Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Наноструктура

14.11.2018

К наночастицам относят такие частицы, у которых один или несколько структурных параметров имеют размер, не превышающий 100 нм (1 нм = 10в-9 м). Приставка «нано» происходит от греческого слова «карлик» и означает одну миллиардную часть чего-либо. Если весь материал состоит из наночастиц, то он относится к наноструктурам или нанообъектам. В то же время подобные наноразмерные элементы структуры можно выделить в любом объемном, пленочном или волокнистом материале: слои в композиционных материалах, покрытия на материалах (рис. 3.14), а также примесные атомы, границы зерен и т. п.

В качестве критерия принадлежности объекта к наноструктурам принимают высокую степень влияния на обсуждаемые свойства именно наноразмерных элементов реальной структуры.

Специфика наноструктур проявляется в том, что свойства материала — физико-механические, химические, электрические, магнитные, оптические и др. — радикально отличаются от свойств материалов, состоящих из микроскопических объектов. Фундаментальные свойства материалов, принадлежащих к наноструктурам, такие как проводимость, температура плавления, твердость, зависят от размеров так, как не зависят ни в одном другом диапазоне размеров. Например, температура плавления технически чистого золота снижается на 500 °C (!!) при уменьшении диаметра наночастицы с 30 до 5 нм. Другими словами, наноструктурные материалы могут иметь физические и химические свойства, отличающиеся от свойств обычных объемных материалов. Основными причинами такого резкого изменения свойств являются:

• проявление квантово-механических свойств в частицах, состоящих из счетного числа атомов;

• высокая доля приповерхностных атомов, физико-химические свойства которых отличаются от свойств объемных атомов (рис. 3. 15);

• существенная роль диффузии и самоорганизации атомов в наноструктурах и на поверхности твердых тел.

Визуализацию нанообъектов проводят с помощью таких современных методов исследования, как сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), атомно-силовая микроскопия (ACM), просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения. Так, зонд в СТМ, сканируя поверхность материала подобно лучу в электронной трубке телевизора, позволяет наблюдать топографию поверхности с разрешением, близким к атомным, а именно: становятся видимы атомы и малые атомные скопления — кластеры.

Сканирующие туннельные и атомно-силовые микроскопы, а также значительный прогресс в вычислительной технике позволили моделировать нанотехнологию изготовления изделий в наномасштабе. Под термином «нанотехнология» понимают создание и использование материалов, устройств и систем, структура которых регулируется в нанометровом масштабе, т. е. в диапазоне атомов, молекул и надмолекулярных объединений. Данная технология подразумевает умение работать с такими объектами и создавать из них более крупные структуры, обладающие принципиально новой молекулярной (точнее надмолекулярной) организацией. В связи с этим возникли понятия «нанонаука» и «наноинженерия». Нанонаука занимается фундаментальными исследованиями свойств наноматериалов и явлений в нанометровом диапазоне, а наноинженерия — поиском эффективных методов использования наноструктур при создании материалов и устройств.

Нанотехнологический подход означает целенаправленное регулирование свойств объектов на молекулярном уровне. Придавая материалам и системам принципиально новые свойства, нанотехнология может обеспечить прогресс практически во всех существующих областях деятельности. Например, использование наноструктур позволяет получать более легкие и прочные материалы с программируемыми характеристиками, нанопорошки размером 20...25 нм, нанопроволоку диаметром 90 нм, пленки с нанометрическими толщинами, обладающие набором уникальных физико-механических свойств и др.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: