Өлшемдік эффекттердің наноматериалдар қасиеттеріне әсері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 54 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе.

ХХ-ХХІ ғасыр аралығында жаңа қарқынды дамушы ғылыми-техникалық бағыт қалыптасты, оны үш ұғыммен түсіндіруге болады: наноғылым, нанотехнология, наноиндустрия.

Наноғылым нанометрлі өлшемдердің бастапқы қасиеттерін және онымен байланысты құбылыстарды зерттейді. Нанообъекттерге түрлі конфигурациялы материалды объекттерді жатқызады: еш болмаса бір сызықты өлшемдері 1-100 нм, яғни 10 ^-9 -10 ^-7 м болатын бөлшектер (дәндер), талшықтар, түтікшелер және пленкалар т. б. Кіші өлшемдер жағынан қарасақ бұл аралық әлбетте атом мен молекуланың өлшемдер ауданымен тұспалдас келеді, ал нанообъектті микрообъекттен бөліп тұратын ауданы, оның жоғарғы шегі, шартты түрде белгіленген. Жалпы алғанда оны зат қасиетін анықтайтын, қандай да болмасын сипаттамалық өлшем параметрлерімен байланыстыруға болмайды, мысалға, магниттік домендер, заряд тасымалдаушылардың еркін айналымының ұзындығымен немесе де Бройль толқын ұзындығымен, себебі әртүрлі заттар үшін бұл параметрлердің мәні айтарлықтай әркелкі болуы мүмкін.

Нанотехнология, бұл нанообъекттер жасау мәселесін шешеді, оларды конфигурацияларына байланысты наноқұрылымды элементтер немесе наноқұрылымдар , олардың негізінде жасалатын материалдарды, сәйкесінше, наноқұрылымды материалдар немесе жай ғана наноматериалдар , және құрамында наноматериалдар қолданылған заттар деп атайды. Нанотехнология терминін қолдана отырып көпше түрде бұл аумақтағы бағыттардың көптүрлілігін немесе нақты технология комплексін жеткізеді.

Наноиндустрия наноматериалдардың ауқымды өндірісін және олардың негізіндегі бұйымдардың адам тіршілігіндегі түрлі салалардағы қолданысын қамтамасыз ету керек.

Көріп отырғанымыздай, наноғылым, нанотехнология, наноиндустрия ұғымдары бір-бірімен тығыз байланысты. Сондықтан бұл ғылыми-техникалық бағытты қарастырғанда тек «нанотехнология» ұғымын жиі қолданады, оның мағынасында технологияның ғылыми негізі және өндірістік аспектілер жатыр. Бұл тұстан қарау өте орынды. Бірақ-та, шетел әдебиеттерінде «nanoscience» термині жиі қолданылады, сонда да, қаттырақ айтсақ, наноғылым жеке ғылым бағыты болып есептелмейді, ол физиканың, химияның, биологияның, математиканың және бірқатар техникалық және гуманитарлық ғылымдардың фундаментальді жағдайларынан және зерттеу әдістерінен құралады, бұл нанотехнологияның пәнаралық орнын анық көрсетеді.

Нанотехнологияны дәстүрлі жолмен қол жеткізе алмайтын, жаңа эксплуотациялық қасиетке ие материалдар мен олардың негізіндегі бұйымдар жасауға шақыратынын атап өткен маңызды. Бұл «нанотехнология» терминінің мағынасы 2004 жылдың қарашасында қабылданған сөйлемдердегі анықтамасында түсіндіріледі «Ресей Федерациясындағы нанотехнология бағытындағы жұмыстардың 2010 ж дейінгі даму концепциялары»: «нанотехнология - өлшемі 100 нм-ге дейін болатын, жаңа қасиетке ие объекттерді бақылау арқылы жасауға және модификациялауға мүмкіндік беретін әдістер мен тәсілдердің жиыны».

Наноматериалдар айтарлықтай әртүрлі. Нанобөлшектердің кешені, яғни, наноұнтақ, мысалы катализатор ретінде жеке дара материал ретінде де қолданыла алады. Наноұнтақты біріктіру немесе пресстеу арқылы өте берік материалдар алуға болады. Қосымша ретінде наноұнтақтар көптеген композитті материалдар құрамына қосылып, оларға бірегей механикалық, жылулық немесе электрофизикалық сипаттамалар береді.

Неліктен наноматериалдар осындай бірегей қасиеттерге ие болады? Бұл сұраққа қысқаша түрде келесідей жауап беруге болады: біріншіден, микро- күйден нанообъектке өткенде бетте орналасқан атомдар санының көлемдегі атом санына қатынасы артады, нәтижесінде беттік әрекеттесу күштерінің және бөліну шекарасының зат қасиетіне әсері күшейеді. Екіншіден, бөлшектер өлшемінің кішіреюімен кванттық эффектілер дәрежесі арта бастайды. Бірінші фактордың маңызы, мысалға, бірегей механикалық қасиеті бар наноматериалды алуда анықтаушы болады, ал екінші фактор - наноэлектроника элементтерін жасауда маңызды орын алады.

Осылайша, наноқұрылымды зат оның көлемдік күйіндегі көрсететін физика-химиялық қасиеттерінен жақсы, жаңа қасиетке ие деп белгілеуге болады. Бұл, көбіне наноқұрылым деп аталатын, жаңа сапалық күйге көшу көптеген заттар үшін құрылымдық элементтер өлшемінде 100 нм-ден аз шамасында басталады.

Нанотехнологияның белгілі микро- және макротехнологиядан тағы бір маңызды ерекшелігі «төменнен-жоғары » принципіне қол жеткізуге болатындығында, бұл принцип жеке атом мен молекулаларды жинастыру арқылы талап етілетін құрылымға қол жеткізетін болжам тудырады. Бұл ретте маңызды орынды тірі жүйелерде өтетін секілді, атомаралық және молекулааралық әрекеттесулердің нәтижесінде болатын өздік ұйымдасу және өздік жинақтау процесстері алады. Белгіленген, кейде «жоғары көтерілуші» немесе «өрлеуші» деген атауға ие болған принцип, материалдарды механикалық өңдеуден, химиялық әсерлер мен ұсақтау нәтижесінде болатын, дәстүрлі технологиялық «жоғарыдан-төмен» («төмен түсетін») принципінен әлдеқайда ерекшеленеді.

Ең алғаш жеке атомдарды керек реттілікпен құру жолымен талап етілетін қасиетке ие заттарды алу идеясын Нобель лауреаты Р. Фейнман 1959 жылдың желтоқсанындағы Американдық физикалық қоғамның жиынында оқылған «There is plenty room in the botoom», әдетте орысша аудармасы «Там внизу еще очень много места» деп аталатын дәрісінде атап өткен. Бұл идея американдық ғалым Э. ДРекслермен ары қарай дамытылды, ол 1986 жылы «Машины созидания: пришествие эры нанотехнологии» атты кітабында жеке атомдар мен молекулаларды жинастыру жолымен түрлі механизмдердің мүмкіншілігін жариялады. Айта кеткен жөн, нанотехнология термині анық түрде 1974 жылы жапондық ғалым Н. Танигучидің еңбектерінде қолданыла бастады, бірақ ол кездегі терминнің қолданылу аясы басқа еді, яғни термин материалдарды нанометрдің ондық үлесіне дейін өңдеуін білдірді (атом немесе жай молекула өлшеміне дейін) .

Бірақ ұзақ уақыт арасында нанотехнологиялық идеялар тәжірибелік қолданысқа ие бола алмады, ол ең алдымен техникалық базаның жеткіліксіздігінен болды. Терминнің орнықты болуында сапалық серпілісіне 1981 жылы сканирлеуші туннельді микроскоптың, ал 1986 ж - атомды микроскоптың ойлап табылуы үлкен септігін тигізді. Екі аспаптың да жұмыс істеу принципі жүзінің радиусы ~10 нм болатын жіңішке зондты зерттелетін нысанға шамамен 1 нм қашықтыққа жоғары дәлдікпен жақындатып қолдануына негізделген. Беттің рельефі жайлы ақпаратты жеткізуді электрлік ток атқарады, бірінші жағдайда ол зонд пен оның астында орналасқан беттің ауданының арасында квантмеханикалық эффект - потенциалды барьер арқылы электрондардың туннельденуі есебінен пайда болады, екінші жағдайда - зондтың беттің атомдарымен әрекеттесу күшінен пайда болады. Екі микроскоптың да шамасы нанометрдің ондық үлесіне дейін шешуге жетеді, ол жеке атомдарды идентификациялауға және олардың беттегі орнын жоғары дәлдікпен анықтауға мүмкіндік береді.

Есте қаларлық жағдай, зондты микроскоптарды ойлап табу және олардың кейініректегі жетілген түрлерін жасау зат құрылысын зерттеудің мүмкіншіліктерін ғана арттырып қойған жоқ, сонымен қатар зерттеушілерді жеке атомдарды игеру идеялары жолында жаңа технологиялық әдістермен қаруландырды. Әдетте бұл идеялардың тәжірибелік орындалуының жарқын көрінісі ретінде ІВМ компаниясының қызметкерлерімен 1990 ж. жасалған тәжірибесі алынады, ол тәжірибеде никельдің монокристалының бетіне өз компанияларының атын 35 ксенон атомын сканирлеуші туннельді микроскоп көмегімен араластырып жасады. Атомдардың араласуы зондқа берілген белгілі кернеу шамасында зонд ұшына электростатикалық тартылысының нәтижесінде жүрді.

Жаңа тәжірибелік жүйенің қалыптасуына нанотехнология саласындағы зерттеулер елеулі үлесін қосты. 1990 жылдардың басынан бұл тақырыпқа байланысты наноматериалдардың қасиеттері, оларды алу және қолдану әдістері жайында ғылыми басылымдардың саны күн санап артуда. Адам тіршілігінің түрлі саласына наноматериалдарды енгізудің болашағының ауқымдығы соншалық, көптеген зерттеушілер бұл құбылысты жаңа ғылыми-техникалық революция деп атауға келтіріп отыр.

Нанотехнологияның жылдам дамуына және өткізілетін жұмыстардың координациясы үшін көптеген өндірістік дамыған елдерде арнайы бағдарламалар белгіленген, ол зерттеулердің келешекті бағыттарын және қолданбалы өңдеулерін, алынған нәтижелерді қолдану аясын, жұмыстың орындалу уақытын және негізгі қаржыландыру принциптерін анықтайды.

2000 ж АҚШ-да «Ұлттық нанотехнологиялық инициатива» деп аталатын ұзақ мерзімді бағдарлама қабылданды, бұл бағдарламаға сәйкес, ғылым мен техниканың жоғары ретті дамуына жатқызылған, нанотехнология аясындағы зерттеулер материалдар өндірісіндегі түбегейлі өзгерістерге алып келуі тиіс, атап өтер болсақ, электроникада, космонавтикада, биология және медицинада, энергетикада, қоршаған ортаны қорғау және т. б. Осыған ұқсас бағдарламалар сонымен қатар Жапонияда, Қытайда, Оңтүстік Кореяда, көптеген еуропалық елдерде қабылданған.

Ресейде 2007 ж наноиндустрияның дамуының негізгі мақсаттарын және оның шешімі мен күтілетін нәтижелерін анық анықтайтын «Наноиндустрияның дамуының стратегиясы» деп аталатын президенттік жоспар жарияланды. Бұл құжатта «әлем нанотехнология саласындағы ғылымның ашылулары және тәжірибелік қолданысының жетістіктерінің дамыған жаңа жолына түсуде» және «Ресей әлемдік рынокқа сәйкес қалыптасқан инновациялық проекттер және ашылулардың іске асуы мен жетілуінде маңызды орынды алу керек» деп белгіленген. Ал нанотехнологиялық енгізулермен байланысты болашақ жетістіктердің қатарындағы «жаңа басқару жүйелері, жеңіл және берік конструкциялық материалдар барлық түрдегі ұшқыш аппараттардың, бірінші кезекте самолеттер мен космостық кемелердің бағасын және сенімділігін айтарлықтай арттырады» деп көрсетіледі.

Президенттік жоспарды іске асыру үшін «2015 жылға дейін Ресей Федерациясында наноиндустрияны дамыту бағдарламасы» жасалып, ол 2008 жылдың ақпанында РФ Басшылығының қолдауына ие болды. Федералды мақсатты бағдарлама «Ресей Федерациясындағы 2008-2010 жылдардағы наноиндустрияның инфрақұрылымының дамуы» деп аталды. Екі бағдарлама да космостық салаға наноматериалдар мен нанотехнологияны енгізу жолдарын қарастырады. Сонымен қатар бұл мақсат «Ресейдің 2006-2015 жылдарға арналған Федералды космостық бағдарламасы» арқылы да жүзеге асуда.

Космостық сала дәстүрлі түрде көптеген ғылым салаларының ең жақсы ғылыми-техникалық жетістіктерін интеграциялайды: материалтану, электроника, биология, медицина және т. б. Космостық техниканы тасымалдаудың экстремалды эксплуотациялық шарттарын ескере отырып олардың негізінде бірегей қасиетке ие материалдар мен бұйымдар жасалады. «Космостық технология» сөз тіркесін бірегей техникалық және өндірістік бұйымдарды сипаттауда қолдану бекер емес. Осылайша, наноматериалдар мен наотехнологияны космостық технологияда пайдалану келешегін қарастыра отырып, назарға тек қана арнайы өңдеу жолдарын ғана алмай, космостық салада сұранысқа ие болатын, нанотехнология саласындағы жаңа ойлар мен жетістіктерді ескерген жөн.

Жоғарыда нанотехнологияның пәнаралық сипаты аталып кетті. Осыған орай, аталған саладағы жұмыстардың сәтті іске асуына себеп болатын маңызды мақсат, ол қажетті кешенді білімі және тәжірибелік қабілеті бар мамандарды дайындау. Бұл мақсатты іске асыру үшін 2007 жылдың аяғында Ресей Федерацясының білім беру жүйесіндегі нанотехнология саласында дамыту бағдарлама концепциясы жасалды. Бұл концепцияның іске асуында маңызды ролді В. А. Садовнич ректорның басқаруымен М. В. Ломоносов атындағы Мәскеу мемлекеттік университетінің оқытушылар және ғалымдар құрамы атқарды.

Мамандар дайындауда профессорлық-оқытушылық құрамы мен көптеген дисциплиналарымен, заманауи жетілген зерттеу базасымен ерекшеленетін ірі классикалық университеттерде нанотехнология саласындағы мамандарды дайындау үшін анағұрлым қолайлы жағдай жасауға болады. М. В. Ломоносов атындағы Мәскеу мемлекеттік университеті әлбетте бұл университеттердің қатарына кіреді.

Мәскеу мемлекеттік университетінде нанотехнология бойынша ғылыми орталық құрылды. Д. В. Скобельцын атындағы ядролы физика ғылыми-зерттеу институтының специалисттері және Физикалық факультеттің кафедраларының мұғалімдер құрамымен бұл орталыққа қарасты космостық техника наноматериалдарын зерттейтін зертхана құрылды. Зертхана қабырғасында сәйкес саланың жетекші мамандары дайындалып, космостық сала жұмысшылары дайындықтан өте алады.

Бұл оқыту құралы осы бағыт жолындағы білім беру жоспарын іске асыру үшін дайындалған. Әдістемелік құралда нанотехнологияның физикалық негіздері, наноматериалдардың маңызды түрлері, оларды алу және зерттеу жолдары, космостық ортада материалдардың тасымалдануы мен космостық техникаға қатысты шарттар, космостық техниканың дәстүрлі материалдарымен салыстырғанда наноматериалдардың артықшылықтары, белгілі бағдарламалар мен космостық техникаға наноматериалдарды енгізудің болашағы көрсетілген.

Бұл құрал жоғары оқу орындарының студенттері мен аспиранттарына арналған, және ғылым мен техниканың жаңа бағытына өндірістің жұмысшыларын дайындауда да пайдалынады.

Вирустардың өлшемдері нано- және микродиапазондар шекарасында жатады. Кейбір классификацияларда өлшемдері 0, 1-1 мкм болатын шекті облыстарды өзіндік субмикронды диапазон ретінде қарастырады. Бактериялар мен эритроциттер нанометр бірліктерімен өлшенеді, ал тірі жасушалар өлшемдері 100 мкм және одан асады. Микронысандар тобына түскен көлденең өлшемді адамның шашы диаметрі бірнеше нанометр болатын көміртек нанотүтікшелерімен салыстарғанды айтарлықтай үлкен көрінеді.

Өлшемдер диапазоны

Нысандар

Өлшемі, бірліктер

Өлшемдер диапазоны:

Микро

10 ^-1 -10 ³ мкм

Нысандар:

Автоқалам дөңгелекшесі

Адамның шашы

Тірі жасушалар

Эритроциттер

Бактериялар

вирустар

Өлшемі, бірліктер:

Мкм

500-1000

50-100

1-100

5-8

0, 5-10

0, 02-0, 3

Өлшемдер диапазоны:

Нано

1-100 нм

Нысандар:

Микросхемалардың топологиялық элементтері

Ақуыздар(протеиндер)

УНТ көпқабатты

Кванттық нүктелер

Жасушалық мембрана

УНТ бірқабатты

ДНҚ спиралі:

Қадам

Диаметр

Өлшемі, бірліктер:

Нм

50-100

4-50

5-25

5-15

7-10

1-5

3, 4

2, 0

Өлшемдер диапазоны:

1 нм-ден кем

Қарапайым молекулалар мен атомдар

Нысандар:

Фуллерен С ₆₀

N ₂

H ₂ O

Өлшемі, бірліктер:

Нм

0, 71

0, 34

0, 28

0, 25

0, 24

Шаштың өсу жылдамдығы секундына 10 нм құрайды. Бізгі белгілі автоқалам дөңгелекшесінің диаметрі 0, 7-0, 8 мм болады.

Диаметрі 1 мм-ден көп болатын бөлшектер макронысаналарға жатқызылады. Макро- және микродиапазондарды бөлетін шекті өлшем жер шарына жақын космос кеңістігінде кездесетін метеорлы бөлшектер мен техногенді бөлшектерді классификациялағанда қолданылады.

$C:\Users\админ\Pictures\Screenshots\Снимок экрана (60).png$ Нанонысандардың классификациясын және олардың көршілес өлшемді дипазондарға қатысты нысаналар арасындағы орнын қарастыруды аяқтай отырып, өлшем нысаналар қасиетін сипаттайтын соңғы белгі емес екеніне көз жеткізуге болады. Нысаналардың өлшемі өзгерген кезде олардың құрамындағы элементтердің де саны өзгереді, яғни осы нысандардың қатысумен жүретін әр түрлі физикалық процесстер жүру уақытының сипаты мен күрделілігі де өзгереді.

1. 6 сурет. Нысан сипаттамаларының

өзара байланысы

Осындай өзара байланыстар 1. 6 суретте келтірілген. Бұл суретте нысана орналасуы гипотетикалық «өлшем-уақыт-күрделілік» деп аталатын үш өлшемді кеңістікте R радиус-вектормен сипатталған. Суреттелген кеңістік күрделілік дәрежесі брйынша атомдардан микронысандарға дейінгі құрылымдарды қамтиды, және өлшем диапазондары мен горизонтальді остьердегі уақыттарды анықтайды.

1. 2. Өлшемдік эффекттердің наноматериалдар қасиеттеріне әсері

Балқу температурасы

Наноқұрылымданған материалдар қасиеттеріне дәндер өлшемдерінің әсер етуінің ең бір анық көрінісі - олардың балқу процесінің өзгеруі болып табылады.

Алдынғы бөлімдегі көріністер негізінде нанобөлшекті беттік қабат пен ішкі ядродан тұратын нысан ретінде қарастыратын боламыз. Қатты бөлшекте атомдар нығыздалып буылған, және олардың тепе-теңдік күйден ауытқуы өте аз болады. Қыздырған кезде атомдар бөлшектері қосымша энергия алады, соның нәтижесінде олардың тербеліс амплитудасы өседі. Балқу атом ығысуының орташа квадратты <x ² > белгілі бір мәніне жеткен кезде басталады деп есептеуге болады. Үстіңгі қабатта орналасқан атомдар белсенді түрде тербеледі, бұл олардың олардың жанында көп атом болмауының және олардың қозғалысы ядро атомдарымен салыстырғанда көп шектелмеуі себебінен. Сондықтан бірінші элемент үшін бөлшек-беттік қабат-балқу екінші элемент ядроға (Т ₂ ) қарағанда өте төмен температурада (Т ₁ ) басталуы керек. Бұл эффект 1. 7-суретте көрсетілген, мұнда 1-қисық беттік қабатқа, 2-қисық ядроға сәйкес келеді.

$C:\Users\админ\Pictures\Screenshots\Снимок экрана (61).png$

1. 7 сурет. Атомның беттік қабаты (1) және

нанобөлшек ядросы (2) үшін оның

температурасынан тәуелділігі <x ² >

Мұндай қарапайым модель тәжірибелік түрде бақыланатын және күрделі модельдер шегінде расталатын наноматериалдың балқуының ерекшеліктерін түсінуге мүмкіндік береді. Белгілі бір температура диапазонында (1. 7-суретте Т ₁ мен Т ₂ аралығында) нанобөлшек материалының бір уақытта сұйық және қатты күйде болатынын айтуға болады (ядро әлі балқымай тұрып, беттік қабатта балқу басталады) .

Қарастырылған эффект нанобөлшектердің балқу температурасының олардың өлшеміне тәуелділігін тудырады. Ол 1. 8-суретте көрсетілген. Бөлшектің өлшемінің кемуімен балқу температурасы жайлап төмендейді (1. 1 кестеде көрсетілген 10 ⁴ атомдар құрайтын диаметрі 10 нм болатын нанобөлшек үшін ол көлемді материалдың балқу температурасына жақындайды), кейін бірден төмендейді. 1. 8 және 1. 1б суреттерді салыстырып қарастырғанда, балқу температурасының мұндай өзгерісі бөлшек өлшемінен беттік атомдардың үлесіне тәуелділігімен жақсы түзейді. Осындай тәуелділік басқа да металдарға тән.

Жоғары амплитудамен тербеліс жасай алатын беттік қабаттың атомдары санын өскен сайын дәнектердің өлшемін 5-15 нм-ге дейін түсіргенде нанокристалдық материалдардың жылусыйымдылығының өсуі байқалады.

$C:\Users\админ\Pictures\Screenshots\Снимок экрана (62).png$

1. 8 сурет. Au нанобөлшектерінің балқу

температурасының Т _б олардың диаметрінен

d тәуелділігі

Механикалық қасиеттері

Материалдардың қолданылуы мен өңделуінің ерекшеліктерін анықтайтын маңызды механикалық сипаттамалары: беріктік - қосылған механикалық жүктемелерді бұзбай ұстап тұра алу қабілеті, серпімділік - жүктемелер әсерінен қайтымсыз деформациялану қабілеті, және қаттылық - оған қатты эталондық метариалды енгізген кезде материалдың қарсылығымен сипатталады.

Жалпы алғанда наноматериалдар қарапайым көлемдік материалдарға қарағанда жоғары механикалық сипаттамаларға ие болады. Бұл наноөлшемді дәнектердің бетінде болатын атомдар арасындағы өзара әрекеттесу күштерімен, осындай дәнектердегі құрылымдық дефекттердің аз мөлшерңмен, және жоғарыда айтылып өткен дислокациялар - өлшемдері тор парметрлерінен айтарлықтай жоғары болатын кристалдық құрылымның бұзылу облысы дислокацияларының таралуы үшін бөлім шекарасымен пайда болатын кедергілермен түсіндіріледі.

$C:\Users\админ\Pictures\Screenshots\Снимок экрана (63).png$

1. 9 сурет. Материалдардың беріктігі (қаттылығы) мен серпімділігі арасындағы сапалық байланыс (а) және әр түрлі болаттардың механикалық параметрлері арасындағы қатынас (б) : 1- аса берік; 2- төмен көміртекті; 3- нанокристалды.

Наноқұрылымданған материалдардың ірі түйірлі материалдардан артықшылықтары материалдардың беріктігі (қаттылығы) мен серпімділігі арасындағы қатынасын көрсететін 1. 9а суретте көрсетілген.

Наноматериалдар үшін барлық параметрлердің жақсаруы байқалады. 1. 9б сурет әр түрлі маркалардағы болат үлгілерінің механикалық параметрлері арасындағы сандық қатынасты көрсетеді. Бұл жерде абсцисса осі бойынша бұзылуға дейінгі үлгілердің салыстырмалы ұзару мәндері, ал ордината осі бойынша гипапаскаль (1 ГПа=10 ⁹ Па, 1 Па=1Н*м ^-2 ) бойынша есептелетін беріктіктің шекті мәндері кейінге қалдырылады.

Түйір өлшемінің нанодиапазонға ауысуы кезіндегі қаттылық шамасының өсуі металлдар үшін 500-600%-ға дейін жетеді, ал морт сынғыш материалдар үшін, мысалы керамика үшін 200-300% болады. Қалыңдығы нанодипазонда жататын, яғни 2D-объекттен тұратын әр түрлі құрамдағы кезектесетін қабатшалардан тұратын кейбір көпқабатты материалдар өте жоғары қаттылыққа ие болады. Өте жоғары қаттылық көрші қабаттардың кристаллдық құрылымдарының сәйкес келмеуінің есебінен іске асады, яғни бұл қабаттар арасындағы дислокациялардың орын ауысуына жол бермейді. 1. 10 суретте TiN/NbN пленкаларынан тұратын көпқабатты құрылым қаттылығының көрсетілген екі пленка қалыңдығының қосындысына тең болатын құрылым периодынан тәуелділігі келтірілген. Бұл жерде қаттылық ГПа-мен берілген, бірақ бұл жағдайда қойылатын күш белгілі өлшемде болатын алмаз пирамида түріндегі индентор деп аталатын зерттелетін материалда қалдырылған таңбалық аумағына бөлінеді.

Алайда кейбір балқымалар үшін түйірлердің өлшемі өте аз (5-10 нм) болған кезде қаттылықтың төмендеуі байқалады. Бұл балқыма ішіндегі түйірлердің шекарасы бұзылуымен және оның наноқұрылымданған материалдан аморфты материалға айналуымен түсіндіріледі.

Наноқұрылымданған материалдардың басқа да механикалық қасиеттері құрылым элементтерінің орналасуы мен өзара бағдарлануына қатты тәуелді болып келеді. Бұл реттілік деп аталатын сипаттама мәліметтері 5-бөлімде келтірілген нанокомпозиттер үшін өте маңызды болып табылады.

$C:\Users\админ\Pictures\Screenshots\Снимок экрана (64).png$ Қорыта келгенде, әр түрлі жолдармен дайындалған әр түрлі құрамдағы наноматериалдардың механикалық қасиеттерін одан әрі қарай мұқият оқу қажеттілігі туындайды.

1. 10 сурет. Көпқабатты құрылымның

оның периодынан l тәуелділігі

Химиялық қасиеттері

Өте аз өлшемдегі жеке нанобөлшектердің химиялық қасиеттеріне бөлшектердің химиялық реакцияға түсу қабілетіне тәуелді электрондық құрылымының ерекшеліктерімен байланысты квантоөлшемді эффекттер әсер етуі мүмкін. Мысалы, 10-30 атомдарды құрайтын кішкене металл кластерлері үшін газдық орталары бар кластерлердің реакция жылдамдығының монотонды емес кластердегі атом санынан тәуелділіктері алынды. Бұл кластерлердің электрондық құрылымының олардың реакциялық қабілеттілігіне әсерінің дәлелі болып табылады.

Ірі нанобөлшектер үшін реакциялық қабілеттілік беттік қабаттағы атомдардың санына тәуелді болады. Осыған байланысты негізгі жағдайда химиялық белсенді емес деп саналатын кейбір заттардың нанобөлшектері жоғары реакциялық қабілеттілік көрсетеді. Мысалы, Au-ның 3-5 нм өлшемді нанобөлшектері айқын каталитикалық белсенділік көрсетеді. Осындай мәліметтер Pt бөлшектері үшін де алынған.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.