Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям

20 
наночастицами с различными составом, размерами и формой. Нанокомпозиты 
классифицируются по фазовой структуре как 
-двухфазные 
бикомпонентные системы (например, металл-окисел 


2
3
/
Fe Fe O
и полупроводник- окисел 


2
/
Si SiO
); 
-многофазные системы (многослойные нанотолщинные пленки; сплавы, 
полученные холодной сваркой). 
Размерности наночастиц дисперсной фазы: 
- 
0
D
-мерные: нанокластеры 
1 10
r
 
нм 
-
1
D
-мерные: наностержни, нанотрубки 
-
2
D
-мерные: нанопленки, островковые наноструктуры.
10 1000
r


нм 
-
3
D
-мерные: объемные наноструктуры на поверхности или в объеме 
матрицы 
10 1000
r


нм. 
Существуют наночастицы с фрактальной размерностью. Когда размер 
r
- 
нецелое 
D
. 
Полимерные наноструктурированные материалы. 
Классификация Третьякова наноматериалов, включая морфологию 
приведена в таблице 1.1.*)
Табл.1.1 
Материал 
Способ получения 
3D Объёмные наноструктурированные 
наноматериалы 
1.Металлы и сплавы с ультрамикрозернистой 
структурой, 
спиноидальный 
распад 
в 
стеклообразных материалах или твердых 
растворах, 
2. Нанокерамика 
Формируемые 
1.термическими и
механическими воздействиями 
2.Спекание компактируемых 
наночастиц 
2D Наноструктурированные планарные материалы 
Тонкие и толстые пленки 
Нанопечатная литография 
Самособирающиеся слои 
1D Наноструктурированные материалы 
Нанотрубки, нановолокна. Наноагрегаты. 
нанопроволоки 
1.Формируемые из пересыщенных
пара, раствора, или 
2.Электрохимических и 
плазмохимических процессов 
0D Нанодисперсные материалы 
Нанокристаллы .квантовые точки 
Нанокластеры 
1.Механическое измельчение 
объёмных объектов 
кристаллизации пересыщенных 
систем (из пара жидких фаз -
(не)водных растворов или расплавов. 
2.самосборка или стабилизация 
разными темплатами 
Нанокомпозиты состоящие из мезопористой 
матрицы с 1D-каналами или 2D-слоями 
заполненными нанофазой, или 
нановискеров, нанотрубок и наночастиц в 
полимерной, металлической или керамической 
матрице 
1.Супрамолекулярные (комплексные) 
материалы для создания наноустройств и 
наномашин 
Формируются из простых молекул 
имитацией биопроцессов в 
молекулярных машинах живых 

21 
2.Нанопористые структуры 
организмов. 
процессы самосборки и 
самоорганизации 
*)Вестник РАН, №7,т.80, 2010. 
Предмет физикохимии нанокластеров включает способы получения 
нанокластеров и наноструктур, их свойства и применения в виде 
наноматериалов и технических устройств, и далее их использование в виде 
нанотехнологии. 
При рассмотрении синтеза и свойств нанообъектов применяют два подхода 
микроскопический и термодинамический. 
При микроскопическом подходе возможен переход от единичных атомов и 
молекул к массивным телам и обратный переход от макрообъектов к 
нанокластерам и наноструктурам путем дробления или наноструктурирования 
вещества. 
Микроскопический подход
позволяет изучить изменение активности атомов 
на поверхности кластера, рассмотреть элементарные акты химических реакций 
адсорбции и катализа разделить вклады поверхностных и внутренних атомов. 
Использование атомно-молекулярных свойств состоит в применении 
квантовой химии для расчета атомных и молекулярных орбиталей и 
определении молекулярных уровней энергии в нанокластерах, и определить их 
тепловые, электронные, оптические и магнитные свойства. Нанокластеры 
отличаются от атомов и твердых тел наличием поверхности и квантовыми 
ограничениями коллективных процессов связанных с квазичастицами. 
Термодинамический подход
к синтезу и свойствам нанокластеров позволяет 
определить закономерности их образования, роста, свойств и их изменений при 
фазовых переходах. Удается предсказать существование и оценить параметры 
наноразмерного состояния вещества: свободную энергию Гиббса и 
Гельмгольца, минимальный размер кластера при нуклеации, поверхностное 
натяжение поверхности нанокластера и перераспределение поверхностного 
натяжения для двухфазных наносистем. 
Согласно базе данных SCI по наноматериалам общее число публикаций 
1991-2001гг: наночастицы 21 тыс, квантовые точки 13 тыс, фуллерены 16,6 тыс, 
нанотрубки 17,7тыс., дендримеры 4,3 тыс (Терехов. Вестник РАН).

жүктеу/скачать 12,63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: