნანომექანიკა.

2004 მანჩესტერის უნივერსიტეტმა (დიდი ბრიტანეთი) შექმნა გრაფენი - მასალა გრაფიტის სტრუქტურით ერთი ატომის სისქით, სილიკონის პერსპექტიული შემცვლელი ინტეგრირებულ სქემებში (გრაფენის შესაქმნელად მეცნიერებს ა. გეიმსა და კ. ნოვოსელოვს მიენიჭათ ნობელის პრემია. 2010 წელს).

2005 Altar Nanotechnologies (აშშ) გამოაცხადა ნანოაკუმულატორის შექმნა.

2006 აშშ-ს ჩრდილო-დასავლეთის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შეიმუშავეს პირველი "საბეჭდი მანქანა" ნანოსტრუქტურებისთვის, მოწყობილობა, რომელიც საშუალებას აძლევს 50000-ზე მეტი ნანოსტრუქტურის ერთდროულად წარმოქმნას ნანომასშტაბის დიაპაზონში ატომური სიზუსტით და იგივე მოლეკულური ნიმუში ზედაპირზე, რაც მომავლის საფუძველია. ნანოსისტემების მასობრივი წარმოება.

პირველად მსოფლიოში, IBM-ის ამერიკელმა მეცნიერებმა შეძლეს ნახშირბადის ნანომილის საფუძველზე სრულად ფუნქციონალური ინტეგრირებული მიკროსქემის შექმნა.

დ. ტურმა რაისის უნივერსიტეტიდან (აშშ) შექმნა პირველი მოძრავი ნანოსისტემა - მოლეკულური მანქანა ~ 4 ნმ ზომის.

პორტსმუთის უნივერსიტეტის (დიდი ბრიტანეთი) მეცნიერთა ჯგუფმა შეიმუშავა პირველი დნმ-ზე დაფუძნებული ელექტრონული ბიონანოტექნოლოგიური გადამრთველი, რომელიც პერსპექტიული საფუძველია ცოცხალი ორგანიზმების „სამყაროს“ და კომპიუტერების „სამყაროს“ შორის კომუნიკაციისთვის.

კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (აშშ) მეცნიერებმა შექმნეს პირველი პორტატული ბიოსენსორული სისხლის ანალიზატორი (ლაბორატორია ჩიპზე გადასატანი ლაბორატორია).

2007 წელს Intel (აშშ) დაიწყო პროცესორების წარმოება, რომლებიც შეიცავს უმცირეს სტრუქტურულ ელემენტს ~ 45 ნმ ზომის.

ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (საქართველო, აშშ) თანამშრომლებმა შეიმუშავეს სკანირების ლითოგრაფიის ტექნოლოგია 12 ნმ გარჩევადობით.

ზემოხსენებულმა და სხვა კვლევებმა, აღმოჩენებმა, გამოგონებებმა მძლავრი ბიძგი მისცა მრეწველობაში ნანოტექნოლოგიური მეთოდების გამოყენებას. დაიწყო გამოყენებითი ნანოტექნოლოგიის სწრაფი განვითარება.

გამოჩნდა პირველი კომერციული ნანომასალები - ნანოფხვნილები, ნანოსაფარები, ნაყარი ნანომასალები, ნანოქიმიური და ნანობიოლოგიური პრეპარატები; შეიქმნა ნანოტექნოლოგიაზე დაფუძნებული პირველი ელექტრონული მოწყობილობები, სხვადასხვა დანიშნულების სენსორები; შემუშავებულია ნანომასალების მიღების მრავალი მეთოდი.

მსოფლიოს მრავალი ქვეყანა აქტიურად არის ჩართული მთავრობებისა და სახელმწიფოს მეთაურების დონეზე ნანოტექნოლოგიის საკითხებზე კვლევებში, რომლებიც აფასებენ მომავლის პერსპექტივებს. მსოფლიოს წამყვანმა უნივერსიტეტებმა და ინსტიტუტებმა (აშშ, გერმანია, იაპონია, რუსეთი, ინგლისი, საფრანგეთი, იტალია, შვეიცარია, ჩინეთი, ისრაელი და სხვ.) დააარსეს ნანოსტრუქტურების ლაბორატორიები და განყოფილებები, რომლებსაც ხელმძღვანელობენ ცნობილი მეცნიერები.

ნანოტექნოლოგიები უკვე გამოიყენება ადამიანის საქმიანობის ყველაზე მნიშვნელოვან სფეროებში - რადიო ელექტრონიკა, საინფორმაციო სფერო, ენერგეტიკა, ტრანსპორტი, ბიოტექნოლოგია, მედიცინა და თავდაცვის ინდუსტრია.

დღეისათვის მსოფლიოს 50-ზე მეტი ქვეყანაა ჩართული ნანოძიებაში.

ამ სფეროში ჩატარებული კვლევის უნიკალური შედეგებისთვის მიენიჭა 8 ნობელის პრემია.

2. ნანომეცნიერების ძირითადი ცნებები

ნანომეცნიერება დამოუკიდებელ დისციპლინად მხოლოდ ბოლო 7-10 წლის განმავლობაში გაჩნდა. ნანოსტრუქტურების შესწავლა მრავალი კლასიკური სამეცნიერო დისციპლინის საერთო მიმართულებაა. ნანოქიმია მათ შორის ერთ-ერთ წამყვან ადგილს იკავებს, რადგან ის ხსნის პრაქტიკულად შეუზღუდავ შესაძლებლობებს სასურველი თვისებების მქონე ახალი ნანომასალების შემუშავების, წარმოებისა და კვლევისთვის, რომლებიც ხშირად ხარისხობრივად აღემატება ბუნებრივ მასალებს.

ნანოქიმია არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს სხვადასხვა ნანოსტრუქტურის თვისებებს, ასევე ახალი გზების შემუშავებას მათი მოპოვების, შესწავლისა და მოდიფიკაციისთვის.

ნანოქიმიის პრიორიტეტული ამოცანაა ნანონაწილაკების ზომასა და მის თვისებებს შორის კავშირის დამყარება.

ნანოქიმიის კვლევის ობიექტებია ისეთი მასის მქონე სხეულები, რომ მათი ეკვივალენტური ზომა რჩება ნანოინტერვალში (0,1 - 100 ნმ).

ნანომასშტაბიანი ობიექტები იკავებენ შუალედურ ადგილს, ერთის მხრივ, ნაყარ მასალებს და მეორეს მხრივ ატომებსა და მოლეკულებს შორის. ასეთი ობიექტების არსებობა მასალებში აძლევს მათ ახალ ქიმიურ და ფიზიკურ თვისებებს. ნანოობიექტები არის შუალედური და დამაკავშირებელი რგოლი სამყაროს შორის, რომელშიც მოქმედებს კვანტური მექანიკის კანონები და სამყაროს, რომელშიც მოქმედებს კლასიკური ფიზიკის კანონები.

სურათი 1. მიმდებარე სამყაროს ობიექტების დამახასიათებელი ზომები

ნანოქიმია იკვლევს სხვადასხვა ნანოსისტემების წარმოებას და თვისებებს. ნანოსისტემები არის სხეულების ერთობლიობა, რომელიც გარშემორტყმულია გაზის ან თხევადი გარემოთი. ასეთი სხეულები შეიძლება იყოს პოლიატომური გროვები და მოლეკულები, ნანოწვეთები და ნანოკრისტალები. ეს არის შუალედური ფორმები ატომებსა და მაკროსკოპულ სხეულებს შორის. სისტემების ზომა რჩება 0.1 - 100 ნმ.

ცხრილი 1. ნანოქიმიის ობიექტების კლასიფიკაცია ფაზური მდგომარეობის მიხედვით

ნანომეცნიერების ნანონაწილაკების ნანოქიმიის კლასიფიკაცია

ნანოქიმიის მიერ შესწავლილი ობიექტების დიაპაზონი მუდმივად ფართოვდება. ქიმიკოსები ყოველთვის ცდილობდნენ გაეგოთ, რა თვისებები აქვს ნანომეტრის ზომის სხეულებს. ამან გამოიწვია კოლოიდური და მაკრომოლეკულური ქიმიის სწრაფი განვითარება.

XX საუკუნის 80-90-იან წლებში ელექტრონის, ატომური ძალის და გვირაბიანი მიკროსკოპის მეთოდების წყალობით შესაძლებელი გახდა ლითონის ნანოკრისტალების და არაორგანული მარილების, ცილის მოლეკულების, ფულერენებისა და ნანომილების ქცევაზე დაკვირვება, ბოლო წლებში კი ასეთი დაკვირვებები. მასიური გახდა.

ცხრილი 2. ნანოქიმიური კვლევების ობიექტები

ამრიგად, შეიძლება განვასხვავოთ ნანოქიმიის შემდეგი ძირითადი მახასიათებლები:

1. ობიექტების გეომეტრიული ზომები დევს ნანომეტრულ შკალაზე;

2. ობიექტების და მათი სიმრავლების მიერ ახალი თვისებების გამოვლინება;

3. ობიექტების კონტროლისა და ზუსტი მანიპულირების შესაძლებლობა;

4. ობიექტებზე აწყობილი ობიექტები და მოწყობილობები იღებენ ახალ სამომხმარებლო თვისებებს.

3. ზოგიერთი ნანონაწილაკების სტრუქტურისა და ქცევის თავისებურებები

ინერტული აირების ატომებისგან დამზადებული ნანონაწილაკები ყველაზე მარტივი ნანოობიექტებია. ინერტული აირების ატომები მთლიანად შევსებული ელექტრონული გარსებით სუსტად ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან ვან დერ ვაალის ძალების მეშვეობით. ასეთი ნაწილაკების აღწერისას გამოიყენება მყარი ბურთების მოდელი.

ლითონის ნანონაწილაკები. რამდენიმე ატომის მეტალის მტევნებში შეიძლება განხორციელდეს როგორც კოვალენტური, ასევე მეტალის ტიპის ბმები. ლითონის ნანონაწილაკები ძალიან რეაქტიულია და ხშირად იყენებენ კატალიზატორებად. ლითონის ნანონაწილაკები ჩვეულებრივ სწორ ფორმას იღებენ - ოქტაედონი, იკოსაედონი, ტეტრადეკაედონი.

ფრაქტალური მტევნები განშტოებული სტრუქტურის მქონე ობიექტებია: ჭვარტლი, კოლოიდები, სხვადასხვა აეროზოლები და აეროგელები. ფრაქტალი არის ისეთი ობიექტი, რომელშიც, გადიდების მატებასთან ერთად, ჩანს, როგორ მეორდება მასში ერთი და იგივე სტრუქტურა ყველა დონეზე და ნებისმიერ მასშტაბში.

მოლეკულური კლასტერები - კლასტერები, რომლებიც შედგება მოლეკულებისგან. კლასტერების უმეტესობა მოლეკულურია. მათი რაოდენობა და მრავალფეროვნება უზარმაზარია. კერძოდ, ბევრი ბიოლოგიური მაკრომოლეკულა მიეკუთვნება მოლეკულურ კლასტერებს.

ფულერენი არის ღრუ ნაწილაკები, რომლებიც წარმოიქმნება ნახშირბადის ატომების პოლიედრონებით, რომლებიც დაკავშირებულია კოვალენტური ბმით. ფულერენებს შორის განსაკუთრებული ადგილი უჭირავს 60 ნახშირბადის ატომის ნაწილაკს - C60, რომელიც ფეხბურთის მიკროსკოპული ბურთის მსგავსია.

ნანომილები არის მოლეკულები, რომლებიც ღრუა შიგნით, შედგება დაახლოებით 1,000,000 ნახშირბადის ატომისგან და წარმოადგენს ერთ ფენის მილებს, რომელთა დიამეტრი დაახლოებით ნანომეტრია და სიგრძე რამდენიმე ათეული მიკრონი. ნანომილის ზედაპირზე ნახშირბადის ატომები განლაგებულია რეგულარული ექვსკუთხედების წვეროებზე.

4. ნანოქიმიის გამოყენებითი გამოყენების სახეები

პირობითად, ნანოქიმია შეიძლება დაიყოს:

1. თეორიული

2. ექსპერიმენტული

3. მიმართა

თეორიული ნანოქიმია ავითარებს ნანოსხეულების ქცევის გამოთვლის მეთოდებს, ნაწილაკების მდგომარეობის ისეთი პარამეტრების გათვალისწინებით, როგორიცაა სივრცითი კოორდინატები და სიჩქარე, მასა, თითოეული ნანონაწილაკის შემადგენლობის, ფორმისა და სტრუქტურის მახასიათებლები.

ექსპერიმენტული ნანოქიმია სამი მიმართულებით ვითარდება. პირველის ფარგლებში შემუშავებულია და გამოიყენება ზემგრძნობიარე სპექტრალური მეთოდები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის მოლეკულების სტრუქტურის მსჯელობას, მათ შორის ათეულ და ასეულ ატომს. მეორე მიმართულების ფარგლებში ხდება ფენომენების შესწავლა ნანოსხეულებზე ლოკალური (ლოკალური) ელექტრული, მაგნიტური ან მექანიკური ზემოქმედებით, რომელიც ხორციელდება ნანოზონდების და სპეციალური მანიპულატორების გამოყენებით. მესამე მიმართულების ფარგლებში განისაზღვრება ნანოსხეულების კოლექტივების მაკროკინეტიკური მახასიათებლები და ნანოსხეულების განაწილების ფუნქციები მდგომარეობის პარამეტრების მიხედვით.

გამოყენებითი ნანოქიმია მოიცავს:

საინჟინრო და ნანოტექნოლოგიაში ნანოსისტემების გამოყენების თეორიული საფუძვლების შემუშავება, სპეციფიკური ნანოსისტემების განვითარების პროგნოზირების მეთოდები მათი გამოყენების პირობებში, აგრეთვე მუშაობის ოპტიმალური მეთოდების ძიება (ტექნიკური ნანოქიმია).

ნანომასალების სინთეზის დროს ნანოსისტემების ქცევის თეორიული მოდელების შექმნა და მათი წარმოებისთვის ოპტიმალური პირობების ძიება (სინთეზური ნანოქიმია).

ბიოლოგიური ნანოსისტემების შესწავლა და ნანოსისტემების სამკურნალო მიზნებისთვის გამოყენების მეთოდების შექმნა (სამედიცინო ნანოქიმია).

ნანონაწილაკების გარემოში ფორმირებისა და მიგრაციის თეორიული მოდელების შემუშავება და ნანონაწილაკებისგან ბუნებრივი წყლების ან ჰაერის გაწმენდის მეთოდები (გარემოს ნანოქიმია).

5. ნანონაწილაკების მიღების მეთოდები

ნანონაწილაკების მიღება აირის ფაზაში:

1 ნანონაწილაკების მიღება „აორთქლება – კონდენსაციის“ პროცესში.

აირის ფაზაში ყველაზე ხშირად ტარდება შემდეგი პროცესები: აორთქლება - კონდენსაცია (აორთქლება ელექტრო რკალში და პლაზმაში); ნალექები; ტოპოქიმიური რეაქციები (შემცირება, დაჟანგვა, მყარი ფაზის ნაწილაკების დაშლა). "აორთქლება - კონდენსაციის" პროცესში თხევადი ან მყარი ნივთიერებები აორთქლდება კონტროლირებად ტემპერატურაზე დაბალი წნევის ინერტული აირის ატმოსფეროში, რასაც მოჰყვება ორთქლის კონდენსაცია გამაგრილებელ გარემოში ან გამაგრილებელ მოწყობილობებზე. ეს მეთოდი შესაძლებელს ხდის ორიდან რამდენიმე ასეულ ნანომეტრამდე ზომის ნაწილაკების მიღებას. 20 ნმ-ზე ნაკლები ნანონაწილაკები, როგორც წესი, სფერულია, ხოლო უფრო დიდიები შეიძლება გამოჩნდეს სახიანი.

ჩვეულებრივ, აორთქლებული ნივთიერება მოთავსებულია გამათბობელ კამერაში, რომელსაც აქვს გამათბობელი და ხვრელი (დიაფრაგმა), რომლის მეშვეობითაც ნივთიერების აორთქლებული ნაწილაკები შედიან ვაკუუმ სივრცეში (დაახლოებით 0,10 Pa წნევით), სადაც წარმოიქმნება მოლეკულური სხივი. ნაწილაკები, რომლებიც მოძრაობენ თითქმის სწორხაზოვნად, კონდენსირდება გაციებულ სუბსტრატზე. გაზი გამოდის აპარატიდან სარქვლის მეშვეობით. წყაროს ტემპერატურა არჩეულია მოლეკულური სხივის საჭირო ინტენსივობისა და აორთქლებულ მასალაზე წონასწორული წნევის მიხედვით. ის შეიძლება იყოს ნივთიერების დნობის წერტილის ზემოთ ან ქვემოთ.

უნდა აღინიშნოს, რომ ზოგიერთი ნივთიერება (მაგალითად, Sn და Ge) აორთქლდება როგორც ცალკეული ატომების, ასევე მცირე გროვების სახით. დაბალი ინტენსივობის მოლეკულურ სხივებში, რომლებიც მიღებულ იქნა გამათბობელი კამერის ხვრელში გაჟონვის შედეგად, შეინიშნება მცირე მტევნის ერთგვაროვანი განაწილება. მოლეკულური სხივის მეთოდის მთავარი უპირატესობა არის სხივის ინტენსივობის ზუსტად კონტროლის და კონდენსაციის ზონაში ნაწილაკების მიწოდების სიჩქარის კონტროლის შესაძლებლობა.

2 ნანონაწილაკების გაზის ფაზის წარმოება.

დაბალი ინტენსივობის მოლეკულური სხივის მეთოდი ხშირად შერწყმულია ქიმიურ დეპონირების მეთოდებთან. დეპონირება ხორციელდება მოწყობილობის ცივ ზედაპირთან ახლოს ან პირდაპირ მასზე კონტროლირებად ტემპერატურაზე და შემცირებულ წნევაზე, რათა შემცირდეს ნაწილაკების შეჯახების ალბათობა.

ნანონაწილაკების გაზის ფაზის წარმოებისთვის გამოიყენება დანადგარები, რომლებიც განსხვავდებიან აორთქლებული მასალის მიწოდებისა და გათბობის მეთოდებით, აირისებრი საშუალების შემადგენლობით, კონდენსაციის პროცესის განხორციელების მეთოდებით და შედეგად ფხვნილის შერჩევით. მაგალითად, ფხვნილი დეპონირებულია გაცივებულ მბრუნავ ცილინდრზე ან ბარაბანზე და მისგან საფხეკით იშლება მიმღებ კონტეინერში.

ლითონის ნანოფხვნილების გაზის ფაზის სინთეზის აპარატის დიზაინის სქემა მოიცავს სამუშაო კამერას, გაცივებულ ბარაბანს, საფხეხს, ძაბრს, ფხვნილის მიმღებ კონტეინერს, გაცხელებულ მილაკოვან რეაქტორს, მოწყობილობას აორთქლებული მასალის კონტროლირებადი მიწოდებისთვის და. გადამზიდავი გაზი. მილაკოვან რეაქტორში აორთქლებული მასალა შერეულია გადამზიდავ ინერტულ გაზთან და გადადის გაზის ფაზის მდგომარეობაში.

მტევნის ან ნანონაწილაკების უწყვეტი ნაკადი რეაქტორიდან მოდის აპარატის სამუშაო პალატაში, რომელშიც იქმნება წნევა დაახლოებით 1-50 Pa. ნანონაწილაკების კონდენსაცია და მათი დეპონირება ფხვნილის სახით ხდება გაცივებული მბრუნავი ბარაბნის ზედაპირზე. საფხეკის გამოყენებით, ფხვნილი ამოღებულია ბარაბნის ზედაპირიდან; შემდეგ ის ძაბრის საშუალებით შედის მიმღებ ავზში და იგზავნება შემდგომი დამუშავებისთვის.

ვაკუუმში აორთქლებისგან განსხვავებით, იშვიათ ატმოსფეროში აორთქლებული ნივთიერების ატომები უფრო სწრაფად კარგავენ კინეტიკურ ენერგიას გაზის ატომებთან შეჯახების გამო და ქმნიან კრისტალურ ბირთვებს (კლასტერებს). როდესაც ისინი შედედდებიან, წარმოიქმნება ნანოკრისტალური ნაწილაკები. ამრიგად, წყალბადში, ჰელიუმსა და არგონში ალუმინის ორთქლის კონდენსაციის პროცესში სხვადასხვა გაზის წნევაზე მიიღება ნაწილაკები 20 - 100 ნმ ზომით.

3 ნანონაწილაკების მიღება ტოპოქიმიური რეაქციების გამოყენებით.

გარკვეული აირის მედიის ტოპოქიმიური რეაქციების გამოყენებით ლითონის ნანონაწილაკებთან მათი ორთქლის ფაზიდან კონდენსაციის მომენტში, შესაძლებელია სასურველი ნაერთების ნანონაწილაკების მიღება. სასურველი ნაერთის მისაღებად, აორთქლებული ლითონის ურთიერთქმედება რეაგენტის გაზთან ასევე შეიძლება უზრუნველყოფილი იყოს უშუალოდ აირის ფაზაში.

გაზის ფაზის ქიმიური რეაქციების მეთოდით, ნანომასალების სინთეზი ხდება ქიმიური გარდაქმნების გამო, რომლებიც ხდება აქროლადი ნივთიერებების ორთქლის ატმოსფეროში. საწყის რეაგენტებად ფართოდ გამოიყენება ჰალოიდები (განსაკუთრებით ლითონის ქლორიდები), ლითონის ოქსიქლორიდები MeOnClm, ალკოქსიდები Me(OR)n, ალკილის ნაერთები Me(R)n, ლითონის ორთქლები და ა.შ. ეს მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბორის, ნახშირბადის შავი, ლითონების, შენადნობების, ნიტრიდების, კარბიდების, სილიციდების, სულფიდების და სხვა ნაერთების ნანომასალების მისაღებად.

განხილული მეთოდით ნანომასალების სინთეზისას, მიღებული პროდუქტების თვისებებზე დიდ გავლენას ახდენს რეაქტორების დიზაინი, რეაგენტების გაცხელების მეთოდი, პროცესის დროს ტემპერატურის გრადიენტი და რიგი სხვა ფაქტორები.

გაზის ფაზის ქიმიური რეაქციები ჩვეულებრივ ტარდება სხვადასხვა ტიპის მილის ნაკადის რეაქტორებში. ყველაზე გავრცელებულია რეაქტორები რეაქციის ზონის გარე გათბობით. კვარცის ნაერთები, კერამიკული მასალები ან ალუმინა გამოიყენება როგორც სტრუქტურული მასალები აპარატების რეაქციის ზონისთვის.

გაზის ფაზის ფხვნილთან ტოპოქიმიური ურთიერთქმედება გამოიყენება მის ნაწილაკებზე სხვადასხვა საფარის გამოსაყენებლად და მოდიფიცირებული დანამატების დასანერგად. ამ შემთხვევაში აუცილებელია პროცესის უთანასწორობის ხარისხის კონტროლი ისე, რომ მყარი ფაზა გამოყოფილი იყოს მხოლოდ ნაწილაკების ზედაპირზე და არა ნაწილაკებს შორის მოცულობით. მაგალითად, ტოპოქიმიური რეაქციები მოიცავს ოქსიდების ურთიერთქმედებას აზოტთან ნახშირბადის თანდასწრებით ნიტრიდების სინთეზისთვის. ამ გზით სინთეზირდება სილიციუმის, ალუმინის, ტიტანის და ცირკონიუმის ნიტრიდების ფხვნილები.

ინერტული აირის შემადგენლობა გავლენას ახდენს ნაწილაკების ზრდის ტემპზე. გარემოს მძიმე ატომები უფრო ინტენსიურად იღებენ ენერგიას შედედებული ატომებიდან და ამით ხელს უწყობენ ნაწილაკების ზრდას, ისევე როგორც გაგრილების ტემპერატურის შემცირება ასევე ხელს უწყობს ნაწილაკების ზრდას. აპარატში აირის წნევისა და შემადგენლობის შეცვლით შესაძლებელია სხვადასხვა ზომის ნანონაწილაკების მიღება. ამრიგად, ჰელიუმის არგონით ან ქსენონით ჩანაცვლება მიღებული ნანონაწილაკების ზომას რამდენჯერმე ზრდის.

გაზის ფაზაში ნანოფხვნილების წარმოებას ხელს უწყობს შედარებით დაბალი ზედაპირული დაძაბულობა მყარი აირის ინტერფეისზე; ზედაპირული დაძაბულობის ზრდა იწვევს ნანონაწილაკების დატკეპნას აგრეგატში. ამავდროულად, მაღალი ტემპერატურა აჩქარებს დიფუზიურ პროცესებს, რაც ხელს უწყობს ნაწილაკების ზრდას და ნაწილაკებს შორის მყარი მდგომარეობის ხიდების წარმოქმნას. განხილული მეთოდის მთავარი პრობლემაა ნანონაწილაკების გამოყოფა აირის ფაზიდან იმ პირობებში, როდესაც ნაწილაკების კონცენტრაცია აირის ნაკადში დაბალია და გაზის ტემპერატურა საკმარისად მაღალია. ნანონაწილაკების დასაჭერად გამოიყენება სპეციალური ფილტრაციის მოწყობილობები (მაგალითად, კერამიკულ-ლითონის ფილტრები, ელექტროსტატიკური ნალექები), მყარი ნაწილაკების ცენტრიფუგა დასახლება ციკლონებსა და ჰიდროციკლონებში და სპეციალური გაზის ცენტრიფუგები.

ნანონაწილაკები შეიძლება წარმოიქმნას ლითონის კათიონების, მოლეკულური ანიონების ან ორგანული მეტალის ნაერთების შემცველი მყარი ნივთიერებების მაღალი ტემპერატურის დაშლის შედეგად. ამ პროცესს თერმოლიზი ეწოდება. მაგალითად, ლითიუმის მცირე ნაწილაკები მიიღება ლითიუმის აზიდის LiN-ის დაშლით. ნივთიერება მოთავსებულია ევაკუირებულ კვარცის მილში და თბება 400 C ტემპერატურამდე აპარატში. დაახლოებით 370 C ტემპერატურაზე აზიდი იშლება აირისებრი N2-ის გამოყოფით, რაც შეიძლება განისაზღვროს ევაკუირებულ სივრცეში წნევის მატებით. რამდენიმე წუთის შემდეგ წნევა ეცემა თავდაპირველ დონემდე, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ყველა N2 ამოღებულია. დარჩენილი ლითიუმის ატომები გაერთიანებულია ლითონის კოლოიდური ნაწილაკებით. ეს მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას 5 ნმ-ზე ნაკლები ზომის ნაწილაკების მისაღებად. ნაწილაკების პასივიზაცია შესაძლებელია კამერაში შესაბამისი გაზის შეყვანით.

ნანონაწილაკების მიღება თხევად ფაზაში:

1 ქიმიური კონდენსაცია.

ნანონაწილაკებისა და ულტრაწვრილი სისტემების მოპოვების ქიმიური მეთოდები დიდი ხანია ცნობილია. ოქროს სოლის კოლოიდური ხსნარი (წითელი) ნაწილაკების ზომით 20 ნმ მიიღეს 1857 წელს. მ.ფარადეი. ხსნარის აგრეგაციული სტაბილურობა აიხსნება მყარი ხსნარის ინტერფეისზე ორმაგი ელექტრული ფენის წარმოქმნით და დაშლილი წნევის ელექტროსტატიკური კომპონენტის გამოჩენით, რაც ამ სისტემის სტაბილიზაციის მთავარი ფაქტორია.

უმარტივესი და ყველაზე ხშირად გამოყენებული მეთოდია ნანონაწილაკების სინთეზი ხსნარებში სხვადასხვა რეაქციების დროს. ლითონის ნანონაწილაკების მისაღებად გამოიყენება შემცირების რეაქციები, რომლებშიც აღმდგენი აგენტად გამოიყენება ალუმინი და ბოროჰიდრიდები, ტეტრაბორატები, ჰიპოფოსფიტები და მრავალი სხვა არაორგანული და ორგანული ნაერთები.

მარილებისა და ლითონის ოქსიდების ნანოზომის ნაწილაკები ყველაზე ხშირად მიიღება გაცვლისა და ჰიდროლიზის რეაქციების დროს. მაგალითად, ოქროს სოლი ნაწილაკების ზომით 7 ნმ შეიძლება მიღებულ იქნას ოქროს ქლორიდის შემცირებით ნატრიუმის ბოროჰიდრიდთან დოდეკანეთიოლის, როგორც სტაბილიზატორის გამოყენებით. თიოლები ფართოდ გამოიყენება ნახევარგამტარული ნანონაწილაკების სტაბილიზაციისთვის. ამ მეთოდს აქვს უკიდურესად ფართო შესაძლებლობები და შესაძლებელს ხდის ბიოლოგიურად აქტიური მაკრომოლეკულების შემცველი მასალების მიღებას.

2 ნალექი ხსნარებში და დნება.

ნალექი ხსნარებში.

თხევად გარემოში ნანონაწილაკების წარმოქმნის მარეგულირებელი ზოგადი კანონები მრავალ ფაქტორზეა დამოკიდებული: საწყისი ნივთიერების შემადგენლობასა და თვისებებზე (ხსნარი, დნება); განსახილველი სისტემის ფაზების წონასწორობის დიაგრამის ბუნება; ხსნარის ან დნობის ზეგაჯერების შექმნის მეთოდი; გამოყენებული აღჭურვილობა და როგორ მუშაობს იგი.

საჭირო ფაზების სინთეზის შემთხვევაში, ფხვნილს გაშრობის შემდეგ თერმულად ამუშავებენ ან ამ ფაზებს აერთიანებენ ერთში. თერმული დამუშავების შემდეგ, აგრეგატები იშლება ნანონაწილაკების ზომამდე.

საწყისი მასალები და გამხსნელი შეირჩევა ისე, რომ ქვეპროდუქტები შეიძლება მთლიანად მოიხსნას სამიზნე პროდუქტიდან რეცხვისა და შემდგომი თერმული დამუშავების დროს გარემოს დაბინძურების გარეშე. რეაგენტების ეფექტური შერევისთვის გამოიყენება შერევის მოწყობილობები სხვადასხვა ტიპის აგიტატორებით (პროპელერი, ღერო, ტურბინა), ცირკულაციური შერევა ტუმბოების გამოყენებით (ცენტრიფუგა და მექანიზმი), დისპერსიული მოწყობილობები (საქშენები, საქშენები, ინჟექტორები, მბრუნავი დისკები, აკუსტიკური გამფრქვევები და ა.შ.). გამოყენებული.

ერთის მხრივ, რეაქტორის პროდუქტიულობის გასაზრდელად, საწყისი მასალების ხსნადობა მაღალი უნდა იყოს. თუმცა, ნანონაწილაკების მიღებისას ეს გაზრდის მათ მასობრივ შემცველობას მიღებულ სუსპენზიაში და აგრეგატებში გაერთიანების ალბათობას.

მეორეს მხრივ, მყარი ფაზის ფორმირებისას არათანაბარი მაღალი ხარისხის უზრუნველსაყოფად, აუცილებელია საწყისი ნივთიერებების გაჯერებული ხსნარების გამოყენება. ნანონაწილაკების მცირე ნაწილის სუსპენზიაში შესანარჩუნებლად მიზანშეწონილია გამოიყენოთ ცუდად ხსნადი საწყისი ნივთიერებები. ამ შემთხვევაში, რეაქტორის პროდუქტიულობა შემცირდება. კიდევ ერთი შესაძლებლობაა გამოიყენოს მცირე რაოდენობით ნალექი და დიდი ჭარბი ნალექი. წყალხსნარებში დალექვისას, ამიაკის, ამონიუმის კარბონატის, ოქსილის მჟავას ან ამონიუმის ოქსალატის ხსნარებს ყველაზე ხშირად იყენებენ, როგორც ნალექებად. ნალექის დროს საწყის მასალად ირჩევენ აზოტის, მარილმჟავას ან ძმარმჟავების მაღალ ხსნად მარილებს.

ხსნარის pH-ის და ტემპერატურის რეგულირებით შესაძლებელია შეიქმნას პირობები მაღალი დისპერსიული ჰიდროქსიდების მისაღებად. შემდეგ პროდუქტი კალცინირებულია და, საჭიროების შემთხვევაში, მცირდება. მიღებულ ლითონის ფხვნილებს აქვთ 50 - 150 ნმ სფერული ზომა ან სფეროს ფორმასთან ახლოს. დეპონირების მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლითონის ოქსიდისა და ლითონის ოქსიდის მასალების, მათზე დაფუძნებული კომპოზიციების, სხვადასხვა ფერიტებისა და მარილების მისაღებად.

პასუხისმგებელი ეტაპი, რომელიც განსაზღვრავს მიღებული ფხვნილის თვისებებს, არის მისი გამოყოფა თხევადი ფაზიდან. გაზის სითხის ინტერფეისის გამოჩენით, ლაპლასის ძალები და შეკუმშვადი ნაწილაკები მკვეთრად იზრდება. ამ ძალების მოქმედების შედეგად, ნანომასშტაბის სპექტრის ნაწილაკებში წარმოიქმნება მეგაპასკალების რიგის კომპრესიული წნევა, რომლებიც გამოიყენება მაკრონაწილაკების მონოლითურ ფოროვან პროდუქტებად დატკეპნისას. ამ შემთხვევაში აგრეგატის ფორებში იქმნება ჰიდროთერმული პირობები, რაც იწვევს ნაწილაკების ხსნადობის ზრდას და აგრეგატების გაძლიერებას დაშლა-კონდენსაციის მექანიზმის გამო. ნაწილაკები გაერთიანებულია ძლიერ აგრეგატში, შემდეგ კი ცალკე კრისტალში.

ნალექიდან თხევადი ფაზის მოსაშორებლად გამოიყენება ფილტრაციის, ცენტრიფუგაციის, ელექტროფორეზის და გაშრობის პროცესები. ძლიერი აგრეგატების წარმოქმნის ალბათობა შეიძლება შემცირდეს წყლის ორგანული გამხსნელებით ჩანაცვლებით, აგრეთვე ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების გამოყენებით, გაყინვის გაშრობით და საშრობი აგენტის გამოყენებით სუპერკრიტიკულ პირობებში.

თხევადი გარემოში ნანონაწილაკების მიღების ტექნოლოგიის ვარიაციაა უფრო დიდი ნაწილაკების კონტროლირებადი დაშლა შესაფერის გამხსნელებში. ამისთვის აუცილებელია მათი დაშლის პროცესის შენელება ან თუნდაც შეჩერება ნანოზომის დიაპაზონში. ანალოგიურად, შესაძლებელია ჩამოთვლილი მეთოდებით მიღებული ნაწილაკების ზომების კორექტირება იმ შემთხვევებში, როდესაც მათი ზომა საჭიროზე დიდი აღმოჩნდა.

ნალექები დნებაში.

ამ მეთოდით, თხევადი გარემო არის გამდნარი მარილები ან ლითონები (ყველაზე ხშირად გამოიყენება მდნარი მარილები). მყარი ფაზის ფორმირება ხდება საკმარისად მაღალ ტემპერატურაზე, როდესაც დიფუზიური პროცესები იწვევს ბროლის ზრდის მაღალ ტემპს. მთავარი პრობლემა ამ შემთხვევაში არის გვერდითი ნაერთების კომპონენტების სინთეზირებული ფხვნილის მიერ დაჭერის გამორიცხვა. გაციების შემდეგ სინთეზირებული ფხვნილის იზოლირებისთვის მარილს ხსნიან შესაფერის გამხსნელებში.

პროცესის არაწონასწორობის ხარისხის შეცვლით შესაძლებელია მასალის სტრუქტურის კონტროლი. თუ პროცესი შეჩერებულია იმ ეტაპზე, როდესაც მყარ ფაზას აქვს ნანოზომები, შესაძლებელია ნანომასალის მიღება. თუმცა, ამის გაკეთება ძალიან რთულია დიფუზიური მასის გადაცემის მაღალი სიჩქარის გამო საშუალო საკმარისად მაღალ ტემპერატურაზე.

ეს მეთოდი უფრო პერსპექტიულია ნანონაწილაკების მისაღებად საწყისი უფრო დიდი ნაწილაკების დაშლით. ამ შემთხვევაში, შეიძლება დაუყოვნებლივ მიიღოთ ნანოკომპოზიტი, თუ გამხსნელი საშუალება, მაგალითად, მინის, ნანონაწილაკებისთვის მატრიცის როლს ასრულებს.

3 სოლ-გელის მეთოდი.

სოლ-გელის მეთოდი მოიცავს რამდენიმე ძირითად ტექნოლოგიურ ფაზას. თავდაპირველად მიიღება საწყისი მასალების წყალხსნარი ან ორგანული ხსნარები. სოლები (კოლოიდური სისტემები) მყარი დისპერსიული ფაზით და თხევადი დისპერსიული საშუალებით წარმოიქმნება ხსნარებიდან ხსნარის მისაღებად, მაგალითად, გამოიყენება სუსტი ფუძეების ან ალკოჰოლატების მარილების ჰიდროლიზი. თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ სხვა რეაქციები, რომლებიც იწვევს სტაბილური და კონცენტრირებული ხსნარების წარმოქმნას (მაგალითად, პეპტიზერების გამოყენება - ნივთიერებები, რომლებიც ხელს უშლიან ნაწილაკების აგრეგატების დაშლას დისპერსიულ სისტემებში). ეფექტურია წყალში ხსნადი პოლიმერების ან ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების დამცავი ფენის წასმა ნანონაწილაკებზე ჰიდროლიზის დროს, რომლებსაც ემატება წყალთან ერთად ჰიდროლიზის დროს.

შემდგომში, სოლი გარდაიქმნება გელად, როდესაც წყლის ნაწილი ამოღებულია მისგან გაცხელებით, მოპოვებით შესაბამისი გამხსნელით. ზოგიერთ შემთხვევაში, წყალხსნარს ასხურებენ გაცხელებულ წყალში შეურევ ორგანულ სითხეში.

სოლის გელად გადაქცევით მიიღება სტრუქტურირებული კოლოიდური სისტემები. დისპერსიული ფაზის მყარი ნაწილაკები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ფხვიერ სივრცულ ბადეში, რომელიც შეიცავს თხევადი დისპერსიის საშუალებას თავის უჯრედებში, რაც ართმევს სისტემას მთლიანობას სითხეს. ნაწილაკებს შორის კონტაქტები ადვილად და შექცევად ნადგურდება მექანიკური და თერმული გავლენის ქვეშ. გელებს, რომლებსაც აქვთ წყლის დისპერსიული გარემო, ეწოდებათ ჰიდროგელებს, ხოლო ნახშირწყალბადების დისპერსიული გარემოს მქონეებს - ორგანოგელებს.

გელის გაშრობით შესაძლებელია მიიღოთ აეროგელები ან ქსეროგელები - მყიფე მიკროფოროვანი სხეულები (ფხვნილები). ფხვნილები გამოიყენება პროდუქტის ჩამოსხმისთვის, პლაზმური შესხურებისთვის და ა.შ. ლარი შეიძლება გამოყენებულ იქნას უშუალოდ ფილმების ან მონოლითური ნაწარმის დასამზადებლად. ამჟამად სოლ-გელის მეთოდი ფართოდ გამოიყენება არაორგანული არალითონური მასალებისგან ნანონაწილაკების მისაღებად.

4 ნანონაწილაკების მიღების ელექტროქიმიური მეთოდი.

ელექტროქიმიური მეთოდი დაკავშირებულია კათოდში ნივთიერების გამოყოფასთან მარტივი და რთული კათიონებისა და ანიონების ელექტროლიზის დროს. თუ სისტემა, რომელიც შედგება ორი ელექტროდისა და ელექტროლიტური ხსნარისგან (დნობისგან) შედის პირდაპირი ელექტრული დენის წრეში, მაშინ ელექტროდებზე მოხდება ჟანგვა-აღდგენითი რეაქციები. ანოდზე (დადებითი ელექტროდი) ანიონები ელექტრონებს ჩუქნიან და ჟანგდებიან; კათოდზე (უარყოფითი ელექტროდი) კათიონები იღებენ ელექტრონებს და მცირდება. კათოდზე წარმოქმნილი ნალექი, მაგალითად, ელექტროკრისტალიზაციის შედეგად, მორფოლოგიური თვალსაზრისით, შეიძლება იყოს მრავალი მიკროკრისტალიტის ფხვიერი ან მკვრივი ფენა.

დეპოზიტის ტექსტურაზე გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორი, როგორიცაა ნივთიერების ბუნება და გამხსნელი, სამიზნე პროდუქტის იონების ტიპი და კონცენტრაცია და უცხო მინარევები, დეპონირებული ნაწილაკების წებოვანი თვისებები, გარემოს ტემპერატურა, ელექტრული პოტენციალი, დიფუზიის პირობები და სხვა. ერთ-ერთი პერსპექტიული სამეცნიერო მიმართულებაა ელექტროქიმიური სინთეზის გამოყენება ნანოსტრუქტურული მასალების დიზაინისთვის. მისი არსი მდგომარეობს ლითონის ნანონაწილაკების ორგანზომილებიანი (Langmuir) მონოშრეების წარმოქმნაში ერთფენიანი ზედაპირულად აქტიური მატრიცების ქვეშ კინეტიკურად კონტროლირებადი ელექტრორედუქციის დროს. მეთოდის მთავარი უპირატესობაა ექსპერიმენტული ხელმისაწვდომობა და ნანონაწილაკების მიღების პროცესის კონტროლისა და მართვის შესაძლებლობა.

ნანონაწილაკების მიღება პლაზმის გამოყენებით:

1 პლაზმური ქიმიური სინთეზი.

ლითონების, ნიტრიდების, კარბიდების, ოქსიდების, ბორიდების და მათი ნარევების ულტრაწვრილი ფხვნილების მიღების ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ქიმიური მეთოდია პლაზმურ-ქიმიური სინთეზი. ეს მეთოდი ხასიათდება ძალიან სწრაფი (10,3 - 10,6 წმ) რეაქციით, რომელიც მიმდინარეობს წონასწორობისგან შორს და ახალი ფაზის ფორმირების მაღალი სიჩქარით მათი ზრდის შედარებით დაბალი ტემპით.

პლაზმურ-ქიმიურ სინთეზში გამოიყენება დაბალი ტემპერატურის (400 - 800 K) აზოტი, ამიაკი, ნახშირწყალბადები, არგონის პლაზმა, რომელიც იქმნება ელექტრული რკალის, ელექტრომაგნიტური მაღალი სიხშირის ველის ან მათი კომბინაციის გამოყენებით რეაქტორებში, რომელსაც ეწოდება პლაზმატრონები. . მათში საწყისი ნივთიერებების ნაკადი (აირიანი, თხევადი ან მყარი) სწრაფად გადის იმ ზონაში, სადაც პლაზმა ინახება, მისგან იღებს ენერგიას ქიმიური ტრანსფორმაციის რეაქციების განსახორციელებლად. თავად წყარო ნივთიერება ასევე შეიძლება იყოს პლაზმის წარმომქმნელი გაზი.

რეაქტორი მოიცავს შემდეგ ძირითად კომპონენტებს: ელექტროდებს, საქშენებს პლაზმის წარმომქმნელი აირის შესასვლელისთვის, ელექტრომაგნიტური ხვეულები პლაზმური რკალის შესანარჩუნებლად, საქშენები რეაგენტების შესაყვანად, ცივი გაზის შესასვლელი მოწყობილობები და მიმღები სინთეზური პროდუქტებისთვის. ელექტროდებს შორის წარმოქმნილი რკალის სვეტი აყალიბებს პლაზმურ ნაკადს, ხოლო რეაქტორში მიიღწევა 1200–4500 K ტემპერატურა. შედეგად მიღებული პროდუქტები იხსნება სხვადასხვა გზით: მილაკოვანი სითბოს გადამცვლელებში, რეაქტიული ნარევის ნაკადის დატბორვით ცივი ჭავლებით. აირები ან სითხეები, გაცივებულ Laval საქშენებში.

მიღებული ფხვნილების მახასიათებლები დამოკიდებულია გამოყენებულ ნედლეულზე, სინთეზის ტექნოლოგიაზე და პლაზმური ჩირაღდნის ტიპზე; მათი ნაწილაკები ერთკრისტალებია და აქვთ 10-100 ნმ ან მეტი ზომები. პლაზმურ-ქიმიური სინთეზის დროს მიმდინარე პროცესები და ნანონაწილაკების მიღების გაზის ფაზის მეთოდი ერთმანეთთან ახლოსაა. პლაზმაში ურთიერთქმედების შემდეგ, გაზის ფაზაში აქტიური ნაწილაკების წარმოქმნა ხდება. სამომავლოდ აუცილებელია მათი ნანოზომების შენარჩუნება და გაზის ფაზიდან გამოყოფა.

პლაზმურ-ქიმიური სინთეზის ფხვნილები ხასიათდება ნანონაწილაკების ფართო ზომის განაწილებით და, შედეგად, საკმაოდ დიდი (1-5 მკმ-მდე) ნაწილაკების არსებობით, ანუ პროცესის დაბალი სელექციურობით, ისევე როგორც მაღალი. მინარევების შემცველობა ფხვნილში.

ნანონაწილაკების მისაღებად შეიძლება გამოყენებულ იქნას არა მხოლოდ მათი ზრდის მეთოდი, არამედ პლაზმაში უფრო დიდი ნაწილაკების დაშლა. პრაქტიკაში გამოიყენება რეაქტორები, რომელთა სამუშაო მოცულობაში ლაზერული გამოსხივება შემოდის სპეციალური ფანჯრის მეშვეობით და რეაქციული ნარევის ნაკადით. მათი გადაკვეთის მიდამოში ჩნდება რეაქციის ზონა, სადაც ხდება ნაწილაკების წარმოქმნა. ნაწილაკების ზომა დამოკიდებულია რეაქტორის წნევაზე და ლაზერული გამოსხივების ინტენსივობაზე. ლაზერული გამოსხივების პარამეტრების კონტროლი ბევრად უფრო ადვილია (ვიდრე მაღალი სიხშირის ან რკალის პლაზმა), რაც შესაძლებელს ხდის უფრო ვიწრო ნაწილაკების ზომის განაწილების მიღებას. ამ გზით მიიღეს სილიციუმის ნიტრიდის ფხვნილი ნაწილაკების ზომით 10 - 20 ნმ.

2 ელექტროეროზიული მეთოდი.

მეთოდის არსი არის რკალის წარმოქმნა ელექტროდებს შორის, რომლებიც ჩაეფლო სითხის აბაზანაში. ამ პირობებში, ელექტროდების ნივთიერება ნაწილობრივ იშლება და ურთიერთქმედებს სითხესთან და ქმნის დისპერსიულ ფხვნილს. მაგალითად, წყალში ალუმინის ელექტროდების ელექტრული ეროზია იწვევს ალუმინის ჰიდროქსიდის ფხვნილის წარმოქმნას.

მიღებული მყარი ნალექი გამოიყოფა თხევადი ფაზიდან ფილტრაციის, ცენტრიფუგაციის, ელექტროფორეზის გზით. შემდეგ ფხვნილს აშრობენ და, საჭიროების შემთხვევაში, წინასწარ ჭრიან. შემდგომი თერმული დამუშავების პროცესში ხდება სამიზნე პროდუქტის სინთეზირება ფხვნილისგან, საიდანაც დეაგრეგაციის პროცესში მიიღება სასურველი ზომის ნაწილაკები. ეს მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნანო ზომის ნაწილაკების მისაღებად, თუ დიდი ნაწილაკები მოთავსებულია თხევად ფაზაში.

3 დარტყმითი ტალღის ან დეტონაციის სინთეზი.

ამ მეთოდით ნანონაწილაკები მიიღება აფეთქების პალატაში (დეტონაციის მილი) მაღალი ფეთქებადი ნივთიერებების (HEs) აფეთქების დროს წარმოქმნილ პლაზმაში.

ასაფეთქებელი მოწყობილობის სიმძლავრისა და ტიპის მიხედვით, მასალაზე დარტყმა-ტალღური ურთიერთქმედება ხორციელდება ძალიან მოკლე დროში (მეათე მიკროწამში) 3000 K-ზე მეტ ტემპერატურაზე და რამდენიმე ათეული ჰექტოპასკალის წნევაზე. ასეთ პირობებში, ფაზური გადასვლა შესაძლებელია ნივთიერებებში მოწესრიგებული დისპაციური ნანო ზომის სტრუქტურების წარმოქმნით. დარტყმითი ტალღის მეთოდი ყველაზე ეფექტურია მაღალი წნევის დროს სინთეზირებული მასალებისთვის, როგორიცაა ალმასის ფხვნილები, კუბური ბორის ნიტრატი და სხვა.

კონდენსირებული ასაფეთქებელი ნივთიერებების ფეთქებადი ტრანსფორმაციის დროს უარყოფითი ჟანგბადის ბალანსით (TNT და RDX ნარევი), ნახშირბადი იმყოფება რეაქციის პროდუქტებში, საიდანაც წარმოიქმნება ალმასის დისპერსიული ფაზა ნაწილაკების ზომით 4-5 ნმ.

სხვადასხვა ლითონებისა და მათი მარილების ფოროვანი სტრუქტურების, ლითონის ჰიდროქსიდების გელების დარტყმის ტალღის მოქმედებით ფეთქებადი მუხტისგან, მიიღება Al, Mg, Ti, Zn, Si და სხვა ოქსიდების ნანოფხვნილები.

დარტყმითი ტალღის სინთეზის მეთოდის უპირატესობა არის სხვადასხვა ნაერთების ნანოფხვნილების მიღების შესაძლებლობა არა მხოლოდ ჩვეულებრივი, არამედ მაღალი წნევის ფაზებიდან. თუმცა, მეთოდის პრაქტიკული გამოყენება მოითხოვს აფეთქებისთვის სპეციალურ აღჭურვილობას და ტექნოლოგიურ აღჭურვილობას.

მექანიკური სინთეზი.

ამ მეთოდით უზრუნველყოფილია მყარი ნივთიერებების მექანიკური დამუშავება, რის შედეგადაც ხდება ნივთიერებების დაფქვა და პლასტიკური დეფორმაცია. მასალების დაფქვას თან ახლავს ქიმიური ბმების რღვევა, რაც წინასწარ განსაზღვრავს შემდგომში ახალი ქიმიური ბმების წარმოქმნის შესაძლებლობას, ანუ მექანიკური რეაქციების წარმოქმნას.

მასალების დაფქვის დროს მექანიკური მოქმედება პულსირებულია; ამ შემთხვევაში, სტრესის ველის გამოჩენა და მისი შემდგომი რელაქსაცია არ ხდება ნაწილაკების რეაქტორში ყოფნის მთელი პერიოდის განმავლობაში, არამედ მხოლოდ ნაწილაკების შეჯახების მომენტში და მას შემდეგ მოკლე დროში. მექანიკური მოქმედება არა მხოლოდ იმპულსურია, არამედ ლოკალურიც, რადგან ის არ ხდება მთლიანი მასის მასაში, არამედ მხოლოდ იქ, სადაც ჩნდება სტრესის ველი და შემდეგ მოდუნდება.

ზემოქმედების ან აბრაზიის დროს არათანასწორობის მაღალი ხარისხით გამოთავისუფლებული ენერგიის ზემოქმედება, მყარი ნივთიერებების დაბალი თბოგამტარობის გამო, იწვევს იმ ფაქტს, რომ ნივთიერების ზოგიერთი ნაწილი იმყოფება იონებისა და ელექტრონების სახით - პლაზმურ მდგომარეობაში. . მექანიკური პროცესები მყარ სხეულში შეიძლება აიხსნას მტვრევადი სხეულების განადგურების ფონონის თეორიის გამოყენებით (ფონონი არის კრისტალური ბადის ელასტიური ვიბრაციების ენერგეტიკული კვანტი).

მყარი მასალების მექანიკური დაფქვა ხორციელდება ულტრა წვრილ საფქვავ ქარხნებში (ბურთი, პლანეტარული, ვიბრაცია, ჭავლი). როდესაც სამუშაო სხეულები ურთიერთქმედებენ დაქუცმაცებულ მასალასთან, შესაძლებელია მისი ადგილობრივი მოკლევადიანი გათბობა მაღალ (პლაზმურ) ტემპერატურამდე, რაც მიიღება ნორმალურ პირობებში მაღალ ტემპერატურაზე.

მექანიკურად შესაძლებელია ნანოფხვნილების მიღება ნაწილაკების ზომით 200-დან 5-10 ნმ-მდე. ასე რომ, როდესაც სახეხი ნარევი ლითონის და ნახშირბადის ამისთვის

48 საათის განმავლობაში მიიღეს TiC, ZrC, VC და NbC ნაწილაკები 7 - 10 ნმ ზომით. ბურთის წისქვილში, ვოლფრამის ნახშირბადისა და კობალტის ფხვნილების ნარევიდან, ნაწილაკების საწყისი ზომა დაახლოებით 75 მკმ, WC-Co ნანოკომპოზიტური ნაწილაკები 11-12 ნმ ნაწილაკების ზომით მიიღეს 100 საათში.

ნანომასალების მიღების ბიოქიმიური მეთოდები.

ნანომასალები ასევე შეიძლება წარმოიქმნას ბიოლოგიურ სისტემებში. ხშირ შემთხვევაში, ცოცხალი ორგანიზმები, როგორიცაა ზოგიერთი ბაქტერია და პროტოზოა, აწარმოებენ მინერალებს ნაწილაკებით და მიკროსკოპული სტრუქტურებით ნანომეტრის ზომის დიაპაზონში.

ბიომინერალიზაციის პროცესები იყენებს წვრილ ბიოქიმიურ კონტროლის მექანიზმებს კარგად განსაზღვრული მახასიათებლების მქონე მასალების წარმოებისთვის.

ცოცხალი ორგანიზმები შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც ულტრაწვრილი მასალების პირდაპირი წყარო, რომელთა თვისებები შეიძლება შეიცვალოს სინთეზის ან დამუშავების ბიოლოგიური პირობების ცვალებადობით. ბიოქიმიური სინთეზის მეთოდებით მიღებული ულტრაფიზიკური მასალები შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც საწყისი მასალა ნანომასალების სინთეზისა და დამუშავების უკვე გამოცდილი და ცნობილი მეთოდებისთვის, ასევე რიგ ტექნოლოგიურ პროცესებში. ჯერჯერობით, კვლევის ამ მიმართულებით ნამუშევრები ცოტაა, მაგრამ უკვე შესაძლებელია აღინიშნოს ბიოლოგიური ნანომასალების წარმოებისა და გამოყენების არაერთი მაგალითი.

ამჟამად, ულტრა წვრილმანი მასალების მიღება შესაძლებელია მრავალი ბიოლოგიური ობიექტისგან, მაგალითად, ფერიტინებიდან და მასთან დაკავშირებული ცილებიდან, რომლებიც შეიცავს რკინას, მაგნიტურ ბაქტერიებს და სხვა. ამრიგად, ფერიტინები (ცილის სახეობა) ცოცხალ ორგანიზმებს აძლევს ნანომეტრის ზომის რკინის ჰიდროქსიდების და ოქსიფოსფატების ნაწილაკების სინთეზის უნარს. მაგნიტოტაქტიკური ბაქტერიების უნარი გამოიყენონ დედამიწის მაგნიტური ველის ხაზები საკუთარი ორიენტაციისთვის შესაძლებელს ხდის გვქონდეს ნანო ზომის (40 - 100 ნმ) ერთდომენიანი მაგნეტიტის ნაწილაკების ჯაჭვები.

ასევე შესაძლებელია ნანომასალების მიღება მიკროორგანიზმების გამოყენებით. ამჟამად აღმოჩენილია ბაქტერიები, რომლებიც ჟანგავს გოგირდს, რკინას, წყალბადს და სხვა ნივთიერებებს. მიკროორგანიზმების დახმარებით შესაძლებელი გახდა ტრადიციული ტექნოლოგიური პროცესების გვერდის ავლით ქიმიური რეაქციების განხორციელება მადნებიდან სხვადასხვა ლითონების ამოღების მიზნით. ამის მაგალითია სპილენძის ბაქტერიული გამორეცხვის ტექნოლოგია სულფიდური მასალებისგან, ურანის მადნებიდან, დარიშხანის მინარევების გამოყოფა კალისა და ოქროს კონცენტრატებისგან.

ზოგიერთ ქვეყანაში, დღეისათვის, მიკრობიოლოგიური მეთოდებით მიიღება სპილენძის 5%-მდე, დიდი რაოდენობით ურანი და თუთია. არსებობს კარგი წინაპირობები, დადასტურებული ლაბორატორიული კვლევებით, მიკრობიოლოგიური პროცესების გამოყენებისათვის ღარიბი კარბონატული მადნებიდან მანგანუმის, ბისმუტის, ტყვიის, გერმანიუმის მოპოვებისთვის. მიკროორგანიზმების დახმარებით შესაძლებელია არსენოპირიტის კონცენტრატებში წვრილად გავრცელებული ოქროს გახსნა. ამიტომ ტექნიკურ მიკრობიოლოგიაში გაჩნდა ახალი მიმართულება, რომელსაც მიკრობიოლოგიური ჰიდრომეტალურგია ჰქვია.

კრიოქიმიური სინთეზი.

ლითონის ატომებისა და გროვების მაღალი აქტივობა სტაბილიზატორების არარსებობის შემთხვევაში იწვევს რეაქციას უფრო დიდ ნაწილაკებად. ლითონის ატომების აგრეგაციის პროცესი პრაქტიკულად აქტივაციის ენერგიის გარეშე მიმდინარეობს. პერიოდული სისტემის თითქმის ყველა ელემენტის აქტიური ატომების სტაბილიზაცია მიღწეული იყო დაბალ (77 K) და ულტრადაბალ (4 - 10 K) ტემპერატურაზე მატრიცული იზოლაციის მეთოდით. ამ მეთოდის არსი არის ინერტული აირების გამოყენება ულტრადაბალ ტემპერატურაზე. ყველაზე ხშირად, არგონი და ქსენონი გამოიყენება როგორც მატრიცა. ლითონის ატომების წყვილი კონდენსირებულია დიდი, ჩვეულებრივ, ათასჯერადი ჭარბი ინერტული აირით გაცივებულ ზედაპირზე 10-12 კ-მდე. ინერტული აირების მნიშვნელოვანი განზავება და დაბალი ტემპერატურა პრაქტიკულად გამორიცხავს ლითონის ატომების დიფუზიის შესაძლებლობას. სტაბილიზირებულია კონდენსატში. ასეთი ატომების ფიზიკოქიმიური თვისებები შესწავლილია სხვადასხვა სპექტრული და რადიო სპექტრული მეთოდით.

კრიოქიმიური ნანოტექნოლოგიის ძირითადი პროცესები:

1 ხსნარების მომზადება და დისპერსია.

საწყისი ნივთიერების ან ნივთიერებების ამა თუ იმ გამხსნელში დაშლის შედეგად შესაძლებელია კომპონენტების შერევის მაქსიმალური ხარისხი ერთგვაროვან ხსნარში, რომელშიც მითითებული შემადგენლობის შესატყვისობის მაღალი სიზუსტეა. გარანტირებული. ყველაზე ხშირად გამოყენებული გამხსნელი წყალია; თუმცა შესაძლებელია სხვა გამხსნელების გამოყენება, რომლებიც ადვილად იყინება და სუბლიმირებულია.

შემდეგ მიღებულ ხსნარს ანაწილებენ საჭირო ზომის ცალკეულ წვეთებად და აციებენ ტენის სრულ გაყინვამდე. ჰიდროდინამიკური დისპერსიის პროცესი ხორციელდება ხსნარის ამოწურვის გამო სხვადასხვა საქშენებითა და ფილტრებით, აგრეთვე საქშენების გამოყენებით.

მსგავსი დოკუმენტები

ზოგადი ინფორმაცია ნანონაწილაკების მიღების მეთოდების შესახებ. კრიოქიმიური ნანოტექნოლოგიის ძირითადი პროცესები. ხსნარების მომზადება და დაშლა. ნანომასალების მიღების ბიოქიმიური მეთოდები. გაყინვის სითხის წვეთები. გაზების ზებგერითი გადინება საქშენიდან.

საკურსო ნაშრომი, დამატებულია 21/11/2010


ნანოტექნოლოგიის ძირითადი ცნებები და ნანოქიმიის განვითარება. ნახშირბადის როლი ნანოსამყაროში. ფულერენების აღმოჩენა, როგორც ნახშირბადის არსებობის ფორმა. ჭკვიანი ნანომასალების სახეები: ბიომიმეტური, ბიოდეგრადირებადი, ფეროსთხევადი, პროგრამული და აპარატურის კომპლექსი.

პრეზენტაცია, დამატებულია 08/12/2015


ძირითადი ასპექტები, რომლებიც ეხება ნანოქიმიის სფეროს. ზომის ეფექტების კლასიფიკაცია მაიერის მიხედვით, მათი წარმოშობის მიზეზები. ატომური ძალის მიკროსკოპის მუშაობის სქემა და ზოგადი ხედვა. ნანომასალების კლასიფიკაცია განზომილების მიხედვით. ნახშირბადის ნანომილების თვისებები.

პრეზენტაცია, დამატებულია 07/13/2015


ნანონაწილაკების თვისებები და კლასიფიკაცია: ნანოკლასტერები და ნანონაწილაკები სათანადო. უჯრედული კულტურები, რომლებიც გამოიყენება ინ ვიტრო ტოქსიკურობის კვლევებისთვის: ფილტვების, ამნიონის და ადამიანის ლიმფოციტების კარცინომა, ვირთხის კარდიომიოციტები. ნანომასალების ციტოტოქსიკურობის შესწავლა.

საკურსო ნაშრომი, დამატებულია 14.05.2014


ნანოტექნოლოგიების გამოყენება მედიცინაში. ნანონაწილაკების გავლენა ადამიანის სხეულზე. სკანირების ზონდის მიკროსკოპების სამედიცინო გამოყენება. ერთკრისტალების მიღება ორ ფენიან აბაზანაში. ულვაშებით ნარკოტიკების მოსაპოვებელი მოწყობილობები.

ნაშრომი, დამატებულია 06/04/2015


ხსნარებში ქიმიური შემცირების მეთოდით ვერცხლის ნანონაწილაკების მიღების თავისებურებები. წყალხსნარებში ლითონის იონების გამოსხივება-ქიმიური შემცირების პრინციპი. ლითონის ზოლების ფორმირება. პლაზმონის პიკის სიდიდეზე pH-ის გავლენის შესწავლა.

საკურსო ნაშრომი, დამატებულია 12/11/2008


ჭარბი ზედაპირის ენერგიის გავლენა ნანონაწილაკების ადჰეზიურ ურთიერთქმედებაზე. სურფაქტანტის ადსორბციული მონოფენა. ლოკალური კონცენტრაცია და კუნძულის ნანომასშტაბიანი სტრუქტურის ფორმირება. სურფაქტანტების გავლენა ზედაპირულ ძალებზე და ლიოფობიური ნანოსისტემების სტაბილურობაზე.

ტესტი, დამატებულია 02/17/2011


ვერცხლის ნანონაწილაკების დახასიათება. მათი გავლენა ადამიანის ლიმფოციტების სიცოცხლისუნარიანობაზე MTT ტესტის შედეგების მიხედვით. უჯრედული კულტურები გამოიყენება ინ ვიტრო ტოქსიკურობის კვლევებისთვის. ნანომასალების ციტოტოქსიკურობის შესწავლა ძუძუმწოვრების უჯრედულ კულტურებში.

ნაშრომი, დამატებულია 05/04/2014


ნანოფაზის ფორმირების ნიმუშები ხსნარში. კატალიზატორების მომზადების მეთოდი. ალუმინაზე დეპონირებული ქიტოზანის ულტრათხელ ფენებში სტაბილიზირებული პალადიუმის ნანონაწილაკების მომზადების მეთოდი. ნანოკომპოზიტების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები.

ნაშრომი, დამატებულია 12/04/2014


ლითონების მაგნიტური ნანონაწილაკები. მიცელარული ხსნარების ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები. კონდუქტომეტრიული კვლევა, კობალტის ნანონაწილაკების სინთეზი პირდაპირ მიცელებში. Langmuir-Blodgett ფილმის მიღება, ელექტრონის სკანირება და ატომური ძალის მიკროსკოპია.

ნანოქიმია

ქიმია და ფარმაკოლოგია

ნანომეცნიერება დამოუკიდებელ დისციპლინად მხოლოდ ბოლო 7-10 წლის განმავლობაში გაჩნდა. ნანოსტრუქტურების შესწავლა მრავალი კლასიკური სამეცნიერო დისციპლინის საერთო მიმართულებაა. ნანოქიმია მათ შორის ერთ-ერთ წამყვან ადგილს იკავებს, რადგან ის ხსნის თითქმის შეუზღუდავ შესაძლებლობებს განვითარების, წარმოებისა და კვლევისთვის...

განათლების ფედერალური სააგენტო ომსკის სახელმწიფო პედაგოგიური უნივერსიტეტის ქიმიისა და ბიოლოგიის ფაკულტეტი
ქიმიის დეპარტამენტი და ქიმიის სწავლების მეთოდები

ნანოქიმია

დაასრულა: სტუდენტი 1-XO კუკლინა ნ.ე.

შეამოწმა: ქიმიურ მეცნიერებათა კანდიდატი, ასოცირებული პროფესორი ბრაიანსკი ბ.ია.

ომსკი 2008 წ

§1. ნანომეცნიერების ფორმირების ისტორია…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

§2. ნანომეცნიერების ძირითადი ცნებები……………………………………………………………………….5

§3. ზოგიერთი ნანონაწილაკების სტრუქტურისა და ქცევის თავისებურებები………………………………………8

§4. ნანოქიმიის გამოყენებითი გამოყენების სახეები…………………………………………………………………….

§5. ნანონაწილაკების მიღების მეთოდები………………………………………………………………………..10

§6. ნანომასალები და მათი გამოყენების პერსპექტივები………………………………………………...11

ინფორმაციის წყაროები……………………………………………………………………………………………………………….

§1. ნანომეცნიერების ფორმირების ისტორია

1905 წ ალბერტ აინშტაინმა თეორიულად დაამტკიცა, რომ შაქრის მოლეკულის ზომა არის პდა ვენები არის 1 ნანომეტრი.

1931 წ გერმანელმა ფიზიკოსებმა ერნსტ რუსკამ და მაქს ნოლმა შექმნეს ელექტრონული მიკროფონიო ფარგლები უზრუნველყოფს 10 15 -ჯერ გაზრდა.

1932 წ ჰოლანდიელმა პროფესორმა ფრიც ზერნიკემ გამოიგონა ფაზა-კონტრასტის მირომ როსკოპი ოპტიკური მიკროსკოპის ვარიანტია, რომელიც აუმჯობესებს სურათების დეტალების ჩვენების ხარისხსა ჟენია და მისი დახმარებით გამოიკვლია ცოცხალი უჯრედები.

1939 წ Siemens-მა, სადაც ერნსტ რუსკა მუშაობდა, გამოუშვა პირველი კომერციული ელექტრონული მიკროსკოპი 10 ნმ გარჩევადობით.

1966 წ ამერიკელი ფიზიკოსი რასელ იანგი, რომელიც მუშაობდა ეროვნულ ბიუროშინ ისრები, გამოიგონეს ძრავა, რომელიც დღეს გამოიყენება გვირაბის მიკროფონების სკანირებისთვისო სკოპები და 0,01 ანგსტრომი (1 ნანომეტრი = 10 ანგსტრომი) სიზუსტით ნანოიარაღების პოზიციონირებისთვის.

1968 წ ალფრედ ჩო, Bell-ის აღმასრულებელი ვიცე პრეზიდენტი და ჯონ არტური, მისი ნახევარგამტარების კვლევის განყოფილების თანამშრომელი, დაასაბუთეს ნანოტექნოლოგიების გამოყენების თეორიული შესაძლებლობა ზედაპირული დამუშავების პრობლემების გადასაჭრელად და ელექტრონული მოწყობილობების შექმნისას ატომური სიზუსტის მისაღწევად.

1974 წ იაპონელმა ფიზიკოსმა ნორიო ტანიგუჩიმ, რომელიც მუშაობდა ტოკიოს უნივერსიტეტში, შემოგვთავაზა ტერმინი „ნანოტექნოლოგია“ (გამოყოფის, შეკრების და დედის შეცვლის პროცესი.ა დაჭერა მათ ერთ ატომთან ან ერთ მოლეკულასთან ზემოქმედებით), რომელმაც სწრაფად მოიპოვა პოპულარობა სამეცნიერო წრეებში.

1982 წ IBM ციურიხის ფიზიკოსთა კვლევით ცენტრში გერდ ბინიგი და გენ Rich Rohrer-მა შექმნა სკანირების გვირაბის მიკროსკოპი (STM), რომელიც შესაძლებელს ხდის გამტარ მასალების ზედაპირებზე ატომების განლაგების სამგანზომილებიანი სურათის აგებას.

1985 წ სამმა ამერიკელმა ქიმიკოსმა: რაისის უნივერსიტეტის პროფესორმა რიჩარდ სმელიმ, ასევე რობერტ კარლმა და ჰაროლდ კროტომ აღმოაჩინეს ფულერენის მოლეკულები, რომლებიც შედგებოდამე რომელიც შედგება 60 ნახშირბადის ატომისგან, რომლებიც განლაგებულია სფეროს სახით. ამ მეცნიერებმა ასევე შეძლეს პირველად 1 ნმ ობიექტის გაზომვა.

1986წ გერდ ბინიგმა შეიმუშავა სკანირების ატომური ძალის ზონდი მიკროო ფარგლები, რამაც საბოლოოდ შესაძლებელი გახადა ნებისმიერი მასალის ატომების ვიზუალიზაცია (არა მხოლოდო წამყვანი), ასევე მათი მანიპულირება.

19871988 წ კვლევით ინსტიტუტში „დელტაში“ პ.ნ. ლუსკინოვიჩმა დაიწყო პირველი რუსული ნანოტექნოლოგიური ინსტალაცია, რომელიც ახორციელებდა ნაწილაკების მიმართულ გამგზავრებას მიკროსკოპის ზონდის წვერიდან გათბობის გავლენის ქვეშ.

1989 წ მეცნიერებმა დონალდ ეიგლერმა და ერჰარდ შვეცერმა კალიფორნიის IBM სამეცნიერო ცენტრიდან შეძლეს 35 ატომის ქსენონის დალაგება ნიკელის კრისტალზე მათი კომპანიის სახელით.

1991 წ იაპონელი პროფესორი სუმიო ლიჯიმა, რომელიც მუშაობდა NEC-ში დათან გამოიყენეს ფულერენი ნახშირბადის მილების (ან ნანომილების) შესაქმნელად 0,8 ნმ დიამეტრით.

1991 წ აშშ-ში ეროვნული სამეცნიერო ფონდის პირველი ნანოტექნოლოგიური პროგრამა ამოქმედდა. მსგავსი აქტივობები იაპონიის მთავრობამაც დაიწყო.

1998 წ დელფტსის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის ჰოლანდიელმა პროფესორმა კეეს დეკერმა შექმნა ტრანზისტორი, რომელიც დაფუძნებულია ნანომილაკებზე. ამისათვის ის უნდა ყოფილიყო მსოფლიოში პირველი, ვინც შეცვლილიყოე გავზომოთ ასეთი მოლეკულის ელექტრული გამტარობა.

2000 წ გერმანელმა ფიზიკოსმა ფრანც გისიბლმა დაინახა სუბატომური ნაწილაკები სილიკონში. მისმა კოლეგამ რობერტ მაგერლემ შემოგვთავაზა სამი ნანოტომოგრაფიის შექმნის ტექნოლოგიარ მატერიის შიდა სტრუქტურის გამოსახულება 100 ნმ გარჩევადობით.

2000 წ აშშ-ს მთავრობამ ნანოტექნოლოგიის ეროვნული ინსტიტუტი გახსნადა ინიციატივა (NNI). ამ მიმართულებით, კომერციულად, აშშ-ის ბიუჯეტმა 270 მილიონი დოლარი გამოიყოე რუსულმა კომპანიებმა მასში 10-ჯერ მეტი ინვესტიცია ჩადეს.

2002 წ Cees Dekker-მა გააერთიანა ნახშირბადის მილი დნმ-სთან და მიიღო ერთი ნანოხანიზმია.

2003 წ პროფესორმა ფენგ ლიუმ იუტას უნივერსიტეტიდან, ფრანც გისიბლის მიღწევების გამოყენებით, ატომური მიკროსკოპის გამოყენებით, შექმნა ელექტრონების ორბიტების გამოსახულება ბირთვის გარშემო მოძრაობისას მათი აშლილობის ანალიზით.

§2. ნანომეცნიერების ძირითადი ცნებები

ნანომეცნიერება დამოუკიდებელ დისციპლინად მხოლოდ მას შემდეგ გაჩნდად არა 7-10 წელი. ნანოსტრუქტურების შესწავლა მრავალი კლასიკური სამეცნიერო დისციპლინის საერთო მიმართულებაა. ნანოქიმია მათ შორის ერთ-ერთ წამყვან ადგილს იკავებს, რადგან ის ხსნის პრაქტიკულად შეუზღუდავ შესაძლებლობებს სასურველი თვისებების მქონე ახალი ნანომასალების შემუშავების, წარმოებისა და კვლევისთვის, რომლებიც ხშირად ხარისხობრივად აღემატება ბუნებრივ მასალებს.

ნანოქიმია - არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს სხვადასხვა ნანონაწილაკების თვისებებსთ ruktur, ასევე მათი წარმოების, შესწავლისა და მოდიფიკაციის ახალი მეთოდების შემუშავება.

ნანოქიმიის პრიორიტეტული ამოცანაანანომეტრის ზომას შორის კავშირის დამყარებაა სტიქია და მისი თვისებები.

ნანოქიმიის კვლევის ობიექტებიარის სხეულები ისეთი მასით, რომ მათი ექვივალენტიდა ვალენტობის ზომა რჩება ნანოფორთოხლის ფარგლებში (0,1 100 ნმ).

ნანომასშტაბიანი ობიექტები იკავებენ შუალედურ ადგილს, ერთის მხრივ, ნაყარ მასალებს და მეორეს მხრივ ატომებსა და მოლეკულებს შორის. ასეთის არსებობაბ პროექტები მასალებში აძლევს მათ ახალ ქიმიურ და ფიზიკურ თვისებებს. ნანოობიექტები არის შუალედური და დამაკავშირებელი რგოლი სამყაროს შორის, რომელშიც კანონებიაო კვანტური მექანიკა და სამყარო, რომელშიც მოქმედებს კლასიკური ფიზიკის კანონები.

მიმდებარე სამყაროს ობიექტების დამახასიათებელი ზომები

ნანოქიმია იკვლევს სხვადასხვა ნანოსისტემების წარმოებას და თვისებებს.ნანოსისტემები არის სხეულების ერთობლიობა, რომელიც გარშემორტყმულია აირით ან თხევადი გარემოთი. ასეთი თე პოლიატომური მტევნები და მოლეკულები, ნანოწვეთები და ნანოკრისტალები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლამის სახით. ეს არის შუალედური ფორმები ატომებსა და მაკროსკოპულ სხეულებს შორის. სისტემების ზომა დაახლოებითთან დნება 0,1 100 ნმ-ში.

ნანოქიმიის ობიექტების კლასიფიკაცია ფაზური მდგომარეობის მიხედვით

ნანოქიმიის მიერ შესწავლილი ობიექტების დიაპაზონი მუდმივად ფართოვდება. ქიმიკოსები ყოველთვის ცდილობდნენ გაეგოთ, რა თვისებები აქვს ნანომეტრის ზომის სხეულებს. ამან გამოიწვია კოლოიდური და მაკრომოლეკულური ქიმიის სწრაფი განვითარება.

XX საუკუნის 80-90-იან წლებში ელექტრონული, ატომური ძალის მეთოდების წყალობით დან მიკროსკოპით, შესაძლებელი გახდა ლითონის ნანოკრისტალების ქცევაზე დაკვირვება დაე ორგანული მარილები, ცილის მოლეკულები, ფულერენი და ნანომილები და ბოლო წლებში ტა ეს დაკვირვებები ფართოდ გავრცელდა.

ნანოქიმიური კვლევის ობიექტები

ამრიგად, შეიძლება განვასხვავოთ ნანოქიმიის შემდეგი ძირითადი მახასიათებლები:

1. ობიექტების გეომეტრიული ზომები დევს ნანომეტრულ შკალაზე;
2. ახალი თვისებების გამოვლინება ობიექტების და მათი ნაკრების მიხედვით;
3. ობიექტების კონტროლისა და ზუსტი მანიპულირების შესაძლებლობა;
4. ობიექტებზე აწყობილი ობიექტები და მოწყობილობები ახალ მომხმარებლებს იღებენ bsky თვისებები.

§3. ზოგიერთი ნანონაწილაკების სტრუქტურისა და ქცევის თავისებურებები

ნანონაწილაკები ინერტული აირების ატომებიდანარის უმარტივესი ნანოობიექტებიბ პროექტები. ინერტული აირების ატომები მთლიანად შევსებული ელექტრონული გარსებით სუსტად ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან ვან დერ ვაალის ძალების მეშვეობით. ასეთი ნაწილაკების აღწერისას გამოიყენება მყარი სფეროების მოდელი.

ლითონის ნანონაწილაკები. რამდენიმე ატომის მეტალის მტევნებში შეიძლება განხორციელდეს როგორც კოვალენტური, ასევე მეტალის ტიპის ბმები. ლითონის ნანონაწილაკები ძალიან რეაქტიულია და ხშირად გამოიყენება კატალიზად.ა ტორი. ლითონის ნანონაწილაკები ჩვეულებრივ იღებენ სწორ ფორმას ოქტაედრონს, ikosა ჰედრა, ტეტრადეკედრონი.

ფრაქტალური მტევანიეს არის განშტოებული სტრუქტურის ობიექტები: ჭვარტლი, კოლ ლოიდები, სხვადასხვა აეროზოლები და აეროგელები. ფრაქტალი არის ისეთი ობიექტი, რომელშიც გაზრდისასთან დნობის გადიდება, ხედავთ, როგორ მეორდება მასში ერთი და იგივე სტრუქტურა ყველა დონეზე და ნებისმიერ მასშტაბში.

მოლეკულური მტევანიმტევანი, რომელიც შედგება მოლეკულებისგან. ყველაზე კლასტურიე თხრილები მოლეკულურია. მათი რაოდენობა და მრავალფეროვნება უზარმაზარია. კერძოდ, მოლეკულებზეზე ბევრი ბიოლოგიური მაკრომოლეკულა ეკუთვნის პოლარულ მტევანებს.

ფულერენები არის ღრუ შიგნით ნაწილაკები, რომლებიც წარმოიქმნება მრავალსაფეხურითნ ნახშირბადის ატომების მეტსახელები, რომლებიც დაკავშირებულია კოვალენტური ბმით. განსაკუთრებული ადგილი სრულყოფილთა შორისე ახალი დაკავებულია C 60 ნახშირბადის ატომიანი ნაწილაკით 60 ფეხბურთის მიკროსკოპული ბურთის მსგავსი.

ნანომილები ეს არის ღრუ მოლეკულები შიგნით, რომელიც შედგება დაახლოებით 1,000,000 ატისგანო ნახშირბადის mov და წარმოადგენს ერთ ფენიან მილებს, რომელთა დიამეტრი დაახლოებით ნანომეტრია და სიგრძე რამდენიმე ათეული მიკრონი. ნანომილის ზედაპირზე ნახშირბადის ატომები გაფანტულიაო დევს რეგულარული ექვსკუთხედების წვეროებზე.

§4. ნანოქიმიის გამოყენებითი გამოყენება

პირობითად, ნანოქიმია შეიძლება დაიყოს:

• თეორიული
• ექსპერიმენტული
• Გამოყენებითი

თეორიული ნანოქიმიაშეიმუშავებს ნანოსხეულების ქცევის გამოთვლის მეთოდებს ნაწილაკების მდგომარეობის ისეთი პარამეტრების გათვალისწინებით, როგორიცაა სივრცითი კოორდინატები და სიჩქარეო სტი, მასა, თითოეული ნანონაწილაკის შემადგენლობის მახასიათებლები, ფორმა და სტრუქტურა.

ექსპერიმენტული ნანოქიმიავითარდება სამი მიმართულებით.პირველის ფარგლებში ვითარდება და გამოიყენება ულტრამგრძნობიარე სპექტრალური მეთოდები, დიახიუ რომლებიც საშუალებას გვაძლევს ვიმსჯელოთ მოლეკულების აგებულებაზე, მათ შორის ათობით და ასობით ატომზე.მეორეს ფარგლებშიმიმართულება, ფენომენები შესწავლილია ლოკალურ (ლოკალურ) ელექტროე ფიზიკური, მაგნიტური ან მექანიკური ზემოქმედება ნანოსხეულებზე, რომლებიც განხორციელებულია ნანოზონდების და სპეციალური მანიპულატორების დახმარებით.მესამეს ქვეშმე განვსაზღვრავ მიმართულებებსთ ნანოსხეულების კოლექტივების მაკროკინეტიკური მახასიათებლები და განაწილების ფუნქციებია შენიშვნა სახელმწიფო პარამეტრების მიხედვით.

გამოყენებითი ნანოქიმიამოიცავს:

• ინჟინერიასა და ნანოტექნოლოგიაში ნანოსისტემების გამოყენების თეორიული საფუძვლების შემუშავებაო ლოგიკას, მათ პირობებში კონკრეტული ნანოსისტემების განვითარების პროგნოზირების მეთოდებს დათან გამოყენება, ასევე მუშაობის ოპტიმალური მეთოდების ძიება (ტექნიკურიმაგრამ ნოქიმია).
• ნანოსისტემების ქცევის თეორიული მოდელების შექმნა ნანომატის სინთეზშიე რიალი და მათი წარმოებისთვის ოპტიმალური პირობების ძიება (სინთეზური ნანოქიმია).
• ბიოლოგიური ნანოსისტემების შესწავლა და ნანოს გამოყენების მეთოდების შექმნადა ღეროები სამკურნალო მიზნებისთვის (სამედიცინო ნანოქიმია).
• ნანონაწილაკების ფორმირებისა და გარემოში მიგრაციის თეორიული მოდელების შემუშავებაზე საცხოვრებელი გარემო და ბუნებრივი წყლების ან ჰაერის ნანონაწილაკებისგან გაწმენდის მეთოდები (მაგო ლოგიკური ნანოქიმია).

§5. ნანონაწილაკების მიღების მეთოდები

პრინციპში, ნანონაწილაკების სინთეზის ყველა მეთოდი შეიძლება დაიყოს ორ დიდ ჯგუფად:

დისპერსიის მეთოდები, ან ნანონაწილაკების მიღების მეთოდები ჩვეულებრივი მაკრონიმუშის დაფქვით

კონდენსაციის მეთოდები, ან ცალკეული ატომებიდან ნანონაწილაკების „ზრდის“ მეთოდები.

დისპერსიის მეთოდები

დისპერსიის მეთოდებით, საწყისი სხეულები დაფქვავენ ნანონაწილაკებამდე. ნანონაწილაკების მიღების ამ მიდგომას ზოგიერთი მეცნიერი ფიგურალურად უწოდებენ"ზემოდან ქვემოთ მიდგომა" . ეს არის ნანონაწილაკების, ერთგვარი „ხორცის“ შექმნის ყველა გზა.ო ჭრა“ მაკროსხეულებისთვის. ეს მეთოდი ფართოდ გამოიყენება მიკროელექტრონიკისთვის მასალების წარმოებაში, ის მოიცავს ობიექტების ზომის შემცირებას ნანომასშტაბამდე სამრეწველო აღჭურვილობისა და გამოყენებული მასალის შესაძლებლობების ფარგლებში. დათ ნივთიერების ნანონაწილაკებად დაფქვა შესაძლებელია არა მხოლოდ მექანიკურად. რუსული კომპანია Advanced Powder Technologies იღებს ნანონაწილაკებს ლითონის ძაფის ძლიერი დენის პულსის აფეთქებით.

ნანონაწილაკების მოპოვების უფრო ეგზოტიკური გზებიც არსებობს. ამერიკელმა მეცნიერებმა 2003 წელს შეაგროვეს მიკროორგანიზმები ლეღვის ხის ფოთლებიდანროდოკოკი და მოათავსეს ისინი ოქროს ხსნარში. ბაქტერია მოქმედებდა როგორც ქიმიური ნივთიერებათან პირველი, ვერცხლის იონებისგან დაახლოებით 10 ნმ დიამეტრის სუფთა ნანონაწილაკებს აგროვებდა. ნანონაწილაკების აგებით ბაქტერიები თავს ნორმალურად გრძნობდნენ და აგრძელებდნენ გამრავლებას.

კონდენსირებადიმეთოდები

კონდენსაციის მეთოდებით ("ქვემოდან ზევით მიდგომა") ნანონაწილაკები მიიღებენ nზე ცალკეული ატომების გაერთიანების თემები. მეთოდი მდგომარეობს იმაში, რომ კონტროლირებადთან პირობები, იქმნება ატომებისა და იონების ანსამბლები. შედეგად, ახალი ობიექტები იქმნება ახალი სტრუქტურებით და, შესაბამისად, ახალი თვისებებით, რომლებიც შეიძლება დაპროგრამდეს ანსამბლების ფორმირების პირობების შეცვლით. ეს ერთის მიერდ ეს ნაბიჯი ხელს უწყობს ობიექტების მინიატურიზაციის პრობლემის გადაჭრას, უახლოვდება მაღალი რეზოლუციის ლითოგრაფიის რიგი პრობლემების გადაჭრას, ახალი მიკროპროცესორების, თხელი პოლიმერული ფილმების და ახალი ნახევარგამტარების შექმნას.

§6. ნანომასალები და მათი გამოყენების პერსპექტივები

ნანომასალების კონცეფცია პირველად ჩამოყალიბდაXX საუკუნის 80-იანი წლები გ.გლაიტერის მიერ, რომელმაც თავად შემოიღო ეს ტერმინი სამეცნიერო გამოყენებაში "ნანომასალა ". ტრადიციული ნანომასალების გარდა (როგორიცაა ქიმიური ელემენტები და ნაერთები, ამორფული ნივთიერებები, ლითონები და მათი შენადნობები), მათში შედის ნანონახევარგამტარები, ნანოპოლიმერები,ა ფოროვანი მასალები, ნანოფხვნილები, ნახშირბადის მრავალი ნანოსტრუქტურა,ა ნობიომასალები, სუპრამოლეკულური სტრუქტურები და კატალიზატორები.

ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ ნანომასალების უნიკალურ თვისებებს, არის ნანონაწილაკების განზომილებიანი, ელექტრონული და კვანტური ეფექტები, რომლებიც ქმნიან მათ, ისევე როგორც მათ ძალიან განვითარებულ ზედაპირს. მრავალრიცხოვანმა კვლევებმა აჩვენა, რომბ მნიშვნელოვანი და ტექნიკურად საინტერესო ცვლილებები ნანომასალების ფიზიკურ-მექანიკურ თვისებებში (სიმტკიცე, სიმტკიცე და ა.შ.) ხდება ნაწილაკების ზომის დიაპაზონში რამდენიმედან.ა რიცხვები 100 ნმ-მდე. დღეისათვის უკვე მიღებულია მრავალი ნანომასალა, რომელიც დაფუძნებულია ნიტრიდებსა და ბორიდებზე, რომელთა კრისტალიტის ზომა დაახლოებით 12 ნმ და ნაკლებია.

მათ საფუძველში მყოფი ნანონაწილაკების სპეციფიკური თვისებების გამო, ასეთი საგებებიე რიალი ხშირად აღემატება "ჩვეულებრივ" ბევრ რამეს. მაგალითად, ძალალ ნანოტექნოლოგიით მიღებული ფოლადი 1,5-3-ჯერ უფრო ძლიერია ვიდრე ჩვეულებრივი ფოლადი, 50-70-ჯერ უფრო მყარი და 10-12-ჯერ უფრო მდგრადია კოროზიის მიმართ.

ნანომასალების გამოყენება:

• ნანოელექტრონიკისა და ნანოფოტონიკის ელემენტები (ნახევარგამტარული ტრანზისტორები და ლაზერები; ფოტოდეტექტორები; მზის უჯრედები; სხვადასხვა სენსორები)
• ულტრა მკვრივი ინფორმაციის ჩამწერი მოწყობილობები
• ტელეკომუნიკაციები, საინფორმაციო და გამოთვლითი ტექნოლოგიები, სუპე r კომპიუტერები
• ვიდეო ტექნიკა ბრტყელი ეკრანები, მონიტორები, ვიდეო პროექტორები
• მოლეკულური ელექტრონული მოწყობილობები, მათ შორის კონცენტრატორები და ელექტრონული სქემები მოლეკულურ დონეზე
• საწვავის უჯრედები და ენერგიის შესანახი მოწყობილობები
• მიკრო და ნანომექანიკური მოწყობილობები, მათ შორის მოლეკულური ძრავები და ნანომოტორები, ნანორობოტები
• ნანოქიმია და კატალიზი, მათ შორის წვის კონტროლი, საფარი, ელექტრორომ ტროქიმია და ფარმაცევტიკა
• საავიაციო, კოსმოსური და თავდაცვის პროგრამებიმე გარემო
• წამლებისა და ცილების მიზნობრივი მიწოდება, ბიოპოლიმერები და ბიოლოგიური ქსოვილების შეხორცება, კლინიკური და სამედიცინო დიაგნოსტიკა, ხელოვნური კუნთების შექმნაზე თევზაობა, ძვლები, ცოცხალი ორგანოების იმპლანტაცია
• ბიომექანიკა, გენომიკა, ბიოინფორმატიკა, ბიოინსტრუმენტაცია
• კანცეროგენული ქსოვილების, პათოგენების და ბიოლოგიურად მავნე აგენტების რეგისტრაცია და იდენტიფიკაცია; უსაფრთხოება სოფლის მეურნეობაში და სურსათის წარმოებაში.

ომსკის რეგიონი მზად არის განავითაროს ნანოტექნოლოგიები

ნანოტექნოლოგიების განვითარება ომსკის რეგიონში მეცნიერების, ტექნოლოგიებისა და ინჟინერიის განვითარების ერთ-ერთი პრიორიტეტული სფეროა.

ამრიგად, რუსეთის აკადემიის ციმბირის ფილიალის ნახევარგამტარული ფიზიკის ინსტიტუტის ომსკის ფილიალშით ნანოელექტრონიკის განვითარება, ხოლო რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ციმბირის ფილიალის ნახშირწყალბადების დამუშავების პრობლემების ინსტიტუტში მიმდინარეობს მუშაობა ნანოფოროვანი ნახშირბადის მატარებლების და კატალიზატორების მისაღებად.

ინფორმაციის წყაროები:

• http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
• http://www.rambler.ru/news
• ht tp: // Nanometer.ru
• http://www.nanonewsnet.ru/ 67 კბ გაკვეთილის აღჭურვილობა: პრეზენტაცია დიდი სამამულო ომის დასაწყისი, სადაც გამოყენებულია ომის საწყისი პერიოდის რუკა; დოკუმენტური ფილმების ფრაგმენტები ომის შესახებ; სქემა გერმანიისა და სსრკ ომისთვის მზადყოფნის შესახებ; მიძღვნილი წიგნების გამოფენა. დიდ სამამულო ომამდე...

დისტანციური საგანმანათლებლო კურსები არის ეფექტური დამატებითი განათლების და მოწინავე ტრენინგის თანამედროვე ფორმა სპეციალისტების მომზადების სფეროში ფუნქციური მასალებისა და ნანომასალების მოპოვების პერსპექტიული ტექნოლოგიების შემუშავებისთვის. ეს არის თანამედროვე განათლების ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული ფორმა, რომელიც ვითარდება მთელ მსოფლიოში. განსაკუთრებით აქტუალურია ცოდნის მიღების ეს ფორმა ისეთ ინტერდისციპლინურ სფეროში, როგორიცაა ნანომასალები და ნანოტექნოლოგიები. დისტანციური კურსების უპირატესობებია მათი ხელმისაწვდომობა, მოქნილობა სასწავლო მარშრუტების მშენებლობაში, სტუდენტებთან ურთიერთობის პროცესის ეფექტურობისა და ეფექტურობის გაუმჯობესება, სრულ განაკვეთთან შედარებით ხარჯების ეფექტურობა, რაც, მიუხედავად ამისა, შეიძლება ჰარმონიულად შერწყმული იყოს დისტანციურ სწავლებასთან. ნანოქიმიისა და ნანომასალების ფუნდამენტური პრინციპების დარგში მომზადებულია მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის სამეცნიერო და საგანმანათლებლო ცენტრის ნანოტექნოლოგიების ვიდეო მასალები:

• . მეცნიერებათა ძირითადი ცნებები და განმარტებები ნანოსისტემებისა და ნანოტექნოლოგიების შესახებ. ნანოტექნოლოგიის და ნანოსისტემების მეცნიერებების გაჩენის ისტორია. ინტერდისციპლინურობა და მულტიდისციპლინურობა. ნანოობიექტების და ნანოსისტემების მაგალითები, მათი მახასიათებლები და ტექნოლოგიური აპლიკაციები. ნანოტექნოლოგიების ობიექტები და მეთოდები. ნანოტექნოლოგიების განვითარების პრინციპები და პერსპექტივები.
• . ნანოსისტემების ფორმირების ძირითადი პრინციპები. ფიზიკური და ქიმიური მეთოდები. ნანო-ობიექტების მოპოვების პროცესები „ზემოდან ქვემოდან“. კლასიკური, "რბილი", მიკროსფერო, იონ-სხივი (FIB), AFM - ლითოგრაფია და ნანოინდენტაცია. ნანოობიექტების მექანოაქტივაცია და მექანოსინთეზი. ნანო-ობიექტების „ქვემოდან ზევით“ მიღების პროცესები. ბირთვული პროცესები აირისებრ და შედედებულ გარემოში. ჰეტეროგენული ნუკლეაცია, ეპიტაქსია და ჰეტეროეპიტაქსია. სპინოდალური კოლაფსი. ნანოობიექტების სინთეზი ამორფულ (მინის) მატრიცებში. ქიმიური ჰომოგენიზაციის მეთოდები (კოპრეციპიტაცია, სოლ-გელის მეთოდი, კრიოქიმიური ტექნოლოგია, აეროზოლური პიროლიზი, სოლვოთერმული დამუშავება, სუპერკრიტიკული გაშრობა). ნანონაწილაკებისა და ნანოობიექტების კლასიფიკაცია. ნანონაწილაკების მიღებისა და სტაბილიზაციის ტექნიკა. ნანონაწილაკების აგრეგაცია და დაშლა. ნანომასალების სინთეზი ერთ და ორგანზომილებიან ნანორეაქტორებში.
• . ნანოსისტემების სტატისტიკური ფიზიკა. ფაზური გადასვლების თავისებურებები მცირე სისტემებში. შიდა და ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების სახეები. ჰიდროფობიურობა და ჰიდროფილურობა. თვითშეკრება და თვითორგანიზება. მიცელიზაცია. თვითმმართველობის აწყობილი მონოფენები. ლანგმუირ-ბლოჯეტის ფილმები. მოლეკულების სუპრამოლეკულური ორგანიზაცია. მოლეკულური ამოცნობა. პოლიმერული მაკრომოლეკულები, მათი მომზადების მეთოდები. თვითორგანიზება პოლიმერულ სისტემებში. ბლოკის კოპოლიმერების მიკროფაზური გამოყოფა. დენდრიმერები, პოლიმერული ჯაგრისები. პოლიელექტროლიტების ფენოვანი თვითშეკრება. სუპრამოლეკულური პოლიმერები.
• . ნივთიერება, ფაზა, მასალა. მასალების იერარქიული სტრუქტურა. ნანომასალები და მათი კლასიფიკაცია. არაორგანული და ორგანული ფუნქციური ნანომასალები. ჰიბრიდული (ორგანო-არაორგანული და არაორგანულ-ორგანული) მასალები. ბიომინერალიზაცია და ბიოკერამიკა. ნანოსტრუქტურირებული 1D, 2D და 3D მასალები. მეზოფორული მასალები. მოლეკულური საცრები. ნანოკომპოზიტები და მათი სინერგიული თვისებები. სტრუქტურული ნანომასალები.
• . კატალიზი და ნანოტექნოლოგია. ძირითადი პრინციპები და ცნებები ჰეტეროგენულ კატალიზში. მომზადებისა და აქტივაციის პირობების გავლენა ჰეტეროგენული კატალიზატორების აქტიური ზედაპირის წარმოქმნაზე. სტრუქტურისადმი მგრძნობიარე და სტრუქტურისადმი მგრძნობიარე რეაქციები. ნანონაწილაკების თერმოდინამიკური და კინეტიკური თვისებების სპეციფიკა. ელექტროკატალიზი. კატალიზი ცეოლითებსა და მოლეკულურ საცერებზე. მემბრანული კატალიზი.
• . პოლიმერები სტრუქტურული მასალებისთვის და ფუნქციური სისტემებისთვის. "ჭკვიანი" პოლიმერული სისტემები, რომლებსაც შეუძლიათ რთული ფუნქციების შესრულება. „ჭკვიანი“ სისტემების მაგალითები (პოლიმერული სითხეები ნავთობის წარმოებისთვის, ჭკვიანი ფანჯრები, ნანოსტრუქტურული გარსები საწვავის უჯრედებისთვის). ბიოპოლიმერები, როგორც ყველაზე "ჭკვიანი" სისტემები. ბიომიმეტური მიდგომა. თანმიმდევრობის დიზაინი "ჭკვიანი" პოლიმერების თვისებების ოპტიმიზაციისთვის. თანმიმდევრობების მოლეკულური ევოლუციის პრობლემები ბიოპოლიმერებში.
• . განხილულია ქიმიური დენის წყაროებისთვის ახალი მასალების შექმნის არსებული მდგომარეობა და პრობლემები: მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედები (SOFC) და ლითიუმის ბატარეები. გაანალიზებულია ძირითადი სტრუქტურული ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ სხვადასხვა არაორგანული ნაერთების თვისებებზე, რომლებიც განსაზღვრავენ მათი ელექტროდებად გამოყენების შესაძლებლობას: რთული პეროვსკიტები SOFC-ებში და გარდამავალი ლითონების ნაერთები (კომპლექსური ოქსიდები და ფოსფატები) ლითიუმის ბატარეებში. განიხილება ძირითადი ანოდისა და კათოდური მასალები, რომლებიც გამოიყენება ლითიუმის ბატარეებში და აღიარებულია, როგორც პერსპექტიული: მათი უპირატესობები და შეზღუდვები, აგრეთვე შეზღუდვების გადალახვის შესაძლებლობა ნანოსტრუქტურის ატომური სტრუქტურისა და კომპოზიტური მასალების მიკროსტრუქტურის მიმართული ცვლილებით, გაუმჯობესების მიზნით. მიმდინარე წყაროების მახასიათებლები.

ზოგიერთი საკითხი განხილულია წიგნების შემდეგ თავებში (გამომცემლობა Binom):

საილუსტრაციო მასალები ნანოქიმიაზე, თვითაწყობაზე და ნანოსტრუქტურულ ზედაპირებზე:

სამეცნიერო - პოპულარული "ვიდეო წიგნები":

ნანოქიმიისა და ფუნქციური ნანომასალების რჩეული თავები.