Нанохімія – архів програми гордона. Основні напрямки та поняття нанохімії Нанохімія та нанотехнологія

Нанохімія - розділ хімії, що досліджує властивості, будову та особливості хімічних перетворень наночастинок. Відмінною особливістю нанохімії є наявність розмірного ефекту – якісної зміни фізико-хімічних властивостей та реакційної здатності при зміні числа атомів чи молекул у частинці. Зазвичай цей ефект спостерігається для частинок розміром менше 10 нм, хоча ця величина має умовне значення.

Напрями досліджень у нанохімії

Розробка методів збирання великих молекул з атомів за допомогою наноманіпуляторів; вивчення внутрішньомолекулярних перегрупувань атомів при механічних, електричних та магнітних впливах.

Синтез наноструктур у потоках надкритичної рідини; розробка способів спрямованої збирання нанокристалів.

Розробка теорії фізико-хімічної еволюції ультрадисперсних речовин та наноструктур;

створення способів запобігання хімічній деградації наноструктур.

Одержання нових каталізаторів для хімічної та нафтохімічної промисловості;

вивчення механізму каталітичних реакцій на нанокристалах

Вивчення механізмів нанокристалізації в пористих середовищах в акустичних полях; синтез наноструктур у біологічних тканинах.

Дослідження явища самоорганізації у колективах нанокристалів; пошук нових способів пролонгування стабілізації наноструктур хімічними модифікаторами

Метою досліджень є розробка функціонального ряду машин, що забезпечують:

Нові каталізатори для хімічної промисловості та лабораторної практики.

Методологію запобігання хімічній деградації технічних наноструктур; методики прогнозу хімічної деградації

Отримання нових ліків.

Спосіб лікування онкологічних захворювань шляхом проведення внутрішньопухлинної нанокристалізації та накладання акустичного поля.

Нанотехнологія (грец. nanos - «карлик» + «техно» - мистецтво, + «логос» - вчення, поняття) - міждисциплінарна область фундаментальної та прикладної науки і техніки, що займається новаторськими методами (у сферах теоретичного обґрунтування, експериментальних методів дослідження, аналізу та синтезу, а також у галузі нових виробництв) отримання нових матеріалів із заданими потрібними властивостями. У нанотехнології застосовують новітні технології маніпулювання одиничними атомами чи молекулами (переміщення, перестановки, нові поєднання). Використовуються різні методи (механічні, хімічні, електрохімічні, електричні, біохімічні, електроннопроменеві, лазерні) для штучної організації заданої атомарної і молекулярної структури нанооб'єктів.

Нанотехнології в енергетиці

Нанотехнології в галузі енергетики та машинобудування

У цій галузі розвиток НТ йде за двома напрямками:

1- створення конструкційних матеріалів,

2- наноінженерія поверхні

Створення конструкційних матеріалів,

Для створення принципово нових конструкційних матеріалів із включенням ультрадисперсних (або нанодисперсних) елементів пішли наступним шляхом. Перше це додавання ультрадисперсних елементів як легуючі добавки. Для конструкційних матеріалів у машинобудуванні та енергетиці фулерени це екзотика, дуже дороге задоволення. Виявилося, що керувати експлуатаційними властивостями конструкційних матеріалів можна не лише запровадженням легуючих компонентів, які, на думку металургів, практично вже вичерпані, а й за допомогою деформування будь-якого характеру. При такому вплив відбувається дроблення неметалевих включень. Традиційні відпали, відпустки є ні що інше, як нанотехнології в металургії.

В результаті подібних впливів вдається отримати сталі (азотисті сталі в «Прометеї»), у яких висока міцність поєднується з пластичністю, тобто ті властивості, яких не вистачає в енергетиці, в машинобудуванні, для отримання матеріалів із заданими характеристиками. А нанотехнології дають змогу успішно отримувати такі матеріали.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Федеральний Державний освітній заклад вищої освіти

Магнітогорський державний технічний університет ім. Г.І. Носова»

Кафедра фізичної хімії та хімічної технології

з дисципліни «Історія хімії та хімічної технології»

на тему «Нанохімія»

Виконавець: Перевалова Ксенія Олегівна, студент 2 курсу, група з ТХБ-15.1

Керівник: Понурко Ірина Віталіївна, доцент, к.т.н, доцент

Магнітогорськ, 2017

Вступ

2. Основні поняття нанонауки

Висновок

Список використаних джерел

Вступ

У розвитку людства можна назвати кілька важливих історичних етапів, що з освоєнням нових матеріалів і технологій.

Сьогодні наука підійшла впритул до можливості прямого впливу на окремі атоми та молекули, що створило принципово нову тенденцію розвитку, яка отримала загальну назву нанотехнології. Створення та дослідження структур та об'єктів з контрольованими параметрами та заданими властивостями на нанорівні входить до найважливіших технологічних проблем сучасності. Це пов'язано з унікальними властивостями матеріалів у наноструктурному стані, близькими до фундаментальних обмежень, можливістю створення «інтелектуальних» матеріалів із заздалегідь заданими програмованими властивостями, розробкою нових технологій обробки матеріалів та модифікації їх поверхні, із загальною тенденцією до мініатюризації виробів, створенням принципово нових об'єктів. , пристроїв та навіть нових галузей виробництва.

Нанотехнології є широким набором наукових, технологічних і виробничих напрямів, об'єднаних в єдину технологічну культуру, засновану на проведенні операцій з матерією на рівні окремих атомів і молекул. Йдеться не просто про нові технології, а про процеси, які змінять усі сегменти промисловості та галузі людської діяльності, у тому числі інформаційне середовище, охорону здоров'я, економіку, соціальну сферу.

Впровадження нанотехнологій потребує створення нових підходів до інженерної освіти, адаптації до нових уявлень.

У цьому дослідженні розглянуто основні аспекти нанотехнологій.

1. Історія становлення нанонауки

Передісторія сучасних нанотехнологій пов'язана з багатовіковими дослідницькими зусиллями вчених багатьох країн світу і має довгий історичний «шлейф». Розглянемо найважливіші етапи.

1661 р. Ірландський фізик і хімік Р. Бойль, один із засновників Лондонського Королівського Товариства, у праці «Хімік-скептик» вказав на потенційну важливість найдрібніших частинок - кластерів («корпускул»).

Критикуючи думку Аристотеля про матерію, що з чотирьох першооснов (землі, вогню, води та повітря), автор припустив, що це матеріальні об'єкти складаються з надмалих корпускул, які досить стійкі й у різних поєднаннях утворюють різні речовини і предмети.

Згодом ідеї Демокріта та Бойля були прийняті науковою спільнотою.

1857 Англійський фізик М. Фарадей, основоположник вчення про електромагнітне поле, вперше отримав стійкі колоїдні розчини золота (рідкі системи з найдрібнішими частинками дисперсної фази, що вільно і незалежно один від одного переміщуються в процесі броунівського руху). Згодом колоїдні розчини стали широко використовуватися на формування наносистем.

1861 Англійський хімік Т. Грем ввів поділ речовин за ступенем дисперсності структури на колоїдні (аморфні) і кристалоїдні (кристалічні).

Прикладом першого використання нанотехнологій можна вважати винахід у 1883 р. американським винахідником Д. Істменом, засновником відомої компанії Kodak, рулонної фотоплівки, що представляє собою нанесену на прозору еластичну основу (наприклад, з ацетату целюлози) емульсію розкладу чистого срібла, які є пікселями зображення.

1900 німецький фізик М. Планк ввів поняття кванта дії (постійна Планка) - вихідного пункту для квантової теорії, положення якої істотні при описі поведінки наносистем.

1905 Першим ученим, що використовував вимірювання в нанометрах, прийнято вважати відомого фізика А. Ейнштейна, який теоретично довів, що розмір молекули цукру дорівнює одному нанометру (10 -9 м).

1924 Французький фізик Луї де Бройль висунув ідею про хвильові властивості матерії, поклавши тим самим початок квантової механіки, що вивчає рух мікрочастинок. Закони квантової механіки особливо актуальні під час створення нанорозмірних структур.

1931 р. Німецькі фізики М. Кнолл і Е. Руска створили електронний мікроскоп, що просвічує, що став прообразом нового покоління пристроїв, які дозволили зазирнути у світ нанооб'єктів.

1939 р. Компанія Siemens випустила перший промисловий електронний мікроскоп із роздільною здатністю? 10 нм.

1959 р. Американський фізик, Нобелівський лауреат Р. Фейнман у знаменитій лекції в Каліфорнійському технологічному інституті, відомої під назвою «Там, внизу, ще багато місця» (There's Plenty of Room at the Bottom), висловив ідеї управління будовою речовини на атомарному рівні: «Навчившись регулювати і контролювати структури на атомному рівні, ми отримаємо матеріали з несподіваними властивостями і виявимо незвичайні ефекти.

Розвиток техніки маніпуляції на атомарному рівні дозволить вирішити багато проблем». Ця лекція стала у певному сенсі стартовим майданчиком для нанодосліджень. Багато ідеї-передбачення, висловлені Р. Фейнманом, здавалися фантастичними (про гравірування ліній завширшки в кілька атомів за допомогою електронного пучка, про маніпулювання окремими атомами для створення нових малих структур, про створення електричних кіл нанометрових масштабів, про застосування наноструктур у біологічних системах) вже реалізовано.

1966 р. Американський фізик Р. Янг, який працював у Національному бюро стандартів, винайшов п'єзодвигун, що застосовується сьогодні в зондових мікроскопах, що сканують, для точного позиціонування наноінструменту.

1968 р. Співробітники наукового підрозділу американської компанії Bell А. Чо та Д. Артур розробили теоретичні основи нанообробки поверхні.

1971 р. Компаніями Bell та IBM отримані перші напівпровідникові плівки одноатомної товщини - квантові ями, що стало початком епохи «практичних» нанотехнологій.

Р. Янг висунув ідею приладу Topografiner, який став прообразом зондового мікроскопа.

1974 р. Вперше термін «нанотехнологія» запропонований японським фізиком М. Танігучі у доповіді «Про основні засади нанотехнології» («On the Basic Concept of Nanotechnology») на міжнародній конференції задовго до початку масштабних робіт у цій галузі. Термін був використаний для опису надтонкої обробки матеріалів з нанометровою точністю. Терміном "нанотехніка" було запропоновано називати механізми розміром менше одного мікрометра.

1981 р. Німецькі фізики Г. Біннінг і Г. Рорер, співробітники компанії IBM (International Business Machines Corporation), створили скануючий тунельний мікроскоп (Нобелівська премія 1986 р.) - перший прилад, що дозволяє не лише отримувати тривимірне зображення структури з електропровідного матеріалу з дозволом порядку розмірів окремих атомів, а й здійснювати вплив на речовину на атомарному рівні, тобто. маніпулювати атомами, отже, безпосередньо збирати їх будь-яка речовина.

1985 Колектив вчених у складі Г. Крото (Англія), Р. Керла, Р. Смоллі (США) відкрив нову алотропну форму існування вуглецю в природі - фуллерен і досліджував його властивості (Нобелевська премія 1996 р.). Можливість існування сферичних високосиметричних молекул вуглецю було передбачено в 1970 р. японськими вченими Еге. Осавой і З. Йошилдою.

У 1973 р. російські вчені Д. А. Бочвар та Є. Г. Гальперн теоретичними квантовохімічними розрахунками довели стабільність таких молекул.

1986 Створено скануючий атомно-силовий мікроскоп (автори - Г. Біннінг, К. Куатт, К. Гербер, співробітники IBM, Нобелівська премія 1992), що дозволив, на відміну від скануючого тунельного мікроскопа, вивчати атомарну структуру не тільки провідних, а й будь-яких матеріалів, зокрема органічних молекул, біологічних об'єктів тощо.

Нанотехнології стали відомі широкому загалу. Базова системна концепція, яка осмислила попередні досягнення, прозвучала в книзі американського футуролога, співробітника лабораторії штучного інтелекту Массачусетського технологічного інституту Е. Дрекслера «Двигуни творення: ера нанотехнології, що наступає» («Engines of Creation: The Coming Era of Nanotech». Автор передбачив активний розвиток та практичне застосування нанотехнологій. Цей прогноз, розрахований на багато десятиліть, виправдовується крок за кроком із суттєвим випередженням у часі.

1987 Перший одноелектронний транзистор створений американськими фізиками Т. Футоном і Г. Доланом (компанія Bell Labs).

Французький фізик Ж.М. Льон узвичаїв поняття «самоорганізація» і «самозбірка», які стали ключовими при конструюванні нанооб'єктів.

1988-1989 рр. Двома незалежними групами вчених під керівництвом А. Фера і П. Грюнберга відкрито явище гігантського магнітного опору (GMR) - квантовомеханічного ефекту, що спостерігається в тонких плівках з феромагнітних і немагнітних шарів, що чергуються, що проявляється в істотному зменшенні електричного опору в присутності. Використання цього ефекту дозволяє записувати дані на жорстких дисках з атомарною щільністю інформації (Нобелівська премія 2007 р.).

1989 Продемонстровано перше практичне досягнення нанотехнології: за допомогою скануючого тунельного мікроскопа, виробленого фірмою IBM, американські дослідники Д. Ейглер,

Е. Швейцер виклали три літери логотипу компанії (IBM) з 35 атомів ксенону шляхом їх послідовного переміщення на поверхні монокристалу нікелю.

1990 Колектив учених на чолі з В. Кретчмером (Німеччина) та

Д. Хаффман (США) створив ефективну технологію синтезу фулеренів, що сприяло інтенсивному вивченню їх властивостей, визначенню перспективних областей їх застосування.

1991 р. Японським фізиком С. Ііджіма відкрита нова форма вугілля-

рідних кластерів - вуглецеві нанотрубки, які виявляють цілий спектр унікальних властивостей та є основою для революційних перетворень у матеріалознавстві та електроніці.

У Японії почала реалізовуватись державна програма з розвитку техніки маніпулювання атомами та молекулами – проект «Атомна технологія» («Atomic Technology»).

1993 р. США організована перша нанотехнологічна лабораторія.

1994 р. Вперше продемонстровано лазер на основі самоорганізованих квантових точок (Д. Бімберг, Німеччина).

1998 р. Голландський фізик З. Деккер створив перший нанотранзистор з урахуванням нанотрубок.

У Японії запущено програму "Astroboy" з розвитку наноелектроніки, здатної працювати в умовах космосу.

1999 Американські вчені М. Рід і Д. Тур розробили єдині принципи маніпуляції як однією молекулою, так і їх ланцюжком.

Елементна база мікроелектроніки здолала рубіж 100 нм.

2000 р. У США розпочали реалізацію широкомасштабної програми досліджень у галузі нанотехнологій, названої Національною нанотехнологічною ініціативою (NNI).

Німецький фізик Р. Магерле запропонував технологію нанотомографії - створення тривимірної картини внутрішньої будови речовини з роздільною здатністю 100 нм. Проект фінансувала компанія Volkswagen.

2002 р. Співробітники дослідницького центру компанії Hewlett

Packard (США) Ф. Кьюкес і С. Вільямс запатентували технологію створення мікросхем на основі нанопроводів, що перетинаються, зі складною логікою, реалізованою на молекулярному рівні.

С. Деккер поєднав вуглецеву нанотрубку з ДНК, отримавши єдиний наномеханізм.

2004 р. У Манчестерському університеті (Великобританія) створено графен - матеріал зі структурою графіту завтовшки в один атом, перспективний замінник кремнію в інтегральних мікросхемах (за створення графену вченим А. Гейму та К. Новосьолову у 2010 р. присуджено Нобелівську премію).

2005 р. Компанія Altar Nanotechnologies (США) оголосила про створення наноакумулятора.

2006 р. Дослідники з Північно-Західного університету США розробили перший «друкарський верстат» для наноструктур – установку, що дозволяє виробляти в нанорозмірному діапазоні одночасно понад 50 тисяч наноструктур з атомарною точністю та однаковим молекулярним шаблоном на поверхні, що є фундаментом для майбутнього масового виробництва наносистем.

Американським ученим з IBM вдалося вперше у світі створити повнофункціональну інтегральну мікросхему на основі вуглецевої нанотрубки.

Д. Тур з університету Райса (США) створив першу наносистему, що рухається - молекулярну машину розміром ~ 4 нм.

Група вчених із Портсмутського університету (Великобританія) розробила перший електронний біонанотехнологічний перемикач на основі ДНК, який є перспективною основою для зв'язку між «світом» живих організмів та «світом» комп'ютерів.

Вчені з Каліфорнійського технологічного інституту розробили перший портативний біосенсор-аналізатор крові (портативну лабораторію «lab-on-chip»).

2007 Компанія Intel (США) почала випускати процесори, що містять найменший структурний елемент розміром ~ 45 нм.

Співробітниками Технологічного інституту (штат Джорджія, США) розроблено технологію скануючої літографії з роздільною здатністю 12 нм.

Наведені та інші дослідження, відкриття, винаходи дали потужний поштовх до застосування нанотехнологічних методів у промисловості. Почався бурхливий розвиток прикладної нанотехнології.

З'явилися перші комерційні наноматеріали – нанопорошки, нанопокриття, об'ємні наноматеріали, нанохімічні та нанобіологічні препарати; створено перші електронні пристрої, рецептори різного призначення на базі нанотехнологій; розроблено численні методи одержання наноматеріалів.

Багато країн світу активно долучилися до досліджень з проблем нанотехнологій на рівні урядів та глав держав, оцінивши перспективи у майбутньому. У провідних університетах та інститутах світу (США, Німеччина, Японія, Росія, Англія, Франція, Італія, Швейцарія, Китай, Ізраїль тощо) створено лабораторії та відділи наноструктур, які очолили відомі вчені.

Нанотехнології вже використовуються у найбільш значущих галузях людської діяльності - радіоелектроніці, інформаційній сфері, енергетиці, транспорті, біотехнології, медицині, оборонній промисловості.

Сьогодні в нанодослідженнях задіяно понад 50 країн світу.

За унікальні результати досліджень у цій галузі присуджено 8 Нобелівських премій.

2. Основні поняття нанонауки

Як самостійна дисципліна нанонаука виділилася тільки в останні 7-10 років. Дослідження наноструктур є загальним напрямом багатьох класичних наукових дисциплін. Нанохімія серед них займає одне з провідних місць, тому що відкриває практично необмежені можливості для розробки, отримання та дослідження, нових наноматеріалів із заданими властивостями, які нерідко перевершують за якістю природні матеріали.

Нанохімія – це наука, яка займається вивченням властивостей різних наноструктур, а також розробкою нових способів їх отримання, вивчення та модифікації.

Пріоритетне завдання нанохімії – встановлення зв'язку між розміром наночастки та її властивостями.

Об'єктами дослідження нанохімії є тіла з такою масою, що їх еквівалентний розмір залишається в межах наноінтервалу (0,1 – 100 нм).

Нанорозмірні об'єкти займають проміжне положення між об'ємними матеріалами з одного боку, атомами і молекулами з іншого. Присутність таких об'єктів у матеріалах надає їм нові хімічні та фізичні властивості. Нанооб'єкти є проміжною і сполучною ланкою між світом, у якому діють закони квантової механіки, та світом, у якому діють закони класичної фізики.

Малюнок 1. Характерні розміри об'єктів навколишнього світу

Нанохімія досліджує одержання та властивості різних наносистем. Наносистеми являють собою безліч тіл, оточених газовим або рідким середовищем. Такими тілами можуть бути багатоатомні кластери та молекули, нанокраплі та нанокристали. Це проміжні форми між атомами та макроскопічними тілами. Розмір систем залишається в межах 0,1-100 нм.

Таблиця 1.Класифікація об'єктів нанохімії за фазовим станом

нанонаука наночастка нанохімія класифікація

Коло об'єктів досліджуваних нанохімією безперервно розширюється. Хіміки завжди прагнули зрозуміти, у чому полягають особливості тіл нанометрових розмірів. Це призвело до бурхливого розвитку колоїдної та макромолекулярної хімії.

У 80-90-х роках XX століття, завдяки методам електронної, атомно-силової та тунельної мікроскопії, вдалося спостерігати за поведінкою нанокристалів металів та неорганічних солей, білкових молекул, фулеренів та нанотрубок, а в останні роки такі спостереження стали масовими.

Таблиця 2. Об'єкти нанохімічних досліджень

Таким чином, можна виділити такі основні характеристики нанохімії:

1. Геометричні розміри об'єктів лежать у нанометровому масштабі;

2. Прояв нових властивостей об'єктами та їх сукупностями;

3. Можливість контролю та точного маніпулювання об'єктами;

4. Об'єкти та пристрої, зібрані на базі об'єктів набувають нових споживчих властивостей.

3. Особливості будови та поведінки деяких наночастинок

Наночастинки з атомів інертних газів є найпростішими нанооб'єктами. Атоми інертних газів із повністю заповненими електронними оболонками слабо взаємодіють між собою за допомогою сил Ван-дер-Ваальса. При описі таких частинок застосовується модель твердих кульок.

Наночастинки металів. У металевих кластерах із кількох атомів може бути реалізований як ковалентний, так і металевий тип зв'язку. Наночастинки металів мають велику реакційну здатність і часто використовуються як каталізатори. Наночастинки металів зазвичай приймають правильну форму - октаедра, ікосаедра, тетрадекаедра.

Фрактальні кластери - це об'єкти з розгалуженою структурою: сажа, колоїди, різні аерозолі та аерогелі. Фрактал - це такий об'єкт, у якому при зростаючому збільшенні можна побачити, як і сама структура повторюється у ньому всіх рівнях й у масштабі.

Молекулярні кластери – кластери, що складаються з молекул. Більшість кластерів є молекулярними. Їх число та різноманітність величезні. Зокрема, до молекулярних кластерів належать багато біологічних макромолекул.

Фулерени є порожнистими всередині частинками, утвореними багатогранниками з атомів вуглецю, пов'язаних ковалентним зв'язком. Особливе місце серед фулеренів займає частка з 60 атомів вуглецю - С60, що нагадує мікроскопічний футбольний м'яч.

Нанотрубки - це порожнисті всередині молекули, що складаються приблизно з 1.000.000 атомів вуглецю і є одношаровими трубками діаметром близько нанометра і довжиною в кілька десятків мікрон. На поверхні нанотрубки атоми вуглецю розташовані у вершинах правильних шестикутників.

4. Види прикладного використання нанохімії

Умовно нанохімію можна поділити на:

1. Теоретична

2. Експериментальна

3. Прикладна

Теоретична нанохімія розробляє методи розрахунку поведінки нанотіл, враховуючи такі параметри стану частинок, як просторові координати та швидкості, маса, характеристики складу, форми та структури кожної наночастки.

Експериментальна нанохімія розвивається у трьох напрямках. В рамках першого розробляються і використовуються надчутливі спектральні методи, що дають змогу судити про структуру молекул, що включають десятки та сотні атомів. В рамках другого напрямку досліджуються явища при локальних (місцевих) електричних, магнітних або механічних впливах на нанотіла, що реалізуються за допомогою нанозондів та спеціальних маніпуляторів. В рамках третього напряму визначаються макрокінетичні характеристики колективів нанотіл та функцій розподілу нанотіл за параметрами стану.

Прикладна нанохімія включає :

Розробка теоретичних основ застосування наносистем у техніці та нанотехнології, методів передбачення розвитку конкретних наносистем в умовах їх використання, а також пошук оптимальних способів експлуатації (технічна нанохімія).

Створення теоретичних моделей поведінки наносистем при синтезі наноматеріалів та пошук оптимальних умов їх одержання (синтетична нанохімія).

Вивчення біологічних наносистем та створення методів використання наносистем у лікувальних цілях (медична нанохімія).

Розробка теоретичних моделей освіти та міграції наночастинок у навколишньому середовищі та методів очищення природних вод чи повітря від наночастинок (екологічна нанохімія).

5. Методи отримання наночастинок

Отримання наночастинок у газовій фазі:

1 Отримання наночастинок у процесі «випаровування – конденсація».

У газовій фазі найчастіше проводять такі процеси: випаровування - конденсація (випаровування в електричній дузі та в плазмі); осадження; топохімічні реакції (відновлення, окиснення, розкладання частинок твердої фази). У процесі «випаровування - конденсація» рідкі або тверді речовини випаровують при контрольованій температурі в атмосфері інертного газу низького тиску з подальшою конденсацією пари в охолодному середовищі або на охолоджувальних пристроях. Цей спосіб дозволяє отримувати частинки розміром від двох до кількох сотень нанометрів. Наночастинки з розміром менше 20 нм зазвичай мають сферичну форму, а у більших може з'являтися огранювання.

Зазвичай випаровується речовину поміщають в нагрівальну камеру з нагрівачем і отвором (діафрагмою), через яке частинки речовини, що випарувалися, потрапляють у вакуумний простір (з тиском близько 0, 10 Па), де відбувається формування молекулярного пучка. Частинки, рухаючись практично прямолінійно, конденсуються на підкладці, що охолоджується. Відкачування газу з апарата здійснюється через клапан. Температуру джерела вибирають в залежності від необхідної інтенсивності молекулярного пучка і рівноважного тиску над матеріалом, що випаровується. Вона може бути вищою або нижче температури плавлення речовини.

Слід зазначити, деякі речовини (наприклад, Sn і Ge) випаровуються як окремих атомів, і у вигляді малих кластерів. У молекулярних пучках малої інтенсивності, одержуваних при ефузійному закінченні через отвір нагрівальної камери, спостерігається рівномірний розподіл кластерів малих розмірів. Основною перевагою методу молекулярних пучків є можливість досить точно регулювати інтенсивність пучка та керувати швидкістю подачі частинок у зону конденсації.

2 Газофазне одержання наночастинок.

Метод молекулярних пучків малої інтенсивності часто комбінують із хімічними способами осадження. Осади здійснюють поблизу холодної поверхні апарату або безпосередньо на ній при контрольованій температурі та зниженому тиску для зменшення ймовірності зіткнення частинок.

Для газофазного отримання наночастинок застосовуються установки, що відрізняються способами підведення і нагрівання матеріалу, що випаровується, складом газового середовища, методами здійснення процесу конденсації і відбору одержуваного порошку. Наприклад, порошок осаджують на циліндр, що обертається, охолоджується або барабан і зчищають з нього скребком в приймальну ємність .

Схема конструкції апарату для газофазного синтезу металевих нанопорошків включає робочу камеру, охолоджується барабан, скребок, воронку, приймальну ємність для порошку, трубчастий реактор, що нагрівається, пристрій для регульованої подачі випаровуваного матеріалу і несучого газу. У трубчастому реакторі матеріал випаровується змішують з несучим інертним газом і переводять в газофазний стан.

Отриманий безперервний потік кластерів або наночастинок надходить з реактора робочу камеру апарату, в якій створюється тиск порядку 1 - 50 Па. Конденсація наночастинок і осадження їх у вигляді порошку відбувається на поверхні барабана, що охолоджується. За допомогою скребка порошок видаляють із поверхні барабана; потім він через вирву надходить у приймальну ємність і прямує на подальшу переробку.

На відміну від випаровування у вакуумі, атоми речовини, випарованої у розрідженій атмосфері, швидше втрачають кінетичну енергію через зіткнення з атомами газу та утворюють зародки кристалів (кластери). При їх конденсації утворюються нанокристалічні частки. Так у процесі конденсації парів алюмінію серед водню, гелію і аргону при різних тисках газів отримують частки розміром 20 - 100 нм .

3 Отримання наночастинок за допомогою топохімічних реакцій.

За допомогою топохімічних реакцій певних газових середовищ з металевими наночастинками в момент їх конденсації з парової фази можна одержувати бажані наночастинки сполук. Для отримання необхідного з'єднання взаємодія металу, що випаровується, з газом-реагентом можна забезпечувати і безпосередньо в газовій фазі.

У методі газофазних хімічних реакцій синтез наноматеріалів відбувається за рахунок хімічних перетворень, що протікають в атмосфері легколегких парів речовин. Як вихідні реагенти широко використовуються галогеніди (особливо хлориди металів), оксихлориди металів MeOnClm, алкооксиди Me(OR)n, алкільні сполуки Me(R)n, пари металів і так далі. Цим методом можна отримувати наноматеріали бору, газової сажі, металів, сплавів, нітридів, карбідів, силіцидів, сульфідів та інших сполук.

При синтезі наноматеріалів аналізованим методом на властивості одержуваних продуктів значною мірою впливають конструкції реакторів, метод нагрівання реагентів, температурний градієнт у ході проведення процесу та ряд інших факторів.

Газофазні хімічні реакції зазвичай проводять різного типу трубчастих проточних реакторах. Найбільшого поширення набули реактори із зовнішнім нагріванням реакційної зони. Як конструкційні матеріали реакційної зони апаратів використовують з'єднання кварцу, керамічні матеріали або глинозем.

Топохімічна взаємодія газової фази з порошком застосовують для нанесення на його частинки різних покриттів та введення добавок, що модифікують. При цьому необхідно регулювати рівень нерівномірності процесу так, щоб тверда фаза виділялася тільки на поверхні частинок, а не в об'ємі між частинками. Наприклад, до топохімічних реакцій можна віднести взаємодію оксидів з азотом у присутності вуглецю для синтезу нітридів. Таким способом синтезують порошки нітридів кремнію, алюмінію, титану та цирконію.

Склад інертного газу впливає швидкість зростання частинок. Більш важкі атоми навколишнього середовища інтенсивніше відбирають енергію від атомів, що конденсуються, і цим сприяють зростанню частинок, так само як зниження температури охолодження теж сприяють зростанню частинок. Змінюючи в апараті тиск газу та склад газового середовища, можна отримувати наночастки різного розміру. Так, заміна гелію на аргон або ксенон у кілька разів збільшує розмір одержуваних наночастинок.

Одержанню нанопорошків у газовій фазі сприяє відносно низький поверхневий натяг на межі тверде тіло - газ; збільшення поверхневого натягу призводить до ущільнення наночастинок в агрегаті. У той же час висока температура прискорює дифузійні процеси, що сприяє зростанню частинок та утворенню твердотільних містків між частинками. Головна проблема розглянутого способу полягає у відділенні наночастинок від газової фази в умовах, коли концентрація частинок у газовому потоці мала, а температура газу досить висока. Для уловлювання наночастинок застосовують спеціальні фільтруючі пристрої (наприклад, металокерамічні фільтри, електрофільтри), відцентрове осадження твердих частинок у циклонних апаратах та гідроциклонах, спеціальні газові центрифуги.

Наночастинки можуть утворюватися в результаті розкладання за високої температури твердих речовин, що містять катіони металів, молекулярні аніони або металорганічні сполуки. Такий процес називається термолізом. Наприклад, малі частинки літію можна отримати розкладанням азиду літію Li №. Речовина поміщається у відкачану кварцову трубку і нагрівається до 400 °C в установці. При температурі близько 370 С азид розкладається з виділенням газоподібного N2, що можна визначити збільшення тиску у вакуумованому просторі. За кілька хвилин тиск падає до початкового рівня, показуючи, що весь N2 видалено. Атоми літію, що залишилися, об'єднуються в маленькі колоїдні металеві частинки. Таким методом можна отримати частинки розмірами менше 5 нм. Частинки можна пасивувати, вводячи в камеру відповідний газ.

Отримання наночастинок у рідкій фазі:

1 Хімічна конденсація.

Хімічні методи отримання наночастинок та ультрадисперсних систем відомі досить давно. Колоїдний розчин золю золота (червоного) з розміром частинок 20 нм був отриманий 1857р. М. Фарадеєм. Агрегативна стійкість золю пояснюється утворенням подвійного електричного шару на поверхні розділу тверде тіло-розчин і виникненням електростатичної складової тиску, що розклинює, що є основним фактором стабілізації даної системи.

Найбільш простим і найчастіше використовуваним способом є синтез наночастинок у розчинах при протіканні різних реакцій. Для отримання металевих наночастинок застосовують реакції відновлення, при яких як відновник використовують алюмо-і борогідриди, тетраборати, гіпофосфіти та багато інших неорганічних та органічних сполук.

Нанорозмірні частинки солей та оксидів металів отримують найчастіше в реакціях обміну та гідролізу. Наприклад, золь золота з розміром частинок 7 нм може бути отриманий відновленням хлориду золота натрію боргідридом з використанням в якості стабілізатора додекантіолу. Тіоли широко використовуються для стабілізації наночастинок напівпровідників. Цей метод має надзвичайно широкі можливості і дозволяє отримувати матеріали, що містять і біологічно активні макромолекули.

2 Осадження в розчинах та розплавах.

Осадження у розчинах.

Загальні закономірності утворення наночастинок у рідких середовищах залежать від багатьох факторів: складу та властивостей вихідної речовини (розчину, розплаву); характеру діаграми рівноваги фаз системи, що розглядається; способу створення перенасичення розчину або розплаву; обладнання та режимів його роботи.

У разі синтезу необхідних фаз проводять термообробку порошку після сушіння або ці фази об'єднують в одну. Після термообробки проводять дезагрегацію агрегатів до розмірів наночастинок.

Вихідні речовини та розчинник вибирають так, щоб побічні продукти можна було повністю видаляти з цільового продукту при промиванні та подальшій термообробці без забруднення навколишнього середовища. Для ефективного змішування реагентів використовують пристрої, що перемішують, з різними типами мішалок (пропелерні, стрижневі, турбінні), циркуляційне перемішування за допомогою насосів (відцентрових і шестерних), диспергуючих пристроїв (форсунки, сопла, інжектори, дискети, що обертаються) і акустичні.

З одного боку, для збільшення продуктивності реактора розчинність вихідних речовин має бути великою. Однак при отриманні наночастинок це буде підвищувати їх масовий вміст у суспензії, що утворюється, і ймовірність об'єднання в агрегати.

З іншого боку, для забезпечення високого рівня нерівноважності процесу утворення твердої фази необхідно використовувати насичені розчини вихідних речовин. Щоб зберегти малу частку наночастинок в суспензії, доцільно використовувати малорозчинні вихідні речовини. При цьому продуктивність реактора зменшуватиметься. Інший можливістю є використання малої кількості осаджуваної речовини та великого надлишку осадника. При осадженні у водних розчинах як осадники найчастіше використовують розчини аміаку, вуглекислого амонію, щавлеву кислоту або оксолат амонію. Як вихідні речовини при осадженні вибирають добре розчинні солі азотної, соляної або оцтової кислот.

При регулюванні pH м температури розчину можливе створення умов отримання високодисперсних гідроксидів. Потім продукт прожарюють і за необхідності відновлюють. Отримані порошки металів мають розмір 50 - 150 нм сферичної або близької форми форми. Методом осадження можна отримувати оксидні металеві та металоксидні матеріали, композиції на їх основі, різні ферити та солі.

Відповідальною стадією, що визначає властивості одержаного порошку, є його відокремлення від рідкої фази. З виникненням міжфазного кордону газ-рідина різко збільшуються сили Лапласа, частинки, що стискаються. В результаті дії цих сил в частках нанорозмірного спектру виникають тиски стискання порядку мегапаскалей, які використовуються при компактуванні макрочастинок в монолітні пористі вироби. При цьому в порах агрегату створюються гідротермальні умови, що призводять до збільшення розчинності частинок та зміцнення агрегатів за рахунок механізму розчинення-конденсація. Частинки об'єднуються в міцний агрегат, а далі в окремий кристал.

Для видалення рідкої фази осаду використовують процеси фільтрування, центрифугування, електрофорезу, сушіння. Імовірність утворення міцних агрегатів можна зменшити за рахунок заміщення води органічними розчинниками, а також використанням ПАР, сублімаційного сушіння, застосуванням сушильного агента в надкритичних умовах.

Різновидом технології отримання наночастинок у рідких середовищах є кероване розчинення більших частинок у відповідних розчинниках. Для цього необхідно загальмувати чи взагалі припинити процес їх розчинення в інтервалі нанорозмірів. Цим самим способом можна проводити корекцію розмірів одержуваних перерахованими методами частинок у випадках, коли їх розмір виявився більшим за необхідне.

Осадження у розплавах.

При цьому способі рідким середовищем є розплави солей або металів (найчастіше використовують розплави солей). Утворення твердої фази відбувається за досить високої температури, коли дифузійні процеси викликають високу швидкість росту кристалів. Основною проблемою є виключення захоплення синтезованим порошком компонентів побічних сполук. Для виділення синтезованого порошку після охолодження розчиняють сіль у відповідних розчинниках.

Змінюючи ступінь нерівноважності процесу, можна регулювати структуру матеріалу. Якщо процес зупинити на стадії, коли тверда фаза має нанорозміри, можна отримувати наноматеріал. Однак зробити це дуже важко через велику швидкість дифузійного масопереносу при досить високій температурі середовища.

Найбільш перспективний цей метод для отримання наночастинок розчиненням вихідних більших частинок. У цьому випадку можна відразу отримувати нанокомпозит, якщо середовище, що розчиняється, наприклад склоподібне, буде грати роль матриці для наночастинок.

3 Золь-гель метод.

Золь-гель метод включає декілька основних технологічних фаз. Спочатку одержують водні або органічні розчини вихідних речовин. З розчинів утворюють золі (колоїдні системи) з твердою дисперсною фазою та рідким дисперсійним середовищем для отримання золю використовують, наприклад, гідроліз солей слабких основ або алкоголятів. Можна використовувати інші реакції, що призводять до утворення стабільних і концентрованих золів (наприклад, застосування пептизаторів - речовин, що перешкоджають розпаду агрегатів частинок в дисперсних системах). Ефективним є нанесення на наночастинки в процесі гідролізу захисного шару з водорозчинних полімерів або ПАР, що додаються разом з водою в процесі гідролізу.

Надалі золь переводять у гель при видаленні з нього частини води нагріванням, екстракцією відповідним розчинником. У ряді випадків проводять розпилення водного золя в нагріту органічну рідину, що не змішується з водою.

Перекладаючи золь у гель, отримують структуровані колоїдні системи. Тверді частинки дисперсної фази з'єднані між собою в пухку просторову сітку, яка містить у своїх осередках рідке дисперсійне середовище, позбавляючи плинності систему в цілому. Контакти між частинками легко та оборотно руйнуються при механічних та теплових впливах. Гелі з водним дисперсійним середовищем називаються гідрогелями, а з вуглеводневим - органогелями.

Висушуванням гелю можна отримувати аерогелі або ксерогелі - тендітні мікропористі тіла (порошки). Порошки використовують для формування виробів, плазмового напилення тощо. Гель можна використовувати безпосередньо для отримання плівок або монолітних виробів. В даний час метод золь-гель широко використовується для отримання наночастинок з неорганічних неметалевих матеріалів.

4 Електрохімічний метод одержання наночастинок.

Електрохімічний метод пов'язаний з виділенням на катоді речовини в процесі електролізу простих та комплексних катіонів та аніонів. Якщо в ланцюг постійного електричного струму включити систему, що складається з двох електродів і розчину (розплаву) електроліту, то електроди будуть протікати реакції окислення-відновлення. На аноді (позитивний електрод) аніони віддають електрони та окислюються; на катоді (негативний електрод) катіони приєднують електрони та відновлюються. Осад, що утворюється на катоді в результаті, наприклад, електрокристалізації, в морфологічному відношенні може бути як пухким, так і щільним шаром з безлічі мікрокристалітів.

На текстуру осаду впливають багато факторів, такі, наприклад, як природа речовини і розчинника, тип і концентрація іонів цільового продукту та сторонніх домішок, адгезійні властивості частинок, що осаджуються, температура середовища, електричний потенціал, умови дифузії та інші. Одним із перспективних наукових напрямів є використання електрохімічного синтезу для конструювання наноструктурних матеріалів. Суть його полягає у формуванні в ході кінетично контрольованого електровідновлення двовимірних (ленгмюрівських) моношарів металевих наночастинок під моношаровими матрицями ПАР. Основними перевагами методу є експериментальна доступність і можливість контролю та управління процесом отримання наночастинок.

Отримання наночастинок з використанням плазми:

1 Плазмохімічний синтез.

Одним із найпоширеніших хімічних методів одержання ультрадисперсних порошків металів, нітридів, карбідів, оксидів, боридів, а також їх сумішей є плазмохімічний синтез. Для цього методу характерні дуже швидке (за 10, 3 - 10, 6 с) перебіг реакції далеко від рівноваги і висока швидкість утворення нової фази за відносно малої швидкості їх зростання.

При плазмохімічному синтезі використовують низькотемпературну (400 - 800 К) азотну, аміачну, вуглеводневу, аргонну плазму, яку створюють за допомогою електричної дуги, високочастотного електромагнітного поля або їх комбінації в реакторах, званих плазмотронами. Вони потік вихідних речовин (газоподібних, рідких чи твердих) швидко пролітає через зону, де підтримується плазма, одержуючи від неї енергію щодо реакцій хімічного перетворення. Плазмоутворюючим газом може бути і сама вихідна речовина.

Реактор включає наступні основні вузли: електроди, патрубки для входу плазмоутворюючого газу, котушки електромагнітів, для підтримки плазмової дуги, патрубки для введення реагентів, введення введення холодного газу, приймальний пристрій продуктів синтезу. Стовп дуги, що утворюється між електродами, утворює потік плазми, при цьому в реакторі досягається температура 1200 - 4500 К. Отримані продукти загартовують різними способами: в трубчастих теплообмінниках, за допомогою затоплення потоку реагує суміші струменями холодних газів або рідини, в охолоджуваних соплах.

Характеристики одержуваних порошків залежать від використовуваної сировини, технології синтезу та типу плазмотрону; їх частки є монокристалами і мають розміри 10-100 нм і більше. Процеси, що відбуваються при плазмохімічному синтезі та газофазному методі отримання наночастинок, близькі між собою. Після взаємодії у плазмі відбувається утворення активних частинок, що знаходяться у газовій фазі. Надалі необхідно зберегти їх нанорозміри та виділити з газової фази.

Для порошків плазмохімічного синтезу характерні широкий розподіл наночастинок за розмірами і, як наслідок, наявність досить великих (до 1 - 5 мкм) частинок, тобто низька селективність процесу, а також високий вміст домішок в порошку.

Для отримання наночастинок можна використовувати як метод їх зростання, а й розчинення у плазмі більших часток. На практиці використовуються реактори, в робочий об'єм яких вводяться випромінювання лазера через спеціальне вікно та потік реакційної суміші. У сфері їх перетину виникає реакційна зона, де відбувається утворення частинок. Розмір частинок залежить від тиску реактора та інтенсивності випромінювання лазера. Параметрами лазерного випромінювання керувати значно легше (ніж високочастотною або дуговою плазмою), що дозволяє отримувати вужчий розподіл частинок за розмірами. У такий спосіб отримали порошок нітриду кремнію з розмірами частинок 10 - 20 нм.

2 Електроерозійний метод.

Суть методу полягає у освіті дуги між електродами, зануреними у ванну з рідиною. У цих умовах речовина електродів частково диспергується та взаємодіє з рідиною з утворенням дисперсного порошку. Наприклад, електроерозія алюмінієвих електродів у воді призводить до утворення порошку гідроксиду алюмінію.

Отриманий твердий осад відокремлюють від рідкої фази методами фільтрації, центрифугування, електрофорезу. Потім порошок сушать і у разі потреби попередньо подрібнюють. У процесі подальшої термообробки порошку синтезують цільовий продукт, з якого в процесі дезагрегації отримують частинки потрібного розміру. Цим методом можна отримувати частинки нанорозмірів, якщо рідку фазу поміщати частинки великого розміру .

3 Ударно-хвильовий або детонаційний синтез.

Даним методом наночастки одержують у плазмі, утвореній у процесі вибуху бризантних вибухових речовин (ВВ) у вибуховій камері (детонаційній трубі).

Залежно від потужності та типу вибухового пристрою ударно-хвильова взаємодія на матеріал здійснюється за дуже короткий проміжок часу (десяті частки мікросекунд) при температурі понад 3000 К та тиску в кілька десятків гектопаскалів. За таких умов можливий фазовий перехід у речовинах із утворенням упорядкованих дисипативних нанорозмірних структур. Ударно-хвильовий метод найбільш ефективний для матеріалів, синтез яких здійснюється при високих тисках, наприклад порошків алмазу, кубічного нітрату бору та інших.

При вибуховому перетворенні конденсованих ВР з негативним кисневим балансом (суміш тротилу і гексогену) в продуктах реакції є вуглець, з якого і утворюється алмазна дисперсна фаза з розміром частинок порядку 4 - 5 нм .

Піддаючи ударно-хвильовому впливу від заряду ВР пористі структури різних металів та їх солей, гелі гідрооксидів металів, можна отримувати нанопорошки оксидів Al, Mg, Ti, Zn, Si та інші.

Перевагою методу ударно-хвильового синтезу є можливість отримання нанопорошків різних сполук як звичайних фаз, а й фаз високого тиску. Водночас практичне застосування способу потребує спеціальних приміщень та технологічного обладнання для проведення вибухових робіт.

Механохімічний синтез.

При цьому способі забезпечують механічну обробку твердих тіл, в результаті якої відбуваються подрібнення та пластична деформація речовин. Подрібнення матеріалів супроводжується розривом хімічних зв'язків, що зумовлює можливість подальшого утворення нових хімічних зв'язків, тобто перебіг механохімічних реакцій.

Механічна дія при подрібненні матеріалів є імпульсною; при цьому виникнення поля напруг та його наступна релаксація відбуваються не протягом всього часу перебування частинок в реакторі, а тільки в момент зіткнення частинок та в короткий час після нього. Механічне вплив буває як імпульсивним, а й локальним, оскільки відбувається у всій масі твердого речовини, лише там, де виникає і потім релаксує полі напруг.

Вплив енергії, що виділяє за високого ступеня нерівноважності під час удару або стирання, через низьку теплопровідність твердих тіл призводить до того, що якась частина речовини знаходиться у вигляді іонів і електронів - у стані плазми. Механохімічні процеси у твердому тілі можна пояснити з використанням фононної теорії руйнування крихких тіл (фонон – квант енергії пружних коливань кристалічних ґрат).

Механічне подрібнення твердих матеріалів здійснюють у млинах надтонкого подрібнення (кульових, планетарних, вібраційних, струменевих). При взаємодії робочих органів з матеріалом, що подрібнюється, можливий його локальний короткочасний розігрів до високих (плазмових) температур, отримання яких у звичайних умовах здійснюється при високих температурах.

Механічним способом можна отримувати нанопорошки розміром частинок від 200 до 5 - 10 нм. Так, при помелі суміші металу та вуглецю на протязі

48 годин були отримані частинки TiC, ZrC, VC та NbC з розміром 7 - 10 нм. У кульовому млині із суміші порошків вольфраму вуглецю та кобальту з вихідним розміром частинок близько 75 мкм за 100 годин були отримані частинки нанокомпозиту WC-Co з розміром частинок 11-12 нм.

Біохімічні методи одержання наноматеріалів.

Наноматеріали можуть виготовлятися і в біологічних системах. У багатьох випадках живі організми, наприклад, деякі бактерії та найпростіші організми, виробляють мінеральні речовини з частинками та мікроскопічними структурами у нанометровому діапазоні розмірів.

У процесах біомінералізації діють механізми тонкого біохімічного контролю, у результаті виробляються матеріали з чітко визначеними характеристиками .

Живі організми можуть бути використані як пряме джерело ультрадисперсних матеріалів, властивості яких можуть змінюватися шляхом варіювання біологічних умов синтезу або переробки. Ультрадис-персные матеріали, отримані біохімічними методами синтезу, можуть бути вихідними матеріалами деяких вже випробуваних і відомих методів синтезу та обробки наноматеріалів, а також у ряді технологічних процесів. Поки що робіт у цьому напрямі досліджень небагато, але вже можна вказати низку прикладів отримання та використання біологічних наноматеріалів.

В даний час ультрадисперсні матеріали можуть бути отримані з ряду біологічних об'єктів, наприклад, феритинів та пов'язаних з ними білків, що містять залізо, магнетичні бактерії та інше. Так, феритин (вид білків) забезпечують для живих організмів можливість синтезувати частки гідроксидів та оксифосфатів заліза нанометрового розміру. Здатність магнетотактичних бактерій використовувати лінії магнітного поля Землі для власної орієнтації дозволяє мати ланцюжки нанорозмірних (40-100 нм) однодоменних частинок магнетиту.

Можливе також одержання наноматеріалів за допомогою мікроорганізмів. В даний час відкриті бактерії, що окислюють сірку, залізо, водень та інші речовини. За допомогою мікроорганізмів стало можливим проводити хімічні реакції для вилучення із руд різних металів, минаючи традиційні технологічні процеси. Як приклад можна навести технологію бактеріального вилуговування міді з сульфідних матеріалів, урану з руд, відділення домішок миш'яку від концентратів олова та золота.

У деяких країнах в даний час до 5% міді, велику кількість урану та цинку отримують мікробіологічними методами. Існують добрі передумови, підтвердженими лабораторними дослідженнями, використання мікробіологічних процесів вилучення марганцю, вісмуту, свинцю, германію з бідних карбонатних руд. З допомогою мікроорганізмів можна розкрити тонко вкраплене золото арсенопіритних концентратів. Тому в технічній мікробіології з'явився новий напрямок, який називають мікробіологічною гідрометалургією.

Кріохімічний синтез.

Висока активність атомів і кластерів металів без стабілізаторів зумовлює реакцію у більші частинки. Процес агрегації атомів металів відбувається практично без енергії активації. Стабілізацію активних атомів багатьох елементів періодичної системи вдалося здійснити при низьких (77 К) і наднизьких (4 - 10 К) температурах методом матричної ізоляції. Суть цього методу полягає у застосуванні інертних газів при наднизьких температурах. Найчастіше як матриця використовуються аргон і ксенон. Пари атомів металів конденсують з великим, зазвичай тисячократним, надлишком інертного газу на поверхню, що охолоджується, до 10 - 12 К. Значне розведення інертних газів і низькі температури практично виключають можливість дифузії атомів металів, і в конденсаті відбувається їх стабілізація. Фізико-хімічні властивості таких атомів досліджують різними спектральними та радіоспектральними методами.

Основні процеси кріохімічної нанотехнології:

1 Приготування та диспергування розчинів.

В результаті розчинення вихідної речовини або речовин у тому чи іншому розчиннику вдається досягти максимально можливого ступеня змішування компонентів у гомогенному розчині, в якому гарантовано високий рівень точності відповідності заданого складу. Як розчинник найчастіше використовують воду; однак, можна застосовувати інші розчинники, які легко заморожуються і сублімуються.

Потім отриманий розчин диспергують окремі краплі необхідного розміру, і їх охолоджують до повного заморожування вологи. Процес гідродинамічного диспергування здійснюють за рахунок закінчення розчину через різні насадки та фільтри, а також використання форсунок .

Подібні документи

Загальні відомості про методи одержання наночастинок. Основні процеси кріохімічної нанотехнології. Приготування та диспергування розчинів. Біохімічні методи одержання наноматеріалів. Заморожування рідких крапель. Надзвукове витікання газів із сопла.

курсова робота , доданий 21.11.2010


Основні поняття нанотехнології та розвиток нанохімії. Роль вуглецю в наносвіті. Відкриття фулеренів як форми існування вуглецю. Види розумних наноматеріалів: біоміметичні, біодеградовані, феромагнітна рідина, програмно-апаратний комплекс.

презентація , доданий 12.08.2015


Основні аспекти, що належать до галузі нанохімії. Класифікація розмірних ефектів за Майєром, причини їхньої появи. Схема роботи та загальний вигляд атомно-силового мікроскопа. Класифікація наноматеріалів за розмірністю. Властивості вуглецевих нанотрубок.

презентація , доданий 13.07.2015


Властивості та класифікація наночасток: нанокластери та власне наночастки. Культури клітин, що використовуються для вивчення токсичності in vitro: карциноми легені, амніону та лімфоцитів людини, кардіоміоцитів щурів. Вивчення цитотоксичності наноматеріалів.

курсова робота , доданий 14.05.2014


Застосування нанотехнологій у медицині. Вплив наночастинок на організм людини. Медичні застосування скануючих зондових мікроскопів. Отримання монокристалів у двошаровій ванні. Пристрої для одержання препаратів з ниткоподібними кристалами.

дипломна робота , доданий 04.06.2015


Особливості одержання наночастинок срібла методом хімічного відновлення у розчинах. Принцип радіаційно-хімічного відновлення іонів металів у водяних розчинах. Утворення золів металу. Вивчення впливу pH на величину плазмонного піку.

курсова робота , доданий 11.12.2008


Вплив надлишку поверхневої енергії на адгезійну взаємодію наночастинок. Адсорбційний моношар ПАР. Локальна концентрація та утворення острівцевої нанорозмірної структури. Вплив ПАР на поверхневі сили та стійкість ліофобних наносистем.

контрольна робота , доданий 17.02.2011


Характеристика наночастинок срібла. Вплив їх на життєздатність лімфоцитів людини за результатами тесту МТТ. Культури клітин, які використовуються для вивчення токсичності in vitro. Вивчення цитотоксичності наноматеріалів у культурах клітин ссавців.

курсова робота , доданий 04.05.2014


Закономірності формування нанофази у розчині. Методика приготування каталізаторів. Методика приготування наночастинок паладію, стабілізованих в ультратонких шарах хітозану, нанесених на окис алюмінію. Фізико-хімічні властивості нанокомпозитів

дипломна робота , доданий 04.12.2014


Магнітні наночастки металів. Фізико-хімічні властивості міцелярних розчинів Кондуктометричне дослідження, синтез наночастинок кобальту у прямих міцелах. Отримання плівки Ленгмюра-Блоджет, растрова електронна та атомно-силова мікроскопія.

Нанохімія

Хімія та фармакологія

Як самостійна дисципліна нанонаука виділилася тільки в останні 7-10 років. Дослідження наноструктур є загальним напрямом багатьох класичних наукових дисциплін. Нанохімія серед них займає одне з провідних місць, оскільки відкриває практично необмежені можливості для розробки, отримання та дослідження.

ФЕДЕРАЛЬНЕ АГЕНТСТВО З ОСВІТИ ОМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХІМІКО-БІОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ХІМІЇ ТА МЕТОДИКИ ВИКЛАДАННЯ ХІМІЇ

Нанохімія

Виконала: студентка 1-ХО Кукліна Н.Є.

Перевірив: к.х.н., доцент Брянський Б.Я.

Київ 2008

§1. Історія становлення нанонауки…………………………………………………………3

§2. Основні поняття нанонауки…………………………………………………………….5

§3. Особливості будови та поведінки деяких наночастинок……………………………8

§4. Види прикладного використання нанохімії……………………………………….....9

§5. Методи отримання наночастинок…………………………………………………………..10

§6. Наноматеріали та перспективи їх застосування………………………………………...11

Джерела інформації………………………………………………………………………13

§1. Історія становлення нанонауки

1905 р. Альберт Ейнштейн теоретично довів, що розмір молекули цукру ра вен 1 нанометр.

1931 р. Німецькі фізики Ернст Руска та Макс Кнолл створили електронний мікропро скоп, що забезпечує 10 15 -кратне збільшення.

1932 р. Голландський професор Фріц Церніке винайшов фазово-контрастний мідо роскоп ¦ варіант оптичного мікроскопа, що покращував якість показу деталей изобра ня, і досліджував з його допомогою живі клітини.

1939 р. Компанія Siemens, в якій працював Ернст Руска, випустила перший комерційний електронний мікроскоп із роздільною здатністю 10 нм.

1966 р. Американський фізик Рассел Янг, який працював у Національному бюро стан дартів, придумав двигун, застосовуваний сьогодні в скануючих тунельних мікропро скопах і позиціонування наноінструментів з точністю до 0,01 ангстрем (1 нанометр = 10 ангстрем).

1968 р. Виконавчий віце-президент компанії Bell Альфред Чо та співробітник її відділення з досліджень напівпровідників Джон Артур обґрунтували теоретичну можливість використання нанотехнологій у вирішенні завдань обробки поверхонь та досягнення атомної точності під час створення електронних приладів.

1974 р. Японський фізик Норіо Танігучі, який працював у Токійському університеті, запропонував термін "нанотехнології" (процес поділу, складання та зміни матеріа лов шляхом впливу на них одним атомом або однією молекулою), що швидко завоював популярність у наукових колах.

1982 р. У Цюріхському дослідному центрі IBM фізики Герд Бінніг і Ген рих Рорер створили скануючий тунельний мікроскоп (СТМ), що дозволяє будувати тривимірну картину розташування атомів на поверхнях провідних матеріалів.

1985 р. Троє американських хіміків: професор Райського університету Річард Смеллі, а також Роберт Карл і Герольд Крото відкрили фулерени, молекули, склад.я щі з 60 атомів вуглецю, розташованих у формі сфери. Ці вчені також вперше зуміли виміряти об'єкт розміром 1 нм.

1986 р. Герд Бінніг розробив скануючий атомно-силовий зондовий мікропро скоп, що дозволив, нарешті, візуалізувати атоми будь-яких матеріалів (не тількипро провідних), а також маніпулювати ними.

1987 1988 рр. У НДІ "Дельта" під керівництвом П.М. Лускіновича запрацювала перша російська нанотехнологічна установка, що здійснювала спрямований догляд частинок з вістря зонда мікроскопа під впливом нагріву.

1989 р. Вчені Дональд Ейглер та Ерхард Швецер із Каліфорнійського наукового центру IBM зуміли викласти 35 атомами ксенону на кристалі нікелю назву своєї компанії.

1991 р. Японський професор Суміо Ліджіма, який працював у компанії NEC, таз користувався фулеренами для створення вуглецевих трубок (або нанотрубок) діаметром 0,8 нм.

1991 р. У США розпочалася перша нанотехнологічна програма Національного наукового фонду. Аналогічною діяльністю потурбувався і уряд Японії.

1998 р. Сіз Деккер, голландський професор Технічного університету м. Делфтса, створив транзистор на основі нанотрубок. Для цього йому довелося першим у світі зміне рити електричну провідність такої молекули.

2000 р. Німецький фізик Франц Гіссібл розгледів у кремнії субатомні частки. Його колега Роберт Магерле запропонував технологію нанотомографії, створення тример ної картини внутрішньої будови речовини з роздільною здатністю 100 нм.

2000 р. Уряд США відкрив Національну нанотехнологічну іні циативу (NNI). У бюджеті США на цей напрямок виділено 270 млн. дол., комерче ські компанії вклали в нього в 10 разів більше.

2002 р. Сіз Деккер поєднав вуглецеву трубку з ДНК, отримавши єдиний наноме ханізм.

2003 р. Професор Фенг Лью з університету Юти, використовуючи напрацювання Франца Гіссібла, за допомогою атомного мікроскопа побудував образи орбіт електронів шляхом аналізу їхнього обурення під час руху навколо ядра.

§2. Основні поняття нанонауки

Як самостійна дисципліна нанонаука виділилася тільки післяд ня 7-10 років. Дослідження наноструктур є загальним напрямом багатьох класичних наукових дисциплін. Нанохімія серед них займає одне з провідних місць, тому що відкриває практично необмежені можливості для розробки, отримання та дослідження нових наноматеріалів із заданими властивостями, нерідко перевершують за якістю природні матеріали.

Нанохімія - це наука, яка займається вивченням властивостей різних наносівт руктур, а також розробкою нових способів їх отримання, вивчення та модифікації.

Пріоритетне завдання нанохімії -встановлення зв'язку між розміром наноча стиці та її властивостями.

Об'єктами дослідження нанохіміїє тіла з такою масою, що їх еквіі валентний розмір залишається в межах наноінтервалу (0,1? 100 нм).

Нанорозмірні об'єкти займають проміжне положення між об'ємними матеріалами з одного боку, атомами і молекулами з іншого. Присутність таких проъ ектів у матеріалах надає їм нові хімічні та фізичні властивості. Нанооб'єкти є проміжною і сполучною ланкою між світом, в якому діють закони.про ни квантової механіки, і світом, в якому діють закони класичної фізики.

Характерні розміри об'єктів навколишнього світу

Нанохімія досліджує одержання та властивості різних наносистем.Наносистеми являють собою безліч тіл, оточених газовим або рідким середовищем. Такими те ламі можуть бути багатоатомні кластери та молекули, нанокраплі та нанокристали. Це проміжні форми між атомами та макроскопічними тілами. Розмір систем проз тається в межах 0,1 100 нм.

Класифікація об'єктів нанохімії за фазовим станом

Коло об'єктів досліджуваних нанохімією безперервно розширюється. Хіміки завжди прагнули зрозуміти, у чому полягають особливості тіл нанометрових розмірів. Це призвело до бурхливого розвитку колоїдної та макромолекулярної хімії.

У 80?90-х роках XX століття, завдяки методам електронної, атомно-силовоїн нельной мікроскопії, вдалося спостерігати за поведінкою нанокристалів металів і не органічних солей, білкових молекул, фулеренів і нанотрубок, а в останні роки та кі спостереження стали масовими.

Об'єкти нанохімічних досліджень

Таким чином, можна виділити такі основні характеристики нанохімії:

1. Геометричні розміри об'єктів лежать у нанометровому масштабі;
2. Прояв нових властивостей об'єктами та їх сукупностями;
3. Можливість контролю та точного маніпулювання об'єктами;
4. Об'єкти та пристрої, зібрані на базі об'єктів отримують нові споживачіьські властивості.

§3. Особливості будови та поведінки деяких наночастинок

Наночастки з атомів інертних газівє найпростішими нанообъ ектами. Атоми інертних газів із повністю заповненими електронними оболонками слабо взаємодіють між собою за допомогою сил Ван-дер-Ваальса. При описі таких частинок застосовується модель твердих кульок.

Наночастинки металів. У металевих кластерах із кількох атомів може бути реалізований як ковалентний, так і металевий тип зв'язку. Наночастинки металів мають велику реакційну здатність і часто використовуються як каталіз.а рів. Наночастинки металів зазвичай приймають правильну форму октаедра, ікоса едра, тетрадекаедра.

Фрактальні кластери¦ це об'єкти з розгалуженою структурою: сажа, кол лоїди, різні аерозолі та аерогелі. Фрактал - це такий об'єкт, в якому при віціз таючому збільшенні можна побачити, як та сама структура повторюється у ньому всіх рівнях й у будь-якому масштабі.

Молекулярні кластерикластери, що складаються з молекул. Більшість класте рів є молекулярними. Їх число та різноманітність величезні. Зокрема, до молоку лярним кластерам відносяться багато біологічних макромолекул.

Фулерени являють собою порожнисті всередині частинки, утворені багатогран никами з атомів вуглецю, пов'язаних ковалентним зв'язком. Особливе місце серед фуллеріве нов займає частка з 60 атомів вуглецю | 60 , що нагадує мікроскопічний футбольний м'яч.

Нанотрубки Це порожнисті всередині молекули, що складаються приблизно з 1.000.000 атпро мов вуглецю і є одношарові трубки діаметром близько нанометра і довжиною в кілька десятків мікрон. На поверхні нанотрубки атоми вуглецю розп.про кладені у вершинах правильних шестикутників.

§4. Види прикладного використання нанохімії

Умовно нанохімію можна поділити на:

• Теоретична
• Експериментальна
• Прикладна

Теоретична нанохіміярозробляє методи розрахунку поведінки нанотел, враховуючи такі параметри стану частинок, як просторові координатипро сти, маса, характеристики складу, форми та структури кожної наночастинки.

Експериментальна нанохіміярозвивається у трьох напрямках.У рамках першого розробляються і використовуються надчутливі спектральні методию ні можливість судити про структуру молекул, що включають десятки та сотні атомів.У рамках другогонапрями досліджуються явища при локальних (місцевих) електриче ських, магнітних або механічних впливів на нанотіла, що реалізуються за допомогою нанозондів та спеціальних маніпуляторів.У рамках третьогонапрямки визначают ся макрокінетичні характеристики колективів нанотел і функцій розподілу на нот за параметрами стану.

Прикладна нанохіміявключає в себе:

• Розробка теоретичних основ застосування наносистем у техніці та нанотехнпро логії, методів передбачення розвитку конкретних наносистем в умовах їх таз користування, а також пошук оптимальних способів експлуатації (технічна на нохімія).
• Створення теоретичних моделей поведінки наносистем під час синтезу наномате ріалів та пошук оптимальних умов їх отримання (синтетична нанохімія).
• Вивчення біологічних наносистем та створення методів використання наносіві стем з лікувальною метою (медична нанохімія).
• Розробка теоретичних моделей освіти та міграції наночастинок в окр.у довкілля та методів очищення природних вод або повітря від наночастинок (екпро логічна нанохімія).

§5. Методи отримання наночастинок

Принципово всі методи синтезу наночастинок можна розділити на великі групи:

Диспергаційні методи, або методи отримання наночастинок шляхом подрібнення звичайного макрозразку.

конденсаційні методи, або методи «вирощування» наночастинок з окремих атомів

Диспергаційні методи

При диспергаційних методах вихідні тіла подрібнюють до наночастинок. Даний підхід до отримання наночастинок образно називається деякими вченими"підхід зверху вниз" . Це найпростіший із усіх способів створення наночастинок, свого роду “м'яс”про рубання” для макротіл. Даний метод широко використовується у виробництві матеріалів для мікроелектроніки, він полягає у зменшенні розмірів об'єктів до нановеличин у межах можливостей промислового обладнання та матеріалу, що використовується. Із дрібнішати речовину в наночастинки можна як механічно. Російська компанія «Передові порошкові технології» отримує наночастки, підриваючи металеву нитку потужним імпульсом струму.

Існують і екзотичніші способи отримання наночастинок. Американські вчені у 2003 році зібрали з листя фігового дерева мікроорганізми Rhodococcus і помістили їх у золотовмісний розчин. Бактерії діяли як хімічний вз Автор, збираючи з іонів срібла акуратні наночастинки діаметром близько 10 нм. Будуючи наночастки, бактерії почувалися нормально і продовжували розмножуватися.

Конденсаційніметоди

При конденсаційних методах ("підхід знизу вгору") наночастки отримують пу об'єднання окремих атомів. Метод полягає в тому, що у контрольованих уз ловія відбувається формування ансамблів з атомів та іонів. В результаті утворюються нові об'єкти з новими структурами та, відповідно, з новими властивостями, які можна програмувати шляхом зміни умов формування ансамблів. Цей под хід полегшує вирішення проблеми мініатюризації об'єктів, наближає до вирішення низки проблем літографії високої роздільної здатності, створення нових мікропроцесорів, тонких полімерних плівок, нових напівпровідників.

§6. Наноматеріали та перспективи їх застосування

Вперше концепція наноматеріалів була сформульована в80-х роках XX століття Г. Глейтером, який ввів у науковий ужиток і сам термін «наноматеріал ». Крім традиційних наноматеріалів (таких як хімічні елементи та сполуки, аморфні речовини, метали та їх сплави) до них відносять нанонапівпровідники, нанополімери, на нопористі матеріали, нанопорошки, численні вуглецеві наноструктури, на нобіоматеріали, супрамолекулярні структури та каталізатори.

Чинниками, що визначають унікальні властивості наноматеріалів, є розмірні, електронні і квантові ефекти наночастинок, що утворюють їх, а також їх дуже розвинена поверхня. Численними дослідженнями показано, що означаєь ні та технічно цікаві зміни фізико-механічних властивостей наноматеріалів (міцність, твердість і т.д.) відбуваються в інтервалі розмірів частинок від декількох на метрів до 100 нм. В даний час вже отримано багато наноматеріалів на основі нітридів і боридів з розміром кристалітів близько 1?2 нм і менше.

Завдяки специфічним властивостям наночастинок, що лежать в їх основі, такі мате ріали часто перевершують «звичайні» за багатьма параметрами. Наприклад, міцність метал ла, отриманого засобами нанотехнології, перевищує міцність звичайного в 1,5?3 рази, його твердість більше в 50?70 разів, а корозійна стійкість в 10?12 разів.

Області застосування наноматеріалів:

• елементи наноелектроніки та нанофотоніки (напівпровідникові транзистори та лазери; фотодетектори; сонячні елементи; різні сенсори)
• пристрої надщільного запису інформації
• телекомунікаційні, інформаційні та обчислювальні технології, супір комп'ютери
• відеотехніка плоскі екрани, монітори, відеопроектори
• молекулярні електронні пристрої, у тому числі перемикачі та електронні схеми на молекулярному рівні
• паливні елементи та пристрої зберігання енергії
• пристрої мікро- та наномеханіки, у тому числі молекулярні мотори та наномотори, нанороботи
• нанохімія та каталіз, в тому числі управління горінням, нанесення покриттів, еледо тримімія та фармацевтика
• авіаційні, космічні та оборонні програми пристрою контролю стануя ня навколишнього середовища
• цільова доставка ліків та протеїнів, біополімери та загоєння біологічних тканин, клінічна та медична діагностика, створення штучних муску лов, кісток, імплантація живих органів
• біомеханіка, геноміка, біоінформатика, біоінструментарій
• реєстрація та ідентифікація канцерогенних тканин, патогенів та біологічно шкідливих агентів; безпеку у сільському господарстві та при виробництві харчових продуктів.

Омська область готова розвивати нанотехнології

Розвиток нанотехнологій - один із пріоритетних напрямків розвитку науки, технологій та техніки в Омському регіоні.

Так, в Омській філії Інституту фізики напівпровідників СО РАН ведетьсяз робіт наноелектроніки, а в Інституті проблем переробки вуглеводнів СО РАН ведуться роботи з одержання нанопористих вуглецевих носіїв та каталізаторів.

Джерела інформації:

• http://www.rambler.ru/cgi-bin/news
• http://www.rambler.ru/news
• ht tp // Nanometer.ru
• http://www.nanonewsnet.ru/ 67 KB Оснащення уроку: Презентація Початок Великої Вітчизняної війни де використовується карта початкового періоду війни фрагменти документальних фільмів про війну схема про готовність Німеччини та СРСР до війни виставка книг присвячених Великій Вітчизняній війні...

Дистанційні освітні курси є сучасною формою ефективної додаткової освіти та підвищення кваліфікації в галузі підготовки фахівців для розвитку перспективних технологій отримання функціональних матеріалів та наноматеріалів. Це одна з перспективних форм сучасної освіти, що розвиваються в усьому світі. Особливо актуальною є подібна форма отримання знань у такій міждисциплінарній галузі, як наноматеріали та нанотехнології. Перевагами дистанційних курсів є їхня доступність, гнучкість у побудові освітніх маршрутів, покращення ефективності та оперативності процесу взаємодії зі слухачами, економічна ефективність порівняно з очною формою, яка, тим не менш, може гармонійно поєднуватися з дистанційною підготовкою. В галузі фундаментальних основ нанохімії та наноматеріалів підготовлено відеоматеріали Науково-освітнього Центру МДУ з нанотехнологій:

• . Основні поняття та визначення наук про наносистеми та нанотехнології. Історія виникнення нанотехнологій та наук про наносистеми. Міждисциплінарність та мультидисциплінарність. Приклади нанооб'єктів та наносистем, їх особливості та технологічні програми. Об'єкти та методи нанотехнологій. Принципи та перспективи розвитку нанотехнологій.
• . Основні засади формування наносистем. Фізичні та хімічні методи. Процеси отримання нанооб'єктів «згори донизу». Класична, "м'яка", мікросферна, іонно-пучкова (FIB), АСМ - літографія та наноіндентування. Механоактивація та механосинтез нанооб'єктів. Процеси отримання нанооб'єктів «знизу вгору». Процеси зародка утворення в газових та конденсованих середовищах. Гетерогенне зародокутворення, епітаксия та гетероепітаксія. Спінодальний розпад. Синтез нанооб'єктів у аморфних (склоподібних) матрицях. Методи хімічної гомогенізації (співосадження, золь-гель метод, кріохімічна технологія, піроліз аерозолів, сольвотермальна обробка, надкритична сушка). Класифікація наночастинок та нанооб'єктів. Прийоми отримання та стабілізації наночастинок. Агрегація та дезагрегація наночастинок. Синтез наноматеріалів в одно та двовимірних нанореакторах.
• . Статистична фізика наносистем. Особливості фазових переходів у малих системах. Типи внутрішньо- та міжмолекулярних взаємодій. Гідрофобність та гідрофільність. Самоскладання та самоорганізація. Міцелоутворення. Самошарові моношари. Плівки Ленгмюра - Блоджетт. Супрамолеклярна організація молекул. Молекулярне розпізнавання. Полімерні макромолекули, методи їх одержання. Самоорганізація у полімерних системах. Мікрофазне розшарування блок-кополімерів. Дендрімери, полімерні щітки. Пошарове самозбирання поліелектролітів. Супрамолекулярні полімери.
• . Речовина, фаза, матеріал. Ієрархічна будова матеріалів. Наноматеріали та їх класифікація. Неорганічні та органічні функціональні наноматеріали. Гібридні (органо-неорганічні та неоргано-органічні) матеріали. Біомінералізація та біокераміка. Наноструктуровані 1D, 2D та 3D матеріали. Мезопористі матеріали. Молекулярні сита. Нанокомпозити та їх синергетичні властивості. Конструкційні наноматеріали.
• . Каталіз та нанотехнології. Основні принципи та уявлення в гетерогенному каталізі. Вплив умов приготування та активації на формування активної поверхні гетерогенних каталізаторів. Структурно-чутливі та структурно-нечутливі реакції. Специфіка термодинамічних та кінетичних властивостей наночастинок. Електрокаталіз. Каталіз на цеолітах та молекулярних ситах. Мембранний каталіз.
• . Полімери для конструкційних матеріалів та для функціональних систем. "Розумні" полімерні системи, здатні виконувати складні функції. Приклади "розумних" систем (полімерні рідини для нафтовидобутку, розумні вікна, наноструктуровані мембрани для паливних елементів). Біополімери як найрозумніші системи. Біоміметичний підхід. Дизайн послідовностей для оптимізації властивостей "розумних" полімерів. Проблеми молекулярної еволюції послідовностей у біополімерах.
• . Розглядаються сучасний стан та проблеми створення нових матеріалів для хімічних джерел струму: твердооксидних паливних елементів (ТОТЕ) та літієвих акумуляторів. Аналізуються ключові структурні фактори, що впливають на властивості різних неорганічних сполук, які визначають можливість їх застосування як електродних матеріалів: складних перовскітів у ТОТЕ та сполук перехідних металів (складних оксидів та фосфатів) у літієвих акумуляторах. Розглядаються основні анодні та катодні матеріали, що застосовуються в літієвих акумуляторах та визнані перспективними: їх переваги та обмеження, а також можливості подолання обмежень спрямованою зміною атомної структури та мікроструктури композиційних матеріалів шляхом наноструктурування з метою покращення характеристик джерел струму.

Окремі питання розглянуті у наступних розділах книг (видавництво Біном):

Ілюстративні матеріали з нанохімії, самоскладання та наноструктурованих поверхонь:

Науково - популярні "відеокниги":

Вибрані розділи нанохімії та функціональні наноматеріали.