Металл нанобөлшектерінің құрылымдық ерекшеліктері мен электрлік қасиеттерін зерттеу
КІРІСПЕ
1.БАСТЫ БӨЛІМ
1.1 Металл нанобөлшектері туралы жалпы мәлімет
1.2 Металл нанобөлшектерінің жіктелуі
1.3 Мыс металлының құрылымдық ерекшеліктері мен қасиеттері
1.4 Мыстың бір және екі валентті қосылыстары
2. ТӘЖІРИБЕ МЕТОДИКАСЫ
2.1 Мыс нанобөлшектері
2.2Мыстың нанобөлшектерінің физикалық.химия сипаттамасы және мыс оксидінің нанобөлшектері
2.3 Нанобөлшектермен зарядталған ауа тозаңының негiзiнде үш өлшемдi нано құрылымдардың алуын жаңа әдiс
2.4 Графенаның қабаттарымен мыс нанобөлшектерін тұрақтандыру
2.5 СО2 мыс . алтын набөлшектері отынға айналуы
2.6 Мыс оксидінің наноөлшемді синтезі
3. НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1 Мыс оксидінің нанобөлшектерін мыс тұзынын бастапқы қоспалармен алу
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
1.БАСТЫ БӨЛІМ
1.1 Металл нанобөлшектері туралы жалпы мәлімет
1.2 Металл нанобөлшектерінің жіктелуі
1.3 Мыс металлының құрылымдық ерекшеліктері мен қасиеттері
1.4 Мыстың бір және екі валентті қосылыстары
2. ТӘЖІРИБЕ МЕТОДИКАСЫ
2.1 Мыс нанобөлшектері
2.2Мыстың нанобөлшектерінің физикалық.химия сипаттамасы және мыс оксидінің нанобөлшектері
2.3 Нанобөлшектермен зарядталған ауа тозаңының негiзiнде үш өлшемдi нано құрылымдардың алуын жаңа әдiс
2.4 Графенаның қабаттарымен мыс нанобөлшектерін тұрақтандыру
2.5 СО2 мыс . алтын набөлшектері отынға айналуы
2.6 Мыс оксидінің наноөлшемді синтезі
3. НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1 Мыс оксидінің нанобөлшектерін мыс тұзынын бастапқы қоспалармен алу
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Зерттеу жұмысының өзектілігі:1974 жылы «Нанобөлшектер» терминін ең алғаш жапондық ғалым Нарио Танигучи ұсынған болатын. Жеке атомдардың манипуляциясы көмегімен жаңа объектілер және материалдар жасауға болатынын жариялады. Нанометр – бір метрдің бір миллиард бөлшегі (10-9).
Тіршілікпен қоғам пайда болғаннан бастап, адамзат өзінің өмірін жақсартуға, жеделдетуге тырысты. Алғашқы қауымдық құрылыс кезінде олар түрлі еңбек құралдарды пайдалана білді, уақыт өте келе адамзатқа пайдасы келетін жан-жануарларды қолға үйретті.
Тақырыпты бастамас бұрын ғылымның тарихына көз тастасақ, адамзат қоғамында көптеген революциялық өзгерістердің адамдардың көне идеяға жармасып, жаңа информацияны қабылдаудан бастарту қиындықтармен байланысты болғанын көрген болар едік. Солай батыс өркениеті жүз жылдар бойы жерді жазық деп келді. Бұл ақиқатқа жақын болмаса да, адамдардың карта қолдануына және онымен бағытұстауына кедергі болған жоқ. Галилейдің және басқа да ғалымдардың осы мәселе жөніндегі тұжырымдамалары оларға қымбатқа түсті. Соның ішінде Джордано Бруноны «діннен азған» деп, католик шіркеуінің әмірімен отқа жақты. Сонымен қоғамға бұл фактіні мойындау үшін 200 жылдай керек болды.
Солай 200 жыл бойы ең кішкентай шама атом екендігіне ешкімнің күмәні болмады. XX ғасырда ғылым ең кішкентай элементар бөлшектерді (электрон, протон, нейтрон) ашып, бұл барлық әлемнің негізгі түсініктерін өзгертті. Барлық ғылымның негізінің негізі Аристотель постулаты - объект бір мезгілде «А» немесе «А емес» болуы мүмкін емес дегенімен, ол жарықтың бірмезгілде бөлшектер ағыны және толқын болатындығын түсіндіре алмады.
Ньютон механикасы әлемнің барлық заңдылықтарын мінсіз түсіндіретін болғанды және салыстырмалы теорияның тууына еш себеп жоқ еді. Бірақ бұл теорияның ашылуы ғылымның түбірлі өзгерісіне әкелді.
Мыс және тағы басқа түсті металдар металлургиясы отандық түсті металлургияның жүргізуші буыны болып табылады. Қазақстандағы ауыр түсті металдар еншісіне
Іс жүзіндегі өнеркәсіптің жаңа бағытта дамуындағы өркендеуі одан әрі тусті металдарды, оның ішінде мысты пайдалану және өндіруді күшейтуді көздейді. Соңғы жылдар шикізат шарттары кешенділігін күшейту, механикаландырылған және автоматтандырылған үздіксіз өндіріс құрумен, металлургтердің санитарлы гигиеналық еңбек жағдайын жақсарту және арттырумен, қоршаған ортаға зиянды қалдықтарды лақтыруды азайтумен айқындалады.
Қазіргі кезде шикізаттан мысты өндіру кезінде 12 ден аса құраушылар алынуда. Мысты негізінде полиметалды кендер сульфидтерінен алады. Бұл флотацияны байытуға ұсыныстардың күшеюін алдын ала анықтайды.
Тіршілікпен қоғам пайда болғаннан бастап, адамзат өзінің өмірін жақсартуға, жеделдетуге тырысты. Алғашқы қауымдық құрылыс кезінде олар түрлі еңбек құралдарды пайдалана білді, уақыт өте келе адамзатқа пайдасы келетін жан-жануарларды қолға үйретті.
Тақырыпты бастамас бұрын ғылымның тарихына көз тастасақ, адамзат қоғамында көптеген революциялық өзгерістердің адамдардың көне идеяға жармасып, жаңа информацияны қабылдаудан бастарту қиындықтармен байланысты болғанын көрген болар едік. Солай батыс өркениеті жүз жылдар бойы жерді жазық деп келді. Бұл ақиқатқа жақын болмаса да, адамдардың карта қолдануына және онымен бағытұстауына кедергі болған жоқ. Галилейдің және басқа да ғалымдардың осы мәселе жөніндегі тұжырымдамалары оларға қымбатқа түсті. Соның ішінде Джордано Бруноны «діннен азған» деп, католик шіркеуінің әмірімен отқа жақты. Сонымен қоғамға бұл фактіні мойындау үшін 200 жылдай керек болды.
Солай 200 жыл бойы ең кішкентай шама атом екендігіне ешкімнің күмәні болмады. XX ғасырда ғылым ең кішкентай элементар бөлшектерді (электрон, протон, нейтрон) ашып, бұл барлық әлемнің негізгі түсініктерін өзгертті. Барлық ғылымның негізінің негізі Аристотель постулаты - объект бір мезгілде «А» немесе «А емес» болуы мүмкін емес дегенімен, ол жарықтың бірмезгілде бөлшектер ағыны және толқын болатындығын түсіндіре алмады.
Ньютон механикасы әлемнің барлық заңдылықтарын мінсіз түсіндіретін болғанды және салыстырмалы теорияның тууына еш себеп жоқ еді. Бірақ бұл теорияның ашылуы ғылымның түбірлі өзгерісіне әкелді.
Мыс және тағы басқа түсті металдар металлургиясы отандық түсті металлургияның жүргізуші буыны болып табылады. Қазақстандағы ауыр түсті металдар еншісіне
Іс жүзіндегі өнеркәсіптің жаңа бағытта дамуындағы өркендеуі одан әрі тусті металдарды, оның ішінде мысты пайдалану және өндіруді күшейтуді көздейді. Соңғы жылдар шикізат шарттары кешенділігін күшейту, механикаландырылған және автоматтандырылған үздіксіз өндіріс құрумен, металлургтердің санитарлы гигиеналық еңбек жағдайын жақсарту және арттырумен, қоршаған ортаға зиянды қалдықтарды лақтыруды азайтумен айқындалады.
Қазіргі кезде шикізаттан мысты өндіру кезінде 12 ден аса құраушылар алынуда. Мысты негізінде полиметалды кендер сульфидтерінен алады. Бұл флотацияны байытуға ұсыныстардың күшеюін алдын ала анықтайды.
1. Крутиков Ю.А., Кудринский А.А., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства нанобөлшек серебра: достижения и перспективы. Успехи химии, 2008, Т.77, С.242-270.
2. Ершов Б.Г. Нанобөлшектері металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева) 2001. Т. 45, С.20-30.
3. Ершов Б.Г. Наночастицы металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства.Рос.хим.ж.(Ж.Рос.хим.об-ва им.Д.И.Менделеева) 2001.Т.45, С. 20-30.
4. Сергеев Г.Б. Нанохимия металлов. Успехи химии, 2001, Т. 70, С. 905-933.
5. Schmid G.Chem.Rev.1992, V.92, P.1709.
6. Evanoff Jr D.D., Chumanov G.Chem.Phys.Chem.2005, v.6, p.1221.
7. Creighton J.A., Blatchford C.G., Albrecht M.G., Chem J.Soc.Faraday Trans.1979, v.75, p.790.
8. Lee P.C., Meisel D., Phys J.Chem.1982, v.86, p.339.
9. Van Hyning D.L., Zukoski C.F.Langmuir, 2001, v.17, p.3120.
10. Brust M., Walker M., Schiffrin D.J., Whymann R.Chem J.Soc.Chem.Commun. 1984, p.801.
11. Бердашкевич А.П. Законодательная и бюджетная поддержка нанотехнологий // ЭКО. – 2008. - №4. – С.128-139.
12. Богданов К. Нанотехнологии: когда размер имеет значение // Квант. – 2008. - №3. – С. 6-13.
13. Возняковский А. Композиты на наноуглеродах // Техника-молодежи. – 2007. - №11. – С. 5-7.
14. Геворкян Э. Нанореволюция: проклятие или благословение // Наука и религия. – 2007. - №12. – С. 4-6.
15. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику.-М., 2007.-496с.
16. Горохов В. Социальные проблемы нанотехнолгиии // Высшее образование в России. – 2008. - №3. – С. 84-99.
17. Горохов В., Сидоренко А. Нанотехнонаука: взаимное влияние фундаментальных теорий,
18. современного эксперимента и новейших технологий // Высшее образование в России. – 2008. - № 2.10. – С. 130-144.
19. Гуляев Ю. Стандарты информационных и нанотехнологий: проблемы и решения // Проблемы теории и практики управления. – 2008. - №10. –С. 8-17.
20. Давидьянц А. Человечество на пороге НТР. Не проспать бы // Инженер. – 2005. - №2. – С. 18-21.
21. Езепова, Е.В. Нанотехнологии в создании нового продукта //Маркетинг в России и за рубежом. - 2006. - № 5. - С. 9-12.
22. Каблов, Е.Н. Нанотехнологии - основа создания авиакосмических материалов XXI века // Инновации. - 2007. - № 12. - С. 67-70.
23. Ковальчук, М.В. Нанотехнологии и научный прогресс / М.В. Ковальчук //Философские науки. - 2008. - № 1. - С. 28-32.
24. Ковальчук М. У наномира своя философия // Огонек. – 2008. - № 50. – С. 44-47.
25. Козырев, С.В. Нанотехнологии в современном мире / С.В. Козырев // Инновации. - 2007. - №11. - С. 72-75.
26. Макушин, М. Становление многорукого бога. Обзор финансирования работ по нанотехнологии
27. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - 2003. - № 4. - С. 70-75.
28. Мельников А. Каждой клетке по таблетке // Природа и человек. – 2007. - №11. – С. 14-15.
29. Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника. Мировые достижения за 2005 г. – М., 2006. – 152с.
30. Нанотехнологии - от теории к практическому применению //Инновации. - 2007. - № 12. - С. 79-83.
31. Остапюк С. Программно-целевое развитие наноиндустрии в Р
32. Пахомов, С. Нанотехнологии на службе Intel / С. Пахомов // Компьютер Пресс. - 2005. - № 4. - С. 152-159.
33. Пул Ч. Нанотехнологии: уч. пособие. – М., 2006. – 336с.
34. Решетов В. Нанотехнологии или Атомы вместо гвоздей // Вокруг света. – 2007. - №4. – С. 84-92.
35. Свидиненко, Ю. Безопасные нанотехнологии / Ю. Свидиненко // Компьютерра. - 2004. - № 25. - С. 31-35.
36. Свидиненко, Ю. Нанотехнологии в нашей жизни: Технологии XXI века // Наука и жизнь. - 2005. - № 7. - С. 2-6.
37. Свидиненко, Ю. Нанотехнологии сегодня / Ю. Свидиненко // Компьютерра. - 2004. - № 25. - С.
38. Севрюков-Кистерев М., Болгова Н. Всемогущие «карлики» // Смена. – 2007. - №9. – С. 62-65.
39. Смыков И.Т., Гудков С.А. К вопросу о пищевых нанотехнологиях // Пищевая
40. промышленность. – 2006. -№ 7. – С. 28-32.
41. Суэтин А. 2006 год: мир сегодня и завтра // Вопросы экономики. – 2006. - №4. – С. 90-104.
42. Тихомиров В. Президент сказал «нано» // Огонек. – 2007. – № 18. – С. 20-22.
43. Чумаченко, Б. Нанотехнологии - ключевой приоритет обозримого будущего // Проблемы
44. теории и практики управления. - 2001.- № 5. - С. 71-75.
45. Шольце, С. Нанотехнологии: трезвый взгляд
46. Journal of Colloid and Interface Science, Volume 289, Issue 2, 15 September 2005, Pages 402-409.
47. Michael Z. Hu, Clay E. Easterly. A Novel Thermal Electrochemical Synthesis Method for Production of Stable Colloids of “Naked” Metal (Ag) Nanocrystals. Materials Science and Engineering: C, In Press, Accepted Manuscript, Available online 26 January 2009.
48. M.Z. Kassaee, A. Akhavan, N. Sheikh, R. Beteshobabrud. γ-Ray synthesis of starch-stabilized silver nanoparticles with antibacterial activities. Radiation Physics and Chemistry, Volume 77, Issue 9, September 2008, Pages 1074-1078.
49. Aleksandra N. Krklješ, Milena T. Marinović-Cincović, Zorica M. Kacarevic-Popovic, Jovan M. Nedeljković. Impregnation of silver nanoparticles into bacterial cellulose for antimicrobial wound dressing. Carbohydrate Polymers, Volume 72, Issue 1, 3 April 2008, Pages 43-51.
50. Крутиков, Кудринский А.А., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы. Успехи химии, 2008, Т.77, С.242-270.
2. Ершов Б.Г. Нанобөлшектері металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева) 2001. Т. 45, С.20-30.
3. Ершов Б.Г. Наночастицы металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства.Рос.хим.ж.(Ж.Рос.хим.об-ва им.Д.И.Менделеева) 2001.Т.45, С. 20-30.
4. Сергеев Г.Б. Нанохимия металлов. Успехи химии, 2001, Т. 70, С. 905-933.
5. Schmid G.Chem.Rev.1992, V.92, P.1709.
6. Evanoff Jr D.D., Chumanov G.Chem.Phys.Chem.2005, v.6, p.1221.
7. Creighton J.A., Blatchford C.G., Albrecht M.G., Chem J.Soc.Faraday Trans.1979, v.75, p.790.
8. Lee P.C., Meisel D., Phys J.Chem.1982, v.86, p.339.
9. Van Hyning D.L., Zukoski C.F.Langmuir, 2001, v.17, p.3120.
10. Brust M., Walker M., Schiffrin D.J., Whymann R.Chem J.Soc.Chem.Commun. 1984, p.801.
11. Бердашкевич А.П. Законодательная и бюджетная поддержка нанотехнологий // ЭКО. – 2008. - №4. – С.128-139.
12. Богданов К. Нанотехнологии: когда размер имеет значение // Квант. – 2008. - №3. – С. 6-13.
13. Возняковский А. Композиты на наноуглеродах // Техника-молодежи. – 2007. - №11. – С. 5-7.
14. Геворкян Э. Нанореволюция: проклятие или благословение // Наука и религия. – 2007. - №12. – С. 4-6.
15. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику.-М., 2007.-496с.
16. Горохов В. Социальные проблемы нанотехнолгиии // Высшее образование в России. – 2008. - №3. – С. 84-99.
17. Горохов В., Сидоренко А. Нанотехнонаука: взаимное влияние фундаментальных теорий,
18. современного эксперимента и новейших технологий // Высшее образование в России. – 2008. - № 2.10. – С. 130-144.
19. Гуляев Ю. Стандарты информационных и нанотехнологий: проблемы и решения // Проблемы теории и практики управления. – 2008. - №10. –С. 8-17.
20. Давидьянц А. Человечество на пороге НТР. Не проспать бы // Инженер. – 2005. - №2. – С. 18-21.
21. Езепова, Е.В. Нанотехнологии в создании нового продукта //Маркетинг в России и за рубежом. - 2006. - № 5. - С. 9-12.
22. Каблов, Е.Н. Нанотехнологии - основа создания авиакосмических материалов XXI века // Инновации. - 2007. - № 12. - С. 67-70.
23. Ковальчук, М.В. Нанотехнологии и научный прогресс / М.В. Ковальчук //Философские науки. - 2008. - № 1. - С. 28-32.
24. Ковальчук М. У наномира своя философия // Огонек. – 2008. - № 50. – С. 44-47.
25. Козырев, С.В. Нанотехнологии в современном мире / С.В. Козырев // Инновации. - 2007. - №11. - С. 72-75.
26. Макушин, М. Становление многорукого бога. Обзор финансирования работ по нанотехнологии
27. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - 2003. - № 4. - С. 70-75.
28. Мельников А. Каждой клетке по таблетке // Природа и человек. – 2007. - №11. – С. 14-15.
29. Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника. Мировые достижения за 2005 г. – М., 2006. – 152с.
30. Нанотехнологии - от теории к практическому применению //Инновации. - 2007. - № 12. - С. 79-83.
31. Остапюк С. Программно-целевое развитие наноиндустрии в Р
32. Пахомов, С. Нанотехнологии на службе Intel / С. Пахомов // Компьютер Пресс. - 2005. - № 4. - С. 152-159.
33. Пул Ч. Нанотехнологии: уч. пособие. – М., 2006. – 336с.
34. Решетов В. Нанотехнологии или Атомы вместо гвоздей // Вокруг света. – 2007. - №4. – С. 84-92.
35. Свидиненко, Ю. Безопасные нанотехнологии / Ю. Свидиненко // Компьютерра. - 2004. - № 25. - С. 31-35.
36. Свидиненко, Ю. Нанотехнологии в нашей жизни: Технологии XXI века // Наука и жизнь. - 2005. - № 7. - С. 2-6.
37. Свидиненко, Ю. Нанотехнологии сегодня / Ю. Свидиненко // Компьютерра. - 2004. - № 25. - С.
38. Севрюков-Кистерев М., Болгова Н. Всемогущие «карлики» // Смена. – 2007. - №9. – С. 62-65.
39. Смыков И.Т., Гудков С.А. К вопросу о пищевых нанотехнологиях // Пищевая
40. промышленность. – 2006. -№ 7. – С. 28-32.
41. Суэтин А. 2006 год: мир сегодня и завтра // Вопросы экономики. – 2006. - №4. – С. 90-104.
42. Тихомиров В. Президент сказал «нано» // Огонек. – 2007. – № 18. – С. 20-22.
43. Чумаченко, Б. Нанотехнологии - ключевой приоритет обозримого будущего // Проблемы
44. теории и практики управления. - 2001.- № 5. - С. 71-75.
45. Шольце, С. Нанотехнологии: трезвый взгляд
46. Journal of Colloid and Interface Science, Volume 289, Issue 2, 15 September 2005, Pages 402-409.
47. Michael Z. Hu, Clay E. Easterly. A Novel Thermal Electrochemical Synthesis Method for Production of Stable Colloids of “Naked” Metal (Ag) Nanocrystals. Materials Science and Engineering: C, In Press, Accepted Manuscript, Available online 26 January 2009.
48. M.Z. Kassaee, A. Akhavan, N. Sheikh, R. Beteshobabrud. γ-Ray synthesis of starch-stabilized silver nanoparticles with antibacterial activities. Radiation Physics and Chemistry, Volume 77, Issue 9, September 2008, Pages 1074-1078.
49. Aleksandra N. Krklješ, Milena T. Marinović-Cincović, Zorica M. Kacarevic-Popovic, Jovan M. Nedeljković. Impregnation of silver nanoparticles into bacterial cellulose for antimicrobial wound dressing. Carbohydrate Polymers, Volume 72, Issue 1, 3 April 2008, Pages 43-51.
50. Крутиков, Кудринский А.А., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы. Успехи химии, 2008, Т.77, С.242-270.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Металл нанобөлшектерінің құрылымдық ерекшеліктері мен электрлік
қасиеттерін зерттеу
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
- мамандығы
Алматы 2013
Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министрлігі
әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
Физика – техникалық факультеті
Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы
Қорғауға жіберілді
______ Кафедра меңгерушісі___________Приходько О.Ю.
Металл нанобөлшектерінің құрылымдық ерекшеліктері мен электрлік
қасиеттерін зерттеу
мамандығы бойынша
Орындаған
Ғылыми жетекшісі
ф.м.-ғ.к.
Норма бақылаушы
Тлеубаева И.С.
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР ТІЗІМІ
НТ – нанотүтіктер
ИҚ – инфрақызыл
НБ – нанобөлшектер
ЭМ – электронды микроскопия
ЭПР – электронды парамагнитті резонанс
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
1.БАСТЫ БӨЛІМ
1.1 Металл нанобөлшектері туралы жалпы мәлімет
1.2 Металл нанобөлшектерінің жіктелуі
1.3 Мыс металлының құрылымдық ерекшеліктері мен қасиеттері
1.4 Мыстың бір және екі валентті қосылыстары
2. ТӘЖІРИБЕ МЕТОДИКАСЫ
2.1 Мыс нанобөлшектері
2.2Мыстың нанобөлшектерінің физикалық-химия сипаттамасы және мыс
оксидінің нанобөлшектері
2.3 Нанобөлшектермен зарядталған ауа тозаңының негiзiнде үш өлшемдi нано
құрылымдардың алуын жаңа әдiс
2.4 Графенаның қабаттарымен мыс нанобөлшектерін тұрақтандыру
2.5 СО2 мыс - алтын набөлшектері отынға айналуы
2.6 Мыс оксидінің наноөлшемді синтезі
3. НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1 Мыс оксидінің нанобөлшектерін мыс тұзынын бастапқы қоспалармен алу
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Зерттеу жұмысының өзектілігі:1974 жылы Нанобөлшектер терминін ең
алғаш жапондық ғалым Нарио Танигучи ұсынған болатын. Жеке атомдардың
манипуляциясы көмегімен жаңа объектілер және материалдар жасауға болатынын
жариялады. Нанометр – бір метрдің бір миллиард бөлшегі (10-9).
Тіршілікпен қоғам пайда болғаннан бастап, адамзат өзінің өмірін жақсартуға,
жеделдетуге тырысты. Алғашқы қауымдық құрылыс кезінде олар түрлі еңбек
құралдарды пайдалана білді, уақыт өте келе адамзатқа пайдасы келетін жан-
жануарларды қолға үйретті.
Тақырыпты бастамас бұрын ғылымның тарихына көз тастасақ, адамзат
қоғамында көптеген революциялық өзгерістердің адамдардың көне идеяға
жармасып, жаңа информацияны қабылдаудан бастарту қиындықтармен байланысты
болғанын көрген болар едік. Солай батыс өркениеті жүз жылдар бойы жерді
жазық деп келді. Бұл ақиқатқа жақын болмаса да, адамдардың карта қолдануына
және онымен бағытұстауына кедергі болған жоқ. Галилейдің және басқа да
ғалымдардың осы мәселе жөніндегі тұжырымдамалары оларға қымбатқа түсті.
Соның ішінде Джордано Бруноны діннен азған деп, католик шіркеуінің
әмірімен отқа жақты. Сонымен қоғамға бұл фактіні мойындау үшін 200 жылдай
керек болды.
Солай 200 жыл бойы ең кішкентай шама атом екендігіне ешкімнің күмәні
болмады. XX ғасырда ғылым ең кішкентай элементар бөлшектерді (электрон,
протон, нейтрон) ашып, бұл барлық әлемнің негізгі түсініктерін өзгертті.
Барлық ғылымның негізінің негізі Аристотель постулаты - объект бір мезгілде
А немесе А емес болуы мүмкін емес дегенімен, ол жарықтың бірмезгілде
бөлшектер ағыны және толқын болатындығын түсіндіре алмады.
Ньютон механикасы әлемнің барлық заңдылықтарын мінсіз түсіндіретін болғанды
және салыстырмалы теорияның тууына еш себеп жоқ еді. Бірақ бұл теорияның
ашылуы ғылымның түбірлі өзгерісіне әкелді.
Мыс және тағы басқа түсті металдар металлургиясы отандық түсті
металлургияның жүргізуші буыны болып табылады. Қазақстандағы ауыр түсті
металдар еншісіне
Іс жүзіндегі өнеркәсіптің жаңа бағытта дамуындағы өркендеуі одан әрі
тусті металдарды, оның ішінде мысты пайдалану және өндіруді күшейтуді
көздейді. Соңғы жылдар шикізат шарттары кешенділігін күшейту,
механикаландырылған және автоматтандырылған үздіксіз өндіріс құрумен,
металлургтердің санитарлы гигиеналық еңбек жағдайын жақсарту және
арттырумен, қоршаған ортаға зиянды қалдықтарды лақтыруды азайтумен
айқындалады.
Қазіргі кезде шикізаттан мысты өндіру кезінде 12 ден аса құраушылар
алынуда. Мысты негізінде полиметалды кендер сульфидтерінен алады. Бұл
флотацияны байытуға ұсыныстардың күшеюін алдын ала анықтайды.
Шет елдерде және Қазақстанда мыстың негізгі мөлшері қалыпты
пирометаллургиялық әдіс бойынша алынады:
шлактау – конвертірлеу – рафинадтау. Гидрометаллургиянық әдістің бөлігі
12 – 16 пайыздан келеді.
Түсті металдарды пайдалану деңгейі бойынша мыс тек аллюминиге жол
береді. Мыс және оның қосылыстарының негізгі тұтынушылары мыналар болып
табылады:
– электрлі техника;
– электроника;
– машина жасау;
– көлік;
– тікұшақты техника;
– құрылыс материалдары;
– ауыл шаруашылығы.
Қазіргі таңда металлургиянық кәсіпорындар алдында тұрған тапсырма–
қалдықсыз технологияны құрастыру. Мыс қорыту зауыттары тәулік сайын
мыңдаған тонна кен және шоғырлар өндіріп, қайтаөндірілуші шикізат салмағына
жақын мөлшерде үйінді қождарын алады.
Нанотехнологияның метталл бөлшектерін игеру бізді кемел келешекке жеткізері
сөзссіз.
Осыған байланысты зерттеу жұмысымыздың мақсаты: Нанобөлшектердің жалпы
ғылымдағы қолданылу аясын сараптап оның бөлімдерін нақты түрде қарастыру
болмақ. Осы ретте біздің жұмысымыздың мақсатын мен маңыздылығын мына
төмендегі кестре арқылы көрсетсек үлкен дәлел болар еді:
Бұл кестеден тақырыбымыздың басты негізінің қаншалықты әлемдің
ғылымдағы орынға ие болып отырғанын көреміз.
Зерттеу жұмысының міндеттері: Зертеу жұмысының басты міндеттері
ретінде мынандай аспектілерді атаймыз;
• Тақырыбымыздың өзектілігінде көрсетілген критерилерді жан-жақты
тәжірбиелік және теориялық тұрғыда айқындап бір-бірімен салыстыру;
• Жұмыстың мақсатында аталынған басымдықтарды талдап, методологиялық
әдістермен дәлелдеу арқылы қол жеткізу;
Зерттеу жұмысының зерттелу деңгейі: Тақырыбымыз бойынша отандық
ғылымда зерттеу аясы бүгінгі таңдары өрістеп келеді. Шетелдік
ғалымдар да аз үлесін қосып жатқан жоқ. Отандық физика мен
жаратылыстану ғылымдарының іргетасы саналатын әл-Фараби атындағы
Қазақ Ұлттық Университеті де нанотехнологияның бөлшектерін зерттеуде
зор міндеттер атқарып келеді. Университетіміздің физик ғалымдары оның
теориялық-тәжірбиелік тұрғыдан қолданудың амалдарын жетілдіруге
қатысты конференциялар мен семинарлар жүргізгендігін атағымыз келеді.
2007-2008 жылдары отандық жоғары оқу орындарында инженерлік
бағыттағы 15 ғылыми зертхана құрылып, жұмыс істей бастады. Бұл салаға
республикалық бюджеттен азды-көпті қаражат та бөлінген. Алдағы 10-15
жылда нанотехнологиялық материалдарды қолдану тәсілімен шығарылатын
бұйымдардың көлемі триллион доллар болады деп күтілуде. Бүкіл әлем аса бір
құштарлықпен айналысып отырған нанотехнологияны дамытуды қолға алмағанды
айтпағанда, оның не екенін, пайдасы қандай болатындығын біз әлі күнге дейін
жетік білмейміз. Ресей мемлекеті нанотехнологияны дамытуға бір миллиард АҚШ
долларын бөліп, зертханалар ашуда. Біз олардан қалыспауымыз қажет.
Сол жылдан бастап еліміздің 10 алдыңғы қатарлы жоғары оқу орындарында
қазіргі талапқа сай жабдықтармен жабдықталған инженерлік
зертханалар ашылған болатын. Солардың қатарында Әл-Фараби атындағы қазақ
мемлекеттік университеті мен М.Х.Дулати атындағ ы Тараз мемлекеттік
университетіндегі Наноинженерлік зерттеу әдістері зертханасы. Әл-Фараби
атындағы қазақ мемлекеттік университетінде аты дүние жүзіне мәшһүр
профессор Г.А. Мун, Тараз мемлекеттік университетінде профессор И.И.
Бекбасаров басшылық жасайды. 2012 жылы Қ. Жұбанов атындағы Ақтөбе
мемлекеттік университетінде "Нанотехнологиялар" ғылыми зертханасы ашылды.
Тараз мемлекеттік университетінде бүгінгі күні электронды
микроскоптар мен рентгендік микроталдаулар жасалып, құрылыстық,
композициялық материалдарды, азық-түлік өнімдерін физикалық-химиялық
зерттеу әдістері жалғасын табуда.
Оқу орнына мемлекет тарапынан бөлінген қаражатқа жапондық JSM7500F
микроскопы алынды. Бір айта кетерлігі, мұндай микроскоп Қазақстанда екеу
ғана, оның екіншісі Республикалық ядролық физика ғылыми зерттеу
институтында. Бір жағынан мақтаныш болғанымен, бұл ретте аталған микроскоп
бүгінгі таңда алдыңғы қатарлы деп те айтуға болмайды. Өйткені, жапондарда
бұл жабдық ескірген болып есептеледі. Қазіргі уақытта дүние
жүзінде 1600 ғылыми-техникалық компаниялар мен фирмалар, зертханалар мен
орталықтар нанотехнологиялық зертте улермен айналысуда. Оның 28 пайызы АҚШ-
та, 24 пайызы Жапонияда, 10 пайызы Ұлыбританияда, 9 пайызыАлманияда, және 5
пайызы Австрияда екен. Франция, Италия, Қытай елдері 3 пайыздан, басқа
мемлекеттер, соның ішінде Ресей барлығы 14 пайызды құрайды. Ал, Қазақстан
сол он төрт пайыздың ішінде де жоқ. Осыдан-ақ елімізде бұл саланың дамуының
мән-жағдайын білуге болады.
Зерттеу жұмысының методологиялық базасы: Крутиков Ю.А., Кудринский
А.А., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства серебра: достижения и
перспективы атты еңбек жазып онда бірнеше технологиялық жаңа әдістерді
орындаған болатын. Олардың маңызы біздің жұмысымыз үшін де айтарлықтай
болды. Б.Г. Ершов Наночастицы металлов в водных растворах: электронные,
оптические и каталитические свойства атты еңбегінде технологияның химия
мен физика ғылымдарындағы классикалық методологияның әдістерін қолданды
атап айтсақ зондтты микроскопияның, зондтты спектрометрді және т.б. Г.Б.
Сергеев Нанохимия металлов атты еңбегінде химия мен физика ғылымдарына
ортақ пәнаралық әдіснамалардлы қолданғандығын атаймыз. Э. Геворкян
Нанореволюция: проклятие или благословение атты еңбегінде әдістердің
бірқатарын сынағанымен нанотехнолгияның өзгерістерін және жаңашылдығын
жоққа шығара алмады.
Зерттеу жұмысының құрылымы: Зерттеу жұмысымыз жоспар және кіріспе
бөлімі мен қорытынды мен пайдаланылған әдебиеттер бөлімінен тұрады.
1. БАСТЫ БӨЛІМ
1.1 Металл нанобөлшектері туралы жалпы мәлімет
Нано - зерттеулерiнiң нанометрлердегi өлшеуге қабылданған өлшемдерi
физикалық объектiсi .
Нанотехнология ретiнде жеке нано - объектiлермен, сол сияқты негiзге,
сонымен бiрге нано – деңгейіндегі процесстермен жұмыс істейді.
Наноматериалдарға негiзгi физикалық сипаттамаларындағы нанообъектісімен
ұсталатындарымен анықталған материалдарын жатады.
Наноматериалдар ықшам материалдарға бөлiседi және нанодисперсии;
бiрiншiге деп аталатын материал наноқұрылымдарға, яғни ондаған
нанометрлер құрылымы (облыс) топтау, бiрнеше нанометрлердiң бар өлшемдерiн
болып көрiнген элемент қайталайтын материалдар макроқұрам бойымен изотропты
кейде және аса; басқа сөзбен айтқанда, материал наноқұрылым
нанообъектлерді тiкелей түйiсетiн өзара тұрады. Өзгелiкке бұдан,
нанодисперсии (вакуум, газ, сұйықтық немесе қатты дене) дисперсиялаудың
ортасынан тұрады[1-56 б].
Дүниежүзiнiң ғалымдары ХХI ғасырда нанотехнологияға жаппай
бетбұрыс жасады. Ең үздiк техникалық жетiстiктерге қазiргi жағдайда тек
қана наноғылымының мүмкiндiктерi арқылы қол жеткiзуге болады. Наноғылымының
озық технологияларын игерiп, оны өндiрiсте қолдануда АҚШ, Қытай, Жапония,
Германия, Франция мемлекеттерiнiң ғылыми-өнеркәсiптiк кешендерi алдыңғы
лекке шықты. Озық технологияны солай өз ырғағымен, табиғи қарыштатып
дамытқан жетекшi елдер қазiрдiң өзiнде осы саладағы қарқынды даму
бағдарламаларын жүзеге асыруда.
Американдықтар тiптi нанотехнологияны дамытудың Ұлттық бастамасын
қабылдап үлгердi. Бiздiң елiмiзге жағрафиялық жағынан жақын орналасқан
Қытай 2000 жылдан бастап нанотехнологияның дамуына аса көп мөлшерде қаржы
жұмсайды. Қытайда қазiр осы бағытқа негiзделiнген қырық мыңға жуық
кәсiпорындар құрылған. Ресей мемлекетi осындай бағдарламаның жүзеге
асырылуына 13 миллиард АҚШ долларын жұмсауды белгiледi[2-69 б].
Қазақстанда наноғылымы мен нанотехнологияны дамыту үшiн 2007-2009
жылдарға арналып бағдарлама қабылданғаны белгiлi. Елiмiздiң Жер,
металлургия және байыту жөнiндегi ғылыми орталығы АҚ таратқан мәлiметтерге
қарағанда жоғарыда айтылған бағдарламаны орындау үшiн қаржыландырудың
барлық көздерi арқылы 230 миллион теңге бөлiнiптi.
Бұған ғылыми фантастикаға ден қойған бірқатар жаңашылдардың да
сенімсіздік танытары күмәнсіз. Мәселен, Scientifus Amerikaжурналының
болжамына сүйенсек, таяу арада көлемі почта маркасына тең медициналық
құрылғы жасалады екен. Соны жарақат алған жерге қойса жеткілікті, ол қанның
құрамын, қандай дәрі қажет екенін анықтап, сол дәрі-дәрмекті қанның
құрамына өзі жібереді. 2025 жылы дайын атомнан кез-келген затты құрастыруға
қабілетті алғашқы нанороботтар жасалмақшы. Ауыл шаруашылығында да
айтарлықтай өзгерістер болады: нанороботтар өсімдіктер мен жануарларды
алмастырып, азық-түлік өндіретін дәрежеге қол жеткізеді. Осыған
сәйкес экологиялық жағдай да жақсара түседі. Өнеркәсіптің жаңа түрлері
болашақта қалдық заттар шығармай, оның есесіне нанороботтар ескі
қалдықтарды жояды. Тәжірибе барысында анықталғандай,тоннельдеуші
микроскоптың бұрынғыларға қарағанда біршама артықшылықтары бар екен. Соның
көмегімен жекелеген атомдарды "көруді" былай қойғанда, соларға әсер ету
арқылы кез-келген кернеуді өзгертуге де мүмкіндік туады: қарапайым тілмен
айтсақ, тоннельдеуші микроскоптың көмегімен атомды "іліп" алуға және
қажетті жеріне қондыруға болады. Физиктердің атомдарды өз қалауынша
орналастыруға теориялық мүмкіндіктері пайда болады, яғни соларды кірпіш
секілді қалай отырып, кез-келген затты жасап шығуға болады екен.
Мұның өзi аса маңызды ғылыми-өндiрiстiк саланың дамуында олқылықтардың
орын алғандығын дәлелдейдi. Наноғылымы мен оның технологиясын дамытудағы
алғашқы кезеңде артта қалғанымыз қалай болар екен?..Әрине, алып елдермен
бұл салада бәсекеге түсу бiзге оңай емес. Бiрақ, ғылым мен өндiрiстегi аса
маңызды саланы дамытудағы алғашқы кезеңде оның негiзгi бағыттарын белгiлеп,
қалыспағанымыз жөн болар едi. Жоғарыда аталынған бағдарлама нақтылы
жобалардан тұрады. Мұндай наножобалардың бағасы мен оны орындаушылары
белгiленген. Жобада Ұлбадағы металлургия зауыты шығаратын бериллийдiң
негiзiнде конденсатор алу белгiлендi.
Бұл жобаны зауыт қаржыландырады. Бiрақ, оны тәжiрибелiк үлгiге
жеткiзуге мемлекеттiң қатысуы қажет. Кремний өндiру саласымен тiкелей
байланысты бiрнеше жоба бар. Кремний шикiзаты күн батареяларын орнатудағы
негiзгi материал болып табылады. Елiмiздiң жер қойнауында осындай 85
миллион тонна шикiзат бар[3-147 б].
Қазақстан ғалымдары түрлi компаниялармен бiрлесе отырып, кремний
өндiру арқылы келешекте фермерлiк шаруашылықтарға арналған күн батареяларын
шығаруды жоспарлады. Бiрақ, бұл бағдарлама ауылды дамыту бағдарламасымен
тығыз байланысады. Дамыған Еуропада жылу көздерiн алмастыратын салаға
қаржылай қолдау жасалады. Күннiң, желдiң, судың қуат көздерiн пайдалану
жылына 300 тәулiк бойына күн шығатын, күштi жел соғатын, оңтүстiк-шығыс
аймақта тау өзендерi сарқырап ағатын Қазақстанның экономикалық-әлеуметтiк
дамуы үшiн өте пайдалы. Алыстағы жайылымдар мен егiншiлерге түгелдей электр
желiсiн апару тым қымбатқа түседi. Нанотехнологияның тәжiрибесi күн сәулесi
батареялары көрсеткiшi 36-40 пайызға жеткiзiлгенде ғана бәсекелестiкке
қабiлеттi болатындығын көрсеттi. Бұл бағытта ТМД елдерiнде ортақ мақсатқа
жұмылған iс-қимыл қажет.
Наноғылымы мен нанотехнология туралы әңгiмелегенде оны дамыта отырып,
келешекте оның үлкен әрi тиiмдi өндiрiске ұласатынын көрмеуге болмайды.
Қазiргi таңда жедел дамып келе жатқан мұнай-газ және аграрлық кешен
саласына наноғылымын қолдану осындай ойларға жетелейдi. Мұнай саласы қазiр
нанотехнологияның арқасында жұмыс өнiмдiлiгiн бiр жарым есеге арттыратын
катализаторлар алды. Ол сондай-ақ мұнай өнiмдерiнiң сапасын жақсартты.
Аграрлық саланың мол мүмкiндiктерiн тиiмдi пайдалану қолға алынды.
Жергiлiктi ғылыми-зерттеу институттарымен бiрлесе отырып, биологиялық
бағыттағы жұмыстар жүргiзiлуде. Жоғарыдағы нанотехнологиялық жұмыстарды.
Жер, металлургия және байыту жөнiндегi ғылыми орталығы АҚ орталық
ұйым ретiнде бағыттап, үйлестiредi. Бұған қоса, аталған мекеме белгiленген
жобаларды ең болмағанда тәжiрибелiк үлгi дәрежесiне жеткiзу үшiн оны
қаржыландырады[4-87 б]
Алдағы уақытта бұл мекеме нанотехнологияны дамытуға мүдделi ұйымдармен
жұмыс жасай отырып, олардың iс-қызметiн үйлестiрiп, есебiн тыңдауды
белгiледi. Ғылыми ортада қазақстандық нанотехнологиялық идеялардың
өмiршеңдiгi мен оның шетелдiк компаниялар мен кәсiпкерлер тарапынан зор
сұранысқа ие болып, озық идеяларымыздың кәдеге асып жататыны жиi сөз
болады.
Жаһандану дәуiрiнде наноғылымы мен оның технологиясы осылай кең
өрiстеп, өндiрiстi барлық қырынан жаңартып, тиiмдi әдiстерге барынша жол
ашты. Бұл жерде тек жаңалық ашып қана қоймай, оның өндiрiске енгiзiлуiн
қадағалау, жұмсалынған қаржының мол қайтарым беруiне қол жеткiзу маңызды.
Шағын және орта бизнес саласының кәсiпкерлерiне елiмiздегi нанотехнология
өскiндерiнiң берерi аз емес.
Нанотехнологиялардың дамуындағы негізгі кезеңдері:
1959 жылы нобель сыйлығының лауреаты Ричарт Фейман адамзат болашақта
жеке атомдарды пайдалануды үйреніп қалағанын жинақтай алады деп айтады.
1981 жылы Бинигом Рореромдың затқа атом деңгейінде ықпал етуі мүмкін
із кесетін туннельдік микроскоп құралды жасады.
1982-1985 жылдары атомдық шешуге жету.
1986 жылы Туннельдік микроскопқа қарағанда тек өткізгіш емес, барлық
материалмен қарым- қатынас орнататын атомды күшті микроскопты шығару.
1990 жылы Бірлік атомдар мен жұмыс жасау.
1994 жылы нанотехнологияның әдістерін өндірісте қолдану басталды.
Алайда нанотехнолгия басталды деп 70 жыл бұрын Г.А Гамов бөлшектің
энергиясы кедергі биіктігінен төмен болғандағы бөлшектің энергетикалық
кедергіден де өту мүмкіндігін сипаттайтын гиредингер теңсіздігінің шешуін
алғашқы рет алған кезін айтады[4-122 б]. Туннельдену деген жаңа құбылыс
көптеген эксперимент түрінде бақыланған процесстерді түсіндіруге мүмкіндік
береді. Табылған шешім көптеген құбылыстарды түсінуге мүмкіндік берді және
де атомдық ғылым мен техниканың негізі ядродан бөлшектердің ұщып шығуында
болатын прцесстерді сипаттау үшін де пайдаланды. Көптеген ғалымдар оның
көптеген ғылымдарға негіз болған еңбектерінің нәтижелерінің кереметтігі
үшін Г.А. Гамов бірнеше нобель сыйлығына ие болатын еді. Электрониканың
даму туннельдеу процессін пайдалануды 30 жылдан кейін бастады: Жапон ғалымы
Л.Есаки ашып осы жетістігі үшін нобель сыйлығына ие болған сол кезде
туннельдік диоттар пайда болды. Тағы 5 жылдан кейін Мәскеудегі пульсар
ҒЗИ – дағы физика теориялық зерттеулер секторын басқаратын Ю.С. Тиходеев
жылдам қимылдау нәтижелеріне жетуге мүмкіндік беретін көп қабатты
туннельдік құрлымдардың негізінде пайдаланатын құрылғылардың нұсқалары мен
ең алғашқы есептемелерін ұсынды. 20 жылдан кейін олар нәтижелері іске асты.
Қазіргі таңда туннельдеу процесстері өте аз мөлшерлер мен (1 нанометр = 10-
9) іс- әрекеттерді мүмкін ететін технологиялар негізіне жатқызылды. Осы
кезге дейін шағын жартылай өткізгіштік құрылғыларды жасау моно атомдық
қалыңдығы бар түрлі материалдардан планарлық қабаттар жасауға мүмкіндік
беретін малекулалы–сәулелік эпитаксил астын қою кеңістікке параллель
қабаттардың өсуі техникасында негізделген.
Алайда бұл процесстердің наноскопикалық құрылыстарды құруға мүмкіндік
бермейтін едәуір шектеулері бар, бұл шектеулерге эпитаксил процессінің
жоғарғы температурасы (бірнеше 1000С дейін) жатады. Бұл кезде жоғары
сапалық пленкалардың өсуі қамтамасыз етіледі, алайда құрылатын обылыстардың
жергіліктігі қамтамасыз етілмейді. Бұдан баска асты қоюдың үстіндегі
жоғарғы температура планарлық құрлыстарын көміртек диффузиялық процесстерге
әкеліп соғады.
Суығырақ отырғызу технологиялары, мысылы шаңдату сияқты, бүкіл астын
қоюға материалды бір кезде түсіруге, түсіру материалының дәндерінің бір
кезде әр жерде өсуіне және олардың бөліну шекарасында кемшіліктердің пайда
болуына қарай кемшіліксіз нано құрылыстарды жасауға рұқсат берілмейтін.
Нанометрлік мөлшердегі элементтерді жасау басында электронды- сәулелік
литография әдісімен иондық уландыру әдісімен қосымшалап жасау жоспарланған.
Алайда жоғарғы энергиялық электрондық сәуле астын қоюда тарап фонусировка
жасалған аймақта да, оның астында да орналасқан материалды бұзып,
элементтердін нанометрлік мөлшердегі көп қабаттық сызбаларды жасау
мүмкіндігін жояды[5-94-95 б].
Нанотехнология (Nanotechnology) терминін 1974 жылы Норио Танигучи
(Norio Taniguchi) енгізген, ол оны жоғары жылдамдықты дәлдікке және 1 нм
секілді ультракіші өлшемдерге жетуге мүмкіндік беретін өндіріс
технологиясы ретінде анықтаған. Адамдар Эрик Дрекслердің (Eric Drexler)
кітабында 1980-1990 жылдары нанотехнология деп бөлек молекулалардан әртүрлі
құрылғылар құруды түсінді. Нанотехнологияның келешегі ретінде, мысалы, адам
организміне жіберілетін миниатюралық автономдық нанороботтар сипатталады.
Соның өзінде нанотехнологияны ғылым аймағы деп түсіеді. Әлбетте
нанотехнологияны анықтауда шындыққа ұласатыны Альберт Франкстікі (Albert
Franks) болды. 1987 жылы ол Нанотехнология – бұл 0,1-100 нм аймағындағы
дәлдіктері мен өлшемдері бар өндіріс деп түсіндірді.
Шынында да, Эрик Дрекслердің молекулалық машиналары формулалар мен
компьютерлік модельдеу көмегімен құрылып жатқан кезде, дәстүрлік
технологиялар үздіксіз өсе бастады, сонымен қатар, олар дәлдік
сипаттамалардың артуы арқасында Нанотехнология аймағына кіріп кетті.
Әсіресе бұл құбылыс микроэлектрониканың дамуында қатты байқалады: қазірдің
өзінде 100 нм және субнанометрлік дәлдікті белсенді электрондық
элементтердің сипаттамалық өлшемдерімен микросхемалар өндірілуде. Сонымен
қатар, микроэлектрондық технологиялар Микроэлектромеханикалық құрылғыларды
құрудың негізі болып табылады.
Ғылыми-технологиялық комплекстер мен бақылау-өлшеуші құрылғылардың
өндірісі мен құрылуы көзқарасынан бізді нанотехнологияда қызықтыратыны
негізінен, практикалық өзгерістердің мәселесі. Сондықтан Нанотехнология деп
біз алдымен технологияның өзін, яғни шикізаттың материалдардың, жартылай
фабрикаттардың немесе бұйымдардың қайта дайындалу немесе өндірілу, алыну
тәсілдері мен қабылдау жиынтығы, сипаттамалық өлшемдер, немесе олардың
дайындалу дәлдігі 100 нм немесе соның шамасындағы құрайтындарын түсінеміз.
Бізді ең алдымен Нанотехнологиядағы ғылыми-техникалық қызмет (ҒТҚ)
мәселелері қызықтырғандықтан, келесі анимацияда келтірілген ҒТҚ-ның бөлек
негізгі аймақтарын бөліп көрсету керек.
Ең алдымен Нанотехнологияда соңғы немесе аралықтағы өнімдермен
байланысты аймақтар көрсетіледі, бұл:
• Наноматериалдар (Nanomaterials)
• Наноқұрылымдар (Nanostuktures)
• Наноқұрылғылар (Nanodevices)
Кейіннен, осы өнімдердің өндірісімен байланысты аймақтар:
• Нанотехнологиялық орнатулар (Nanotechnology Facilities)
• Нанотехнологияның құрылғылары (Nanotechnology Instruments)
Наноғылым (Nanoscience, Nanoresearch), яғни Теоретикалық және
Компьютерлік Нанотехнологияны қоса, шикізат, материалдар, жартылай
фабрикаттар немесе бұйымдардың алынуымен байланысты ғылыми зерттеулер
бөлек келтіріледі. Нанотехнология сферасына наноөлшеу құрылғыларын
(Nanotechnology Instruments) да сонымен қатар, нанотехнологиялық
процестерді сүйемелдейтіндерін де жатқызуға болады, олар Наноғылымда
қолданылады, дәл солардың спецификасы Нанотехнологияға шек қоймауға
мүмкіндік береді[6-78-79 б].
Нанотехнологияның маңызды аймағына Нанобілім (Nanoeducation) жатады,
оған жалпы ғылымдық және жалпы техникалық білім, нанотехнологиялық
орнатулар мен құрылғылар операторларды дайындау, сонымен қатар, оқытудың
әдістері мен қосымша тәсілдер жатады. Сонымен қатар, қоғамды ағарту,
Нанотехнологияның мүмкіндіктерін дайындықпен қабылдауға мүмкіндік беретін
ғылыми-техникалық дүниетанымын құру Нанобілімнің маңызды функциясы болып
табылады.
Одан басқа, Нанотехнологияның Қоршаған орта мен Өмір сүру
қауіпсіздігіне мүмкінді әсерімен байланысты қосымшалар да қарастырылады.
НТ-МДТ Нанотехнологияның барлық аймағындағы барлық құрылғыларын
ұсынады.
Нанотехнологияның дамуы туралы сөз қозғалғанда, үш бағыт айтылады:
- молекулалар мен атомдардың өлшемдерімен салыстырылатан белсенді
элементтермен, өлшемдермен электрондық схемалар дайындау;
- наномашиналарды, яғни молекуламен бірдей өлшемді роботтар мен
механизмдерді құру;
- молекулалар мен атомдарды манипуляциялау және ол құралған нәрселерді
қайта жинау.
Осы бағыттарды жүзеге асыру жұмыстары басталып қойған. Он жыл бұрын-ақ
біртекті атомдардың орын ауыстыруы мен олардың белгілі бір құрылымдарын
қайта жинақтаудың алғашқы нәтижелері алынған, алғашқы наноэлектрондық
элементтер дайындалып, құрылған. Мамандардың бағалауынша, келесі ғасырдың
өзінде наноэлектрондық чиптердің, мысалы, 10 гигабайтты сыйымдылықты
микросхемалар дайындығы жүре бастайды.
Бұйымдар мен материалдарды нанотехнологиялық бақылау өнеркәсіптің
кейбір аймақтарында күнделікті жұмыс сияқты болып қалды. Мысалы, DVD-
дискілер, олардың өндірісі матрицалардың нанотехнологиялық бақылаусыз
мүмкін емес.
Тән сызықты өлшемдер бәрi қасында шаманың бiр тәртiбi ие болған (0D ) квази
- нөл өлшемдi нанообъект, нанобөлшектер - әдеттегiдей, нанобөлшектердің
сфералық пiшiнi болады; егер нанобөлшектерге (немесе иондар) атомдардың
жарық бейнеленген ретке келтiрiлген орналастырылуын бақыласа, онда мұндай
нанобөлшектер нанокристаллитпен атайды. Қуаттың деңгейлерiн жүйенiң
бейнеленген дискреттiлiгiмен нанобөлшектер жиi ата кванттық нүктелермен
немесе жасанды атомдармен; олар жиiрек барлығы типтi жартылай өткiзгiш
материалдарды құрамдар ие болады.
Наножелі, (nanorods, nanowires) нанотікенекті сым (1D ) квази - бiр өлшемдi
нанообъектілер; қалай дегенмен, тәртiпке объектiнiң мұнда бiр тән өлшемi
екi басқа асады; олардың физикада кванттық өткiзгiштердеп атайды.
Егер алу нанобөлшектердін әдiстерiн жiктеудiң негiзiне бастапқы затты
түрдi қойса, онда нанобөлшектер алуға болады:
1. Әр түрлi әдiстердi дисперсиялау құрам ықшам материалдардан (немесе
басқа) жолымен.
2. Кезең наномөлшерлермен жаңа фазаның өсуiн (әдiс әртүрлi) келесi
тоқтаумен құрамы олардың жолымен бағытталған өзгерiсiнiң химиялық
қосындыларынан[6-145б].
3. Басқа құрамды нанобөлшектерге бiр құрамды нанобөлшектер айналумен.
Соңғы жол әзiрше аз жайылған және таныстырылған тек бiрнеше
мысалдармен алу нанобөлшектердің ортақ әдiстерiн қазiргi уақытта өңделген
қатар; көпшiлiгi магниттi нанобөлшектер алу үшiн жұмсала алады. Ие болады,
алайда, әжептәуiр маңызды ерекшелiктер; олардың магниттi нанобөлшектерді
синтездiң технологиясына талаптарын түрде сипаттауға болады. Берiлген
өлшемдi бөлшек алуға керек және пiшiн, қандай жағыдайда болса да,
шақталарға шашылу (5-10% ) шағын болуы керек және ұшырайтын бақылауға.
Төмендегі кестеде әлемдегі нанотехнологиялардың қолданылу шеңбері
карта бойынша көрсетілген
1.2 Металл нанобөлшектерінің жіктелуі
Нанообъектілер 3 негiзгi этаптарға бөлiнедi:
- жұқа қабыршақтарды плазмалы синтезбен, қалпына келтiрудiң жарылыс
өткiзгiш алынатын үш өлшемдi бөлшектерi және тағы басқалар;
- екi өлшемдi объектiлер - CVD, ALD, иондық қабаттауды әдiстiң
молекулалық қабаттаудың әдiс алынатын қабыршақтары және тағы басқалар;
- бiрөлшемдi объект - вискеры, бұл объектiлер цилиндрлiк микрокеуектерде
молекулалық қабаттауды әдiспен, заттармен енгiзулер алады және тағы
басқалар.
Тағыда нанокомпозиттерде болады – нанобөлшектерді енгiзу алынған
материал немесе матрица. Көлемдi қолдану дәл осы кездеге 50 нм өлшемнiң
арал объектiлерi жазық матрицаларды бет жағында алуға рұқсат беретiн
микролитографии ғана әдiстi ал электроникада оны қолданылады; CVD әдiс
және негiзiнде ALD мыңнан бiрi қабыршақтарды жасау үшiн қолданылады.
Негiзiнде басқа әдiстер ғылыми мақсаттарда пайдаланады. Әсiресе әдiс
иондық белгiлеу керек және молекулалық қабаттау, себебi нақты
моноқабаттарды жасау көмек олардың мүмкiн.
1.3 Мыс металлының құрылымдық ерекшеліктері мен қасиеттері
Мыс, Cu – элементтердің периодтық жүйесінің І-тобындағы химиялық
элемент, атомдық нөмірі 29, атомдық массасы 63,546. Табиғатта тұрақты екі
изотопы бар: 63Cu және 65Cu. Жер қыртысындағы массасы бойынша мөлшері
4,7.10–3%. Негізгі
минералдары: халькопирит, халькозин , ковеллин, малахит, азурит. Пластикалық
қызыл түсті металл, кристалл торы қырлары центрленген кубтық, тығыздығы
8,94 гсм3, балқу t 1084,5°С, қайнау t 2540°С, тотығу дәрежесі +1, +2.
Құрғақ ауадағы бөлме температурасында тотықпайды. Қыздырғанда ауада CuО
және Cu2О-ға дейін тотығады, галогендермен, S, Se, HNO3, H2SO4-пен
әрекеттеседі. Аммиак, цианидтермен, т.б. кешенді қосылыстар түзеді. Сульфид
концентратын балқытып, одан түзілген мыс штейнін қара мысқа дейін
тотықтырып, оны жалынмен не электролиттік әдіспен тазарту арқылы;
гидрометаллургиялық әдіс – құрамында мысы бар минералдарды күкірт
қышқылымен (немесе NH3 ерітіндісімен) өңдеп, одан әрі электролиздеу арқылы
алады. Мыс кабельдердің, электр қондырғылары мен жылу алмастырғыштардың ток
өткізгіш бөлігін жасау үшін пайдаланылады; қорытпалардың (латунь, қола, мыс-
никель, т.б.) құраушысы ретінде қолданылады.
Құрамынан мыс алынатын табиғи шикізат. Оның құрамына мысы бар 240-тан
аса минерал кіреді. Олардың ішінде өнеркәсіптік негізгілері: халькопирит
(құрамындағы мыстың мөлшері
34%), борнит (63,3), ковеллин (66,4 ), халькозин (79,8), теннантит (57) , тетр
аэдрит (52,3), энаргит (48,3), купр ит (88,8), тенорит (79,8), малахит (57,7)
, азурит (55,3), хризоколла (36,1), брошантит (56,2), атакамит (59,5). Мысты
құмтас кен орындарында мыстың мөлшері көп болады. Қазақстанда бұл кен
типтері басты орында (мысалы, Жезқазған кен орны). Минералдық және химиялық
құрамдарына байланысты мыс кендерінің технологиялық сорттары сульфидтік,
тотыққан, аралас болып ажыратылады. Сонымен қатар мыс кендері сом және
сеппелі-тарамшалы болып бөлінеді. Қазақстанда мыс кендерінің ірі кен
орындарына Жезқазған, Қоңырат, Ақтоғай, Жаманайбат, т.б. жатады.
Пайдалы қазылымдарды байыту өнімі, не шикізатты химиялық өңдеудің
өнімі. Бұл өнімдерде пайдалы концентрат мөлшері бастапқы шикізаттағыдан көп
болады. Олар байыту фабрикасынан тікелей пайдалануға не металлургиялық
өңдеуге жіберіледі. Металлургиялық өңдеуге жіберер алдында оларды
флотациялық байытудан өткізеді. Мыс кенін байыту барысында негізгі алынатын
өнім, құрамындағы мыс 55%-ға жететін (көбінесе 10%-дан 30%-ға дейін) мыс
концентраты болып есептелінеді. Ал флотация кезінде мыстың концентратқа өту
шығымы 80%-дан 95%-ға дейін болады. Байыту барысында мыс концентратынан
басқа қосымша пиритті және түсті металдар концентраттары (мырышты,
молибденді, т.б.) алынады. Қазақстанда мыс шикізат көздері Орталық, Шығыс
(Кенді Алтай) және Оңтүстік Қазақстан облыстарында шоғырланған. Соңғы
жылдары мыс-мырыш күрделі концентраттарын балқытып, ұсатып өңдеу, автогенді
балқытып өңдеу тәсілдері Балқаш мыс зауытында жүргізілуде[7-145 б].
Гидротермалық және ол көбінесе мысты минералдардың жер бетінде
ыдырауынан шығады. Мыстың кейінгі жаратылысын көрсету үшін халькопирит атты
мысты минералдың ыдырауын келтірейік: CuFeS2 - * FeSO4 --Cu. Осы ыдыраудың
нәтижесінде мыспен қатар малахит, азурит минералдары да пайда болады.
Уралда (Орта
Уралда), Қазақстанда (Қоңырат, Жезқ азған , Ақбастау), Өзбекстанда Алма лықта
бар. Шет мемлекеттегі кені АҚШ-та Жоғары Көлдер аймағында (Мичиган
штатында),Африкада (Родезия) бар.[4]
Дүние жүзінде 70-тен астам түсті металл балқытылады. Оларды 14 сала
өндіреді. Олардың барлығы қосылып түсті металлургияны құрайды. Түсті
металдардың көп бөлігі аз уақыттан бері ғана пайдаланыла бастады. Ғылыми-
техникалық революцияның нәтижесінде олар кеңінен қолданысқа түсті.
Реактивті ұшақтар, ғарыш кемелерін, атом реакторларын жасау үшін ерекше
қасиеттері бар, мүлдем жаңа конструкциялық мателиалдарды қажет етті. Ондай
қасиеттер тек түсті металдарда ғана
бар. Қорғасын, никель және қалайы ж емірілуге (коррозия),титан ыстыққа
төзімді келеді, ал күміс, мыс және алюминий жоғары электр өткзгіштігімен
ерекшелінеді. Сондықтан, олардың қолдану аясы өте ауқымды: медициналық
аспаптар мен материалдардан бастап күрделі электроника мен ядролық
техника осы металдардан жасалады және әр металл өз кәсібін тапқан.
Адамдар металдардың ішінде алғашқы болып мыстырудадан тез еритін, оңай
бөлінетін болғандықтан ерте кезден қолдана бастаған. Ескі замандарда
негізінен қалайы мен мыс қосындысы нәтижесінде қола алынып, қару-
жарақдайындалған. Бұл адамзат тарихында қола дәуірі ретінде белгілі. Мыстың
латынша Cuprum атауы Кипр аралына байланысты онда біздің заманымызға
дейінгі ІІ мыңжылдықта мыс рудниктері қолданылып
балқытылған. Страбон жазбаларында мыс Эбвей жеріндегі Халкида қаласын ың
атымен Халкос деп аталған. Осы сөзден ескі грек тілінде мыстан және қоладан
жасалған заттар, ұсталық өндіріс, ұсталық заттар мен құймалар атаулары
шыққан. Мыстың екінші латыншы атауы AES (санскр, ayas, гот тілінде air,
неміс тілінде err, ағылшынша ore) руда немесе рудник дегенді білдіреді.
Еуропа тілдерінің үнді-герман теориясында қолданылып, орыстың
медь(полякша miedr, чех тілінде – med) ескі немісше smida (металл) және
shmied (ұста, ағылшынша smith) сөздерінен шығарады.Әрине, бұл сөздердің
түбірлерінің туыстығына дау жоқ, бірақ та бұл екі сөзде гректің рудник,
копь деген сөзінен бір-біріне байланыссыз түрде шыққан. Осы сөздерден
басқада туыс атаулар шыққан – медаль-медальон(французша medaile). Орыстың
ескі жазбаларында мыс және мыстан жасалған деген сөздер
кездеседі. Алхимиктар мысты Венера (Venus) деп атаған. Қазақстанда да
мұндай атаулар ерте заманннан бар. Олардың атауларын ерте кезде өмір сүрген
ата-бабаларымыз қойған, және де осы күнге дейін сол аттарын сақтап қалған.
Мысалы: Мыстау, Мыстөбе, Жезді тағы басқа сол сияқтылар. Көптеген түсті
металдардан сапасы жөнінен бастапқы материалдардан да асып түсетін
қорытпалар жасалады.
Мыстың қалайымен (қола), мырышпен ( жез), никельмен (мельхиор), алюмини ймен (
дюралюминий) қорытпалары бұрыннан қолданылып келсе, ал берилий қоласы ҒТР
дәуірінде пайда болды[6-254 б].
Периодтық жүйедегі орны және атом құрылысы: Мыс – I топтың қосымша
топшасындағы металл. Мыс атомының электрондық формуласы:
+29Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
Мыс атомындағы s-электрондардың біреуі сыртқы (төртінші) энергетикалық
деңгейден d-деңгейшесіне ауысқандықтан, мыс қосылыстарында +1 тотығу
дәрежесін (мысалы, Cu+12O) және +2 тотығу дәрежесін (мысалы, Cu+2O)
көрсетеді. Табиғатта таралуы: Мыс табиғатта негізінде байланысқан түрде
кездеседі, мысалы мынадай минералдардың: мыс жылтыры Cu2S,куприт Cu2O, мыс
колчеданы CuFeS2, малахит (CuOH)2CO 3 құрамына кіреді. (Осы жерде және әрі
қарай химиялық формуламен минералдардың негізгі бөліктері көрсетілген).
Алынуы: Мыстың өндірістік алыну процесін (мыс жылтырынан) қарапайым түрде
былай көрсетуге болады
Мыс оксиді әрекеттеспей қалған мыс (I) сульфидімен Cu2S реакцияға түседі.
Осы процестің нәтижесінде мыс түзіледі:
Бұл жолмен алынған мыста қоспалар болады. Таза мысты электролиз әдісімен
алады. Физикалық қасиеттері: Мыс – ақшыл-қызғылт түсті, жеткілікті дәрежеде
жұмсақ, созылғыш. Балқу температурасы – 1083 °С. Ол – өте жақсы ток
өткізгіш (тек күмістен кейін). Химиялық қасиеттері: Құрғақ ауада қалыпты
температурада мыс мүлде өзгермейді деуге болады. Температураны
жоғарылатқанда мыс жай да, күрделі заттармен реакцияға түседі. Жай
заттармен өзара әрекеттесуі:
Күрделі заттармен өзара әрекеттесуі:
Қолданылуы: Мыс тағы да әр түрлі құймалар өндіруде қолданылады. Мыстың
қосылыстары да кең түрде қолданылады, мысалы: мыс (ІІ)
сульфатының кристаллогидраты (мыс купорасы) CuSO4∙5H2O өсімдіктердің
зиянкестері мен ауруларына қарсы күресте пайдаланылады: мыс (ІІ)
гидроксиді Cu(OH)2 органикалық қосылыстағы альдегидтік топты анықтау
үшінтотықтырғыш ретінде қолданылады:
O O
CH3 – C ∕∕\ +2Cu(OH)2□(→┴t )CH3 – C ∕∕\ + 2CuOH+H2O
H OH
Мыс қызғылт-сары түсті, жұмсақ металл. Ауада жылдым тотығып, ашық
қызыл-сары рең береді. Мыс жұқа түрінде көгілдір-жасыл түске ие. Мыс куб
тәріздес көпбұрышты торшадан құралған. Кеңістікте тобын F m3m, a = 0,36150
нм, Z = 4 құрайды. Мыс өте жоғары жылу және электр
өткізгіштігімен(электрөткізгіштік-к үмістен кейін 2 орында, 200С та өздік
өткізгіштік 55,5-58МСмм) белгілі. Екі тұрақты изотобы бар. 63Cu және 65Cu.
Бірнеше радиоактивті изотоптары да кездеседі. Ең көп сақталынатын
изотобы 64Cu, оның жартылай ыдырау периоды 12,7 сағ. Бұл екі нұсқамен
ыдырап, басқа заттар түзіледі. Мыстың әртүрлі құймалары
белгілі: мырыш пен латун, қола мен қалайы, мельхиор мен никель, бабит пен қо
рғасын және тағы басқа[7-178 б].
Дәстүрлі түрде мыс әлсіз қышықыл ерітіндіден қышқылсутек көмегімен
бөлінетін Ерітінділерде мыс иондары комплексонометриялық және ионометриялық
түрде анықталады. Ерітінділерде мыстың өте аз мөлшерде кинэтикалық тәсілмен
анықталады.
Ауада ылғалсыз және диоксид көмірсутегі болмаған жерде өзгермейді. Су
қосылған тұз қышқылымен әрекеттеспейді. Оттегі қ оспасының нәтижесінде
ерітіндіге айналады. Мыс концентрленген күкірт және азот қышқылымен, патша
арағымен, оттегімен, галогендермен, халькоген дермен, металл
еместердің оксидтерімен тотығады. Қыздыру нәтижесінде галогенсутектермен
әрекеттеседі. Мыс ылғалды ауада негізгі мыс карбонатын(II) құрап, тотығады:
Мыс концентрленген суық күкірт қышқылымен әрекеттеседі:
Мыс концентрленген ыстық күкірт қышқылымен әрекеттеседі
Мыс 200 °C та сусыз күкірт қышқылымен әрекеттеседі. :
Мыс, күкірт қышқылын және оттегін ауада қыздырған кезде мыс сульфаты мен су
бөлініп шығады:
Мыс концентрленген азот қышқылымен әрекеттеседі:
Су қосылған азот қышқылымен әрекеттеседі.:
Мыс патша арағымен әрекеттеседі:
Оттегінің қатысуымен су қосылған тұз қышқылымен әрекеттеседі:
Мыс 500—600 °C та газ тәріздес тұз қышқылымен әрекеттеседі:
Мыс бромсутекпен әрекеттеседі:
Мыс оттегінің қатысуымен концентрленген сірке қышқылымен әрекеттеседі:
Мыс концентрленген аммоний гидроксидінде аммиак түзеді:
Мыс 200 °C та оттегі жетіспеген жағдайда мыс оксидіне(I) дейін тотығады,ал
400-500 °C та оттегінің жеткілікті жағдайында мыс оксидіне(II) дейін
тотығады:
Мыс ұнтағы бөлме температурасында хлормен, күкіртпен (сұйық күкіртсутекте)
және броммен (эфирде) әрекеттеседі:
Мыс 300—400 °C та күкірт және селен мен әрекеттеседі:
Металл еместердің оксидтерімен:
Металл еместердің оксидтерімен:
Мыс калий цианидімен калий дицианокупратын(I),сілті және сутек түзе
қосылады:
Мыс концентрленген тұз қышқылымен, калий хлоратымен әрекеттеседі:
Қоспа түрінде мыс екі дәрежеде тотығады. Оксид тұрақсыз дәрежеде Cu+ және
көбіне тұрақты Cu2+, тиісінше көк және жасыл-көк түрінде тұз түзе
кездеседі. Арнайы жасақталған жағдайда +3 тіпті +5 тотыққан қоспаларын
алуға болады. Бұлар 1994 жылы Cu(B11H11)23- купроборан анионында кездескен.
Мыс карбонаты(ІІ) жасыл түске ие, сондықтан мыстан жасалған
ескерткіштердің, бұйымдардың және ғимараттардың жасылданып тұратыны
сондықтан. Мыс сульфаты(ІІ) гидратация кезінде көк түсті мыс купорасы
кристалына айналып, CuSO4∙5H2O, фунгицид түрінде қолданылады.. Және де
тұрақсыз мыс сульфаты(І) кездеседі. Мыстың екі тұрақты мыс оксиді бар – мыс
оксиді (І) Cu2O және мыс оксиді(ІІ) CuO. Мыс оксидтері иттрий барий мыс
оксидін (YBa2Cu3O7-δ) алу үшін қолданылады. Бұлар өте жоғары өткізгіштердің
негізі болып табылады. Мыс хлориді түссіз кристал (көбіне ақ ұнтақ,)
тығыздығы 4,11 гсм3. Құрғақ түрінде тұрақты. Ылғалды жерде оттегімен
тотығып, көк-жасыл түске енеді. Сульфит натрийнің тұз ерітіндісінде мыс
хлоридін(ІІ) синтездеп алуға болады. Мыстың көптеген қоспалары ақ немесе
түссіз түрде кездеседі. Бұл мыс ионындағы(І) барлық бес 3d орбиталінің
электрон буымен толыққанымен байланысты. Бірақ та Cu2O оксиді қызыл-қоңыр
түске ие. Мыс ионы(І) су ерітіндісінде тұрақсыз және жеңіл
диспропорционалданады[8-54 б].
(қатты)
Сонымен бірге мыс(І) суда ерімейтін қоспа түрінде немесе комплекс қоспа
түрінде кездеседі. Мысалы, дихлорокупрат(І)-ионы CuCl2 тұрақты. Оны
концентрленген тұз қышқылына қосып, мыс хлоридін алуға болады.
Мыс хлориді(І) ерімейтін, қатты, ақ зат. Басқа да мыс галогендері сияқты ол
коваленттік қасиетке ие және мыс галогені(ІІ)-ге қарағанда тұрақты. Мыс
хлориді(ІІ) қатты қыздыру кезінде мыс хлориді(І) алуға болады.
CO-мен тұрақсыз комплекс құрайды және қыздырған кезде ыдырайды.
Оны алудың тағы бір жолы концентрленген тұз қышқылында мыс пен мыс хлоридін
қайнатып алуға болады. Мұндай жағдайда алғашқы аралық қоспа комплексті
дихлоркупрат(І) ионы [CuCl2]- пайда болады. Осы ионы бар ерітіндіні суға
құйғанда мыс хлориді(І) шөгеді. Мыс хлориді(І) концентрленген аммиак
ерітіндісімен әрекеттесіп, диамминмыс(І) [Cu(NH3)2]+ комплексін түзеді. Бұл
комплекс оттегінсіз түссіз, ал оттегімен реакцияға түскен кезде көк түсті
қоспаға айналады[9-41 б].
Мыс табиғатта таза және қосылыс түрінде кездеседі. Мыстың өндірісте
қажеттілігі халькопирит CuFeS2 немесе мыс колчеданы халькозин Cu2S және
борнит Cu5FeS4 сияқты түрінде қолданылады. Сонымен бірге мыстың басқа да
минералдары ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит
Cu2CO3(OH)2 түрінде кездеседі. Мыс кейде таза түрінде де кездеседі. Кейбір
жерлерде 400 тоннаға дейін анықталған. Мыс сульфиттері негізінен орташа
температураны гидротермальды жерлерде пайда болады. Мыстың кейбір бөліктері
құмтөбелермен шөлдерде кездеседі. Бұндай жерлер Ресейде Чита облысында –
Удокан кен орнында, Қазақстанның Жезқазғанында, Орталық Африканың мыс
белдеуінде, Германияның Мансфельд кен орнында бар.Бұдан басқа мысқа бай
ккен орындары Чилиде (Эскондида және Кольяуси) және АҚШ(Моренси). Мыс
рудасы көбіне ашық әдіспен өндіріледі. Ал рудадағы мыстың мөлшері 0,3-1% ға
дейін құрайды. Техниканың көптеген облыстарында мыс қосылған құймалар
кеңінен қолданылады. Оның ішінде ең тараған түрлері жоғарыда аталған қола
мен латунь бар. Екі құймада көптеген материалдардың негізгі аты болып
айтылады. Құрамына мырыш пен қалайыдан басқа никель, висмут және басқа да
металдар қолданылуы мүмкін. Мысалы, 16-18 ғасырда артилерияның оқ-дәрісінің
құрамына мына негізгі үш металл кірген – мыс, қалайы, мырыш. Қару даярлау
даярланған уақыты мен жеріне байланысты құрамы өзгертіліп отырған. Біздің
кезімізде әскери өнеркәсіпте латунь гильза жасауға пайдаланылады. Машина
детальдарын жасау үшін мыстың мырышпен, қалайымен, алюминиймен және басқада
металдардың құймаларының беріктігі үшін қолданылады.(мысалы, 30-40 кгсмм2
құймада және 25-29 кгсмм2 та*а мыста). Мыс құймаларына (берилий және
алюминий қоласынан басқа) термиялықлық өңдеу жүргізілмейді, олардың
механикалық қасиеттерімен ұзақ тозбастығы химиялық құрамымен және оның
қоспа құрылысына әсер етуімен анықталады. Мыс құймаларының қатаңдығы
құрыштан төмен. Мыс құймаларының негізгі ерекшелігі төмен үйкелу
коэффициентіне иелігі. Сонымен бірге көптеген құймалардың жоғарғы
өткізгіштігімен және электрөткізгіштігінің коррозияға мықтылығымен түрлі
орталарда қолданылуына жол ашады. Үйкеліс коэффициентінің шамасы барлық мыс
құймаларында бірдей. Бірақ механикалық қасиетімен тозуға шыдамдылығы және
әртүрлі ортада коррозияға ұшырауы құймалардың құрамы мен құрылысына
байланысты. Қатаңдығы екі фазалы құймаларда иілгіштігі бір фазалы
құймалардан жоғарырақ. Мыстыникель құймалары ақша жасауда (тиын жасауда)
қолданылады, және де адмиралтиалық құймаларда, кеме жасауда кеңінен
қолданылады. Себебі теңіз суының коррозиясына шыдамдылығына байланысты
қолданылады[10-103 б].
Мыс сонымен бірге қатты заттардың да құрамына кіреді. Бұлар – қайнау
температурасы 590-880 °С бойынша металдармен жақсы кірігу қасиетіне
байланысты әртүрлі металдан жасалған мықты қоспаларда пайдаланылады,
әсіресе, әртекті металдардың құрамында құбыр арматурасынан бастап ракеталық
двигательдерге дейін.
1.4 Мыстың бір және екі валентті қосылыстары.
Мыс қосылыстарында бір және екі валентті. Мыстың бір валентті
қосылыстарына Cu2О, CuОН, СuCl, Cu2S жатады. Мыс (І) оксиді Cu2О – қызыл
түсті кристалл, балқу t 1240ӘC, суда ерімейді. Табиғатта куприт
минералы түрінде кездеседі. Сu-ды аз мөлшердегі оттек қатысында қақтау, CuО-
мен мыс қоспасын қыздыру, т.б. әдістер арқылы алады. Мыс
купоросы өндірісінде, шыны, керамик а, глазурь үшін пигмент ретінде
қолданылады. Жанама жолмен алынған мыс (І) гидроксиді CuОН – суда ерімейтін
зат. Ол аммиакпен [Cu(NH3)2]ОН ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Металл нанобөлшектерінің құрылымдық ерекшеліктері мен электрлік
қасиеттерін зерттеу
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
- мамандығы
Алматы 2013
Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министрлігі
әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
Физика – техникалық факультеті
Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы
Қорғауға жіберілді
______ Кафедра меңгерушісі___________Приходько О.Ю.
Металл нанобөлшектерінің құрылымдық ерекшеліктері мен электрлік
қасиеттерін зерттеу
мамандығы бойынша
Орындаған
Ғылыми жетекшісі
ф.м.-ғ.к.
Норма бақылаушы
Тлеубаева И.С.
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР ТІЗІМІ
НТ – нанотүтіктер
ИҚ – инфрақызыл
НБ – нанобөлшектер
ЭМ – электронды микроскопия
ЭПР – электронды парамагнитті резонанс
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
1.БАСТЫ БӨЛІМ
1.1 Металл нанобөлшектері туралы жалпы мәлімет
1.2 Металл нанобөлшектерінің жіктелуі
1.3 Мыс металлының құрылымдық ерекшеліктері мен қасиеттері
1.4 Мыстың бір және екі валентті қосылыстары
2. ТӘЖІРИБЕ МЕТОДИКАСЫ
2.1 Мыс нанобөлшектері
2.2Мыстың нанобөлшектерінің физикалық-химия сипаттамасы және мыс
оксидінің нанобөлшектері
2.3 Нанобөлшектермен зарядталған ауа тозаңының негiзiнде үш өлшемдi нано
құрылымдардың алуын жаңа әдiс
2.4 Графенаның қабаттарымен мыс нанобөлшектерін тұрақтандыру
2.5 СО2 мыс - алтын набөлшектері отынға айналуы
2.6 Мыс оксидінің наноөлшемді синтезі
3. НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1 Мыс оксидінің нанобөлшектерін мыс тұзынын бастапқы қоспалармен алу
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Зерттеу жұмысының өзектілігі:1974 жылы Нанобөлшектер терминін ең
алғаш жапондық ғалым Нарио Танигучи ұсынған болатын. Жеке атомдардың
манипуляциясы көмегімен жаңа объектілер және материалдар жасауға болатынын
жариялады. Нанометр – бір метрдің бір миллиард бөлшегі (10-9).
Тіршілікпен қоғам пайда болғаннан бастап, адамзат өзінің өмірін жақсартуға,
жеделдетуге тырысты. Алғашқы қауымдық құрылыс кезінде олар түрлі еңбек
құралдарды пайдалана білді, уақыт өте келе адамзатқа пайдасы келетін жан-
жануарларды қолға үйретті.
Тақырыпты бастамас бұрын ғылымның тарихына көз тастасақ, адамзат
қоғамында көптеген революциялық өзгерістердің адамдардың көне идеяға
жармасып, жаңа информацияны қабылдаудан бастарту қиындықтармен байланысты
болғанын көрген болар едік. Солай батыс өркениеті жүз жылдар бойы жерді
жазық деп келді. Бұл ақиқатқа жақын болмаса да, адамдардың карта қолдануына
және онымен бағытұстауына кедергі болған жоқ. Галилейдің және басқа да
ғалымдардың осы мәселе жөніндегі тұжырымдамалары оларға қымбатқа түсті.
Соның ішінде Джордано Бруноны діннен азған деп, католик шіркеуінің
әмірімен отқа жақты. Сонымен қоғамға бұл фактіні мойындау үшін 200 жылдай
керек болды.
Солай 200 жыл бойы ең кішкентай шама атом екендігіне ешкімнің күмәні
болмады. XX ғасырда ғылым ең кішкентай элементар бөлшектерді (электрон,
протон, нейтрон) ашып, бұл барлық әлемнің негізгі түсініктерін өзгертті.
Барлық ғылымның негізінің негізі Аристотель постулаты - объект бір мезгілде
А немесе А емес болуы мүмкін емес дегенімен, ол жарықтың бірмезгілде
бөлшектер ағыны және толқын болатындығын түсіндіре алмады.
Ньютон механикасы әлемнің барлық заңдылықтарын мінсіз түсіндіретін болғанды
және салыстырмалы теорияның тууына еш себеп жоқ еді. Бірақ бұл теорияның
ашылуы ғылымның түбірлі өзгерісіне әкелді.
Мыс және тағы басқа түсті металдар металлургиясы отандық түсті
металлургияның жүргізуші буыны болып табылады. Қазақстандағы ауыр түсті
металдар еншісіне
Іс жүзіндегі өнеркәсіптің жаңа бағытта дамуындағы өркендеуі одан әрі
тусті металдарды, оның ішінде мысты пайдалану және өндіруді күшейтуді
көздейді. Соңғы жылдар шикізат шарттары кешенділігін күшейту,
механикаландырылған және автоматтандырылған үздіксіз өндіріс құрумен,
металлургтердің санитарлы гигиеналық еңбек жағдайын жақсарту және
арттырумен, қоршаған ортаға зиянды қалдықтарды лақтыруды азайтумен
айқындалады.
Қазіргі кезде шикізаттан мысты өндіру кезінде 12 ден аса құраушылар
алынуда. Мысты негізінде полиметалды кендер сульфидтерінен алады. Бұл
флотацияны байытуға ұсыныстардың күшеюін алдын ала анықтайды.
Шет елдерде және Қазақстанда мыстың негізгі мөлшері қалыпты
пирометаллургиялық әдіс бойынша алынады:
шлактау – конвертірлеу – рафинадтау. Гидрометаллургиянық әдістің бөлігі
12 – 16 пайыздан келеді.
Түсті металдарды пайдалану деңгейі бойынша мыс тек аллюминиге жол
береді. Мыс және оның қосылыстарының негізгі тұтынушылары мыналар болып
табылады:
– электрлі техника;
– электроника;
– машина жасау;
– көлік;
– тікұшақты техника;
– құрылыс материалдары;
– ауыл шаруашылығы.
Қазіргі таңда металлургиянық кәсіпорындар алдында тұрған тапсырма–
қалдықсыз технологияны құрастыру. Мыс қорыту зауыттары тәулік сайын
мыңдаған тонна кен және шоғырлар өндіріп, қайтаөндірілуші шикізат салмағына
жақын мөлшерде үйінді қождарын алады.
Нанотехнологияның метталл бөлшектерін игеру бізді кемел келешекке жеткізері
сөзссіз.
Осыған байланысты зерттеу жұмысымыздың мақсаты: Нанобөлшектердің жалпы
ғылымдағы қолданылу аясын сараптап оның бөлімдерін нақты түрде қарастыру
болмақ. Осы ретте біздің жұмысымыздың мақсатын мен маңыздылығын мына
төмендегі кестре арқылы көрсетсек үлкен дәлел болар еді:
Бұл кестеден тақырыбымыздың басты негізінің қаншалықты әлемдің
ғылымдағы орынға ие болып отырғанын көреміз.
Зерттеу жұмысының міндеттері: Зертеу жұмысының басты міндеттері
ретінде мынандай аспектілерді атаймыз;
• Тақырыбымыздың өзектілігінде көрсетілген критерилерді жан-жақты
тәжірбиелік және теориялық тұрғыда айқындап бір-бірімен салыстыру;
• Жұмыстың мақсатында аталынған басымдықтарды талдап, методологиялық
әдістермен дәлелдеу арқылы қол жеткізу;
Зерттеу жұмысының зерттелу деңгейі: Тақырыбымыз бойынша отандық
ғылымда зерттеу аясы бүгінгі таңдары өрістеп келеді. Шетелдік
ғалымдар да аз үлесін қосып жатқан жоқ. Отандық физика мен
жаратылыстану ғылымдарының іргетасы саналатын әл-Фараби атындағы
Қазақ Ұлттық Университеті де нанотехнологияның бөлшектерін зерттеуде
зор міндеттер атқарып келеді. Университетіміздің физик ғалымдары оның
теориялық-тәжірбиелік тұрғыдан қолданудың амалдарын жетілдіруге
қатысты конференциялар мен семинарлар жүргізгендігін атағымыз келеді.
2007-2008 жылдары отандық жоғары оқу орындарында инженерлік
бағыттағы 15 ғылыми зертхана құрылып, жұмыс істей бастады. Бұл салаға
республикалық бюджеттен азды-көпті қаражат та бөлінген. Алдағы 10-15
жылда нанотехнологиялық материалдарды қолдану тәсілімен шығарылатын
бұйымдардың көлемі триллион доллар болады деп күтілуде. Бүкіл әлем аса бір
құштарлықпен айналысып отырған нанотехнологияны дамытуды қолға алмағанды
айтпағанда, оның не екенін, пайдасы қандай болатындығын біз әлі күнге дейін
жетік білмейміз. Ресей мемлекеті нанотехнологияны дамытуға бір миллиард АҚШ
долларын бөліп, зертханалар ашуда. Біз олардан қалыспауымыз қажет.
Сол жылдан бастап еліміздің 10 алдыңғы қатарлы жоғары оқу орындарында
қазіргі талапқа сай жабдықтармен жабдықталған инженерлік
зертханалар ашылған болатын. Солардың қатарында Әл-Фараби атындағы қазақ
мемлекеттік университеті мен М.Х.Дулати атындағ ы Тараз мемлекеттік
университетіндегі Наноинженерлік зерттеу әдістері зертханасы. Әл-Фараби
атындағы қазақ мемлекеттік университетінде аты дүние жүзіне мәшһүр
профессор Г.А. Мун, Тараз мемлекеттік университетінде профессор И.И.
Бекбасаров басшылық жасайды. 2012 жылы Қ. Жұбанов атындағы Ақтөбе
мемлекеттік университетінде "Нанотехнологиялар" ғылыми зертханасы ашылды.
Тараз мемлекеттік университетінде бүгінгі күні электронды
микроскоптар мен рентгендік микроталдаулар жасалып, құрылыстық,
композициялық материалдарды, азық-түлік өнімдерін физикалық-химиялық
зерттеу әдістері жалғасын табуда.
Оқу орнына мемлекет тарапынан бөлінген қаражатқа жапондық JSM7500F
микроскопы алынды. Бір айта кетерлігі, мұндай микроскоп Қазақстанда екеу
ғана, оның екіншісі Республикалық ядролық физика ғылыми зерттеу
институтында. Бір жағынан мақтаныш болғанымен, бұл ретте аталған микроскоп
бүгінгі таңда алдыңғы қатарлы деп те айтуға болмайды. Өйткені, жапондарда
бұл жабдық ескірген болып есептеледі. Қазіргі уақытта дүние
жүзінде 1600 ғылыми-техникалық компаниялар мен фирмалар, зертханалар мен
орталықтар нанотехнологиялық зертте улермен айналысуда. Оның 28 пайызы АҚШ-
та, 24 пайызы Жапонияда, 10 пайызы Ұлыбританияда, 9 пайызыАлманияда, және 5
пайызы Австрияда екен. Франция, Италия, Қытай елдері 3 пайыздан, басқа
мемлекеттер, соның ішінде Ресей барлығы 14 пайызды құрайды. Ал, Қазақстан
сол он төрт пайыздың ішінде де жоқ. Осыдан-ақ елімізде бұл саланың дамуының
мән-жағдайын білуге болады.
Зерттеу жұмысының методологиялық базасы: Крутиков Ю.А., Кудринский
А.А., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства серебра: достижения и
перспективы атты еңбек жазып онда бірнеше технологиялық жаңа әдістерді
орындаған болатын. Олардың маңызы біздің жұмысымыз үшін де айтарлықтай
болды. Б.Г. Ершов Наночастицы металлов в водных растворах: электронные,
оптические и каталитические свойства атты еңбегінде технологияның химия
мен физика ғылымдарындағы классикалық методологияның әдістерін қолданды
атап айтсақ зондтты микроскопияның, зондтты спектрометрді және т.б. Г.Б.
Сергеев Нанохимия металлов атты еңбегінде химия мен физика ғылымдарына
ортақ пәнаралық әдіснамалардлы қолданғандығын атаймыз. Э. Геворкян
Нанореволюция: проклятие или благословение атты еңбегінде әдістердің
бірқатарын сынағанымен нанотехнолгияның өзгерістерін және жаңашылдығын
жоққа шығара алмады.
Зерттеу жұмысының құрылымы: Зерттеу жұмысымыз жоспар және кіріспе
бөлімі мен қорытынды мен пайдаланылған әдебиеттер бөлімінен тұрады.
1. БАСТЫ БӨЛІМ
1.1 Металл нанобөлшектері туралы жалпы мәлімет
Нано - зерттеулерiнiң нанометрлердегi өлшеуге қабылданған өлшемдерi
физикалық объектiсi .
Нанотехнология ретiнде жеке нано - объектiлермен, сол сияқты негiзге,
сонымен бiрге нано – деңгейіндегі процесстермен жұмыс істейді.
Наноматериалдарға негiзгi физикалық сипаттамаларындағы нанообъектісімен
ұсталатындарымен анықталған материалдарын жатады.
Наноматериалдар ықшам материалдарға бөлiседi және нанодисперсии;
бiрiншiге деп аталатын материал наноқұрылымдарға, яғни ондаған
нанометрлер құрылымы (облыс) топтау, бiрнеше нанометрлердiң бар өлшемдерiн
болып көрiнген элемент қайталайтын материалдар макроқұрам бойымен изотропты
кейде және аса; басқа сөзбен айтқанда, материал наноқұрылым
нанообъектлерді тiкелей түйiсетiн өзара тұрады. Өзгелiкке бұдан,
нанодисперсии (вакуум, газ, сұйықтық немесе қатты дене) дисперсиялаудың
ортасынан тұрады[1-56 б].
Дүниежүзiнiң ғалымдары ХХI ғасырда нанотехнологияға жаппай
бетбұрыс жасады. Ең үздiк техникалық жетiстiктерге қазiргi жағдайда тек
қана наноғылымының мүмкiндiктерi арқылы қол жеткiзуге болады. Наноғылымының
озық технологияларын игерiп, оны өндiрiсте қолдануда АҚШ, Қытай, Жапония,
Германия, Франция мемлекеттерiнiң ғылыми-өнеркәсiптiк кешендерi алдыңғы
лекке шықты. Озық технологияны солай өз ырғағымен, табиғи қарыштатып
дамытқан жетекшi елдер қазiрдiң өзiнде осы саладағы қарқынды даму
бағдарламаларын жүзеге асыруда.
Американдықтар тiптi нанотехнологияны дамытудың Ұлттық бастамасын
қабылдап үлгердi. Бiздiң елiмiзге жағрафиялық жағынан жақын орналасқан
Қытай 2000 жылдан бастап нанотехнологияның дамуына аса көп мөлшерде қаржы
жұмсайды. Қытайда қазiр осы бағытқа негiзделiнген қырық мыңға жуық
кәсiпорындар құрылған. Ресей мемлекетi осындай бағдарламаның жүзеге
асырылуына 13 миллиард АҚШ долларын жұмсауды белгiледi[2-69 б].
Қазақстанда наноғылымы мен нанотехнологияны дамыту үшiн 2007-2009
жылдарға арналып бағдарлама қабылданғаны белгiлi. Елiмiздiң Жер,
металлургия және байыту жөнiндегi ғылыми орталығы АҚ таратқан мәлiметтерге
қарағанда жоғарыда айтылған бағдарламаны орындау үшiн қаржыландырудың
барлық көздерi арқылы 230 миллион теңге бөлiнiптi.
Бұған ғылыми фантастикаға ден қойған бірқатар жаңашылдардың да
сенімсіздік танытары күмәнсіз. Мәселен, Scientifus Amerikaжурналының
болжамына сүйенсек, таяу арада көлемі почта маркасына тең медициналық
құрылғы жасалады екен. Соны жарақат алған жерге қойса жеткілікті, ол қанның
құрамын, қандай дәрі қажет екенін анықтап, сол дәрі-дәрмекті қанның
құрамына өзі жібереді. 2025 жылы дайын атомнан кез-келген затты құрастыруға
қабілетті алғашқы нанороботтар жасалмақшы. Ауыл шаруашылығында да
айтарлықтай өзгерістер болады: нанороботтар өсімдіктер мен жануарларды
алмастырып, азық-түлік өндіретін дәрежеге қол жеткізеді. Осыған
сәйкес экологиялық жағдай да жақсара түседі. Өнеркәсіптің жаңа түрлері
болашақта қалдық заттар шығармай, оның есесіне нанороботтар ескі
қалдықтарды жояды. Тәжірибе барысында анықталғандай,тоннельдеуші
микроскоптың бұрынғыларға қарағанда біршама артықшылықтары бар екен. Соның
көмегімен жекелеген атомдарды "көруді" былай қойғанда, соларға әсер ету
арқылы кез-келген кернеуді өзгертуге де мүмкіндік туады: қарапайым тілмен
айтсақ, тоннельдеуші микроскоптың көмегімен атомды "іліп" алуға және
қажетті жеріне қондыруға болады. Физиктердің атомдарды өз қалауынша
орналастыруға теориялық мүмкіндіктері пайда болады, яғни соларды кірпіш
секілді қалай отырып, кез-келген затты жасап шығуға болады екен.
Мұның өзi аса маңызды ғылыми-өндiрiстiк саланың дамуында олқылықтардың
орын алғандығын дәлелдейдi. Наноғылымы мен оның технологиясын дамытудағы
алғашқы кезеңде артта қалғанымыз қалай болар екен?..Әрине, алып елдермен
бұл салада бәсекеге түсу бiзге оңай емес. Бiрақ, ғылым мен өндiрiстегi аса
маңызды саланы дамытудағы алғашқы кезеңде оның негiзгi бағыттарын белгiлеп,
қалыспағанымыз жөн болар едi. Жоғарыда аталынған бағдарлама нақтылы
жобалардан тұрады. Мұндай наножобалардың бағасы мен оны орындаушылары
белгiленген. Жобада Ұлбадағы металлургия зауыты шығаратын бериллийдiң
негiзiнде конденсатор алу белгiлендi.
Бұл жобаны зауыт қаржыландырады. Бiрақ, оны тәжiрибелiк үлгiге
жеткiзуге мемлекеттiң қатысуы қажет. Кремний өндiру саласымен тiкелей
байланысты бiрнеше жоба бар. Кремний шикiзаты күн батареяларын орнатудағы
негiзгi материал болып табылады. Елiмiздiң жер қойнауында осындай 85
миллион тонна шикiзат бар[3-147 б].
Қазақстан ғалымдары түрлi компаниялармен бiрлесе отырып, кремний
өндiру арқылы келешекте фермерлiк шаруашылықтарға арналған күн батареяларын
шығаруды жоспарлады. Бiрақ, бұл бағдарлама ауылды дамыту бағдарламасымен
тығыз байланысады. Дамыған Еуропада жылу көздерiн алмастыратын салаға
қаржылай қолдау жасалады. Күннiң, желдiң, судың қуат көздерiн пайдалану
жылына 300 тәулiк бойына күн шығатын, күштi жел соғатын, оңтүстiк-шығыс
аймақта тау өзендерi сарқырап ағатын Қазақстанның экономикалық-әлеуметтiк
дамуы үшiн өте пайдалы. Алыстағы жайылымдар мен егiншiлерге түгелдей электр
желiсiн апару тым қымбатқа түседi. Нанотехнологияның тәжiрибесi күн сәулесi
батареялары көрсеткiшi 36-40 пайызға жеткiзiлгенде ғана бәсекелестiкке
қабiлеттi болатындығын көрсеттi. Бұл бағытта ТМД елдерiнде ортақ мақсатқа
жұмылған iс-қимыл қажет.
Наноғылымы мен нанотехнология туралы әңгiмелегенде оны дамыта отырып,
келешекте оның үлкен әрi тиiмдi өндiрiске ұласатынын көрмеуге болмайды.
Қазiргi таңда жедел дамып келе жатқан мұнай-газ және аграрлық кешен
саласына наноғылымын қолдану осындай ойларға жетелейдi. Мұнай саласы қазiр
нанотехнологияның арқасында жұмыс өнiмдiлiгiн бiр жарым есеге арттыратын
катализаторлар алды. Ол сондай-ақ мұнай өнiмдерiнiң сапасын жақсартты.
Аграрлық саланың мол мүмкiндiктерiн тиiмдi пайдалану қолға алынды.
Жергiлiктi ғылыми-зерттеу институттарымен бiрлесе отырып, биологиялық
бағыттағы жұмыстар жүргiзiлуде. Жоғарыдағы нанотехнологиялық жұмыстарды.
Жер, металлургия және байыту жөнiндегi ғылыми орталығы АҚ орталық
ұйым ретiнде бағыттап, үйлестiредi. Бұған қоса, аталған мекеме белгiленген
жобаларды ең болмағанда тәжiрибелiк үлгi дәрежесiне жеткiзу үшiн оны
қаржыландырады[4-87 б]
Алдағы уақытта бұл мекеме нанотехнологияны дамытуға мүдделi ұйымдармен
жұмыс жасай отырып, олардың iс-қызметiн үйлестiрiп, есебiн тыңдауды
белгiледi. Ғылыми ортада қазақстандық нанотехнологиялық идеялардың
өмiршеңдiгi мен оның шетелдiк компаниялар мен кәсiпкерлер тарапынан зор
сұранысқа ие болып, озық идеяларымыздың кәдеге асып жататыны жиi сөз
болады.
Жаһандану дәуiрiнде наноғылымы мен оның технологиясы осылай кең
өрiстеп, өндiрiстi барлық қырынан жаңартып, тиiмдi әдiстерге барынша жол
ашты. Бұл жерде тек жаңалық ашып қана қоймай, оның өндiрiске енгiзiлуiн
қадағалау, жұмсалынған қаржының мол қайтарым беруiне қол жеткiзу маңызды.
Шағын және орта бизнес саласының кәсiпкерлерiне елiмiздегi нанотехнология
өскiндерiнiң берерi аз емес.
Нанотехнологиялардың дамуындағы негізгі кезеңдері:
1959 жылы нобель сыйлығының лауреаты Ричарт Фейман адамзат болашақта
жеке атомдарды пайдалануды үйреніп қалағанын жинақтай алады деп айтады.
1981 жылы Бинигом Рореромдың затқа атом деңгейінде ықпал етуі мүмкін
із кесетін туннельдік микроскоп құралды жасады.
1982-1985 жылдары атомдық шешуге жету.
1986 жылы Туннельдік микроскопқа қарағанда тек өткізгіш емес, барлық
материалмен қарым- қатынас орнататын атомды күшті микроскопты шығару.
1990 жылы Бірлік атомдар мен жұмыс жасау.
1994 жылы нанотехнологияның әдістерін өндірісте қолдану басталды.
Алайда нанотехнолгия басталды деп 70 жыл бұрын Г.А Гамов бөлшектің
энергиясы кедергі биіктігінен төмен болғандағы бөлшектің энергетикалық
кедергіден де өту мүмкіндігін сипаттайтын гиредингер теңсіздігінің шешуін
алғашқы рет алған кезін айтады[4-122 б]. Туннельдену деген жаңа құбылыс
көптеген эксперимент түрінде бақыланған процесстерді түсіндіруге мүмкіндік
береді. Табылған шешім көптеген құбылыстарды түсінуге мүмкіндік берді және
де атомдық ғылым мен техниканың негізі ядродан бөлшектердің ұщып шығуында
болатын прцесстерді сипаттау үшін де пайдаланды. Көптеген ғалымдар оның
көптеген ғылымдарға негіз болған еңбектерінің нәтижелерінің кереметтігі
үшін Г.А. Гамов бірнеше нобель сыйлығына ие болатын еді. Электрониканың
даму туннельдеу процессін пайдалануды 30 жылдан кейін бастады: Жапон ғалымы
Л.Есаки ашып осы жетістігі үшін нобель сыйлығына ие болған сол кезде
туннельдік диоттар пайда болды. Тағы 5 жылдан кейін Мәскеудегі пульсар
ҒЗИ – дағы физика теориялық зерттеулер секторын басқаратын Ю.С. Тиходеев
жылдам қимылдау нәтижелеріне жетуге мүмкіндік беретін көп қабатты
туннельдік құрлымдардың негізінде пайдаланатын құрылғылардың нұсқалары мен
ең алғашқы есептемелерін ұсынды. 20 жылдан кейін олар нәтижелері іске асты.
Қазіргі таңда туннельдеу процесстері өте аз мөлшерлер мен (1 нанометр = 10-
9) іс- әрекеттерді мүмкін ететін технологиялар негізіне жатқызылды. Осы
кезге дейін шағын жартылай өткізгіштік құрылғыларды жасау моно атомдық
қалыңдығы бар түрлі материалдардан планарлық қабаттар жасауға мүмкіндік
беретін малекулалы–сәулелік эпитаксил астын қою кеңістікке параллель
қабаттардың өсуі техникасында негізделген.
Алайда бұл процесстердің наноскопикалық құрылыстарды құруға мүмкіндік
бермейтін едәуір шектеулері бар, бұл шектеулерге эпитаксил процессінің
жоғарғы температурасы (бірнеше 1000С дейін) жатады. Бұл кезде жоғары
сапалық пленкалардың өсуі қамтамасыз етіледі, алайда құрылатын обылыстардың
жергіліктігі қамтамасыз етілмейді. Бұдан баска асты қоюдың үстіндегі
жоғарғы температура планарлық құрлыстарын көміртек диффузиялық процесстерге
әкеліп соғады.
Суығырақ отырғызу технологиялары, мысылы шаңдату сияқты, бүкіл астын
қоюға материалды бір кезде түсіруге, түсіру материалының дәндерінің бір
кезде әр жерде өсуіне және олардың бөліну шекарасында кемшіліктердің пайда
болуына қарай кемшіліксіз нано құрылыстарды жасауға рұқсат берілмейтін.
Нанометрлік мөлшердегі элементтерді жасау басында электронды- сәулелік
литография әдісімен иондық уландыру әдісімен қосымшалап жасау жоспарланған.
Алайда жоғарғы энергиялық электрондық сәуле астын қоюда тарап фонусировка
жасалған аймақта да, оның астында да орналасқан материалды бұзып,
элементтердін нанометрлік мөлшердегі көп қабаттық сызбаларды жасау
мүмкіндігін жояды[5-94-95 б].
Нанотехнология (Nanotechnology) терминін 1974 жылы Норио Танигучи
(Norio Taniguchi) енгізген, ол оны жоғары жылдамдықты дәлдікке және 1 нм
секілді ультракіші өлшемдерге жетуге мүмкіндік беретін өндіріс
технологиясы ретінде анықтаған. Адамдар Эрик Дрекслердің (Eric Drexler)
кітабында 1980-1990 жылдары нанотехнология деп бөлек молекулалардан әртүрлі
құрылғылар құруды түсінді. Нанотехнологияның келешегі ретінде, мысалы, адам
организміне жіберілетін миниатюралық автономдық нанороботтар сипатталады.
Соның өзінде нанотехнологияны ғылым аймағы деп түсіеді. Әлбетте
нанотехнологияны анықтауда шындыққа ұласатыны Альберт Франкстікі (Albert
Franks) болды. 1987 жылы ол Нанотехнология – бұл 0,1-100 нм аймағындағы
дәлдіктері мен өлшемдері бар өндіріс деп түсіндірді.
Шынында да, Эрик Дрекслердің молекулалық машиналары формулалар мен
компьютерлік модельдеу көмегімен құрылып жатқан кезде, дәстүрлік
технологиялар үздіксіз өсе бастады, сонымен қатар, олар дәлдік
сипаттамалардың артуы арқасында Нанотехнология аймағына кіріп кетті.
Әсіресе бұл құбылыс микроэлектрониканың дамуында қатты байқалады: қазірдің
өзінде 100 нм және субнанометрлік дәлдікті белсенді электрондық
элементтердің сипаттамалық өлшемдерімен микросхемалар өндірілуде. Сонымен
қатар, микроэлектрондық технологиялар Микроэлектромеханикалық құрылғыларды
құрудың негізі болып табылады.
Ғылыми-технологиялық комплекстер мен бақылау-өлшеуші құрылғылардың
өндірісі мен құрылуы көзқарасынан бізді нанотехнологияда қызықтыратыны
негізінен, практикалық өзгерістердің мәселесі. Сондықтан Нанотехнология деп
біз алдымен технологияның өзін, яғни шикізаттың материалдардың, жартылай
фабрикаттардың немесе бұйымдардың қайта дайындалу немесе өндірілу, алыну
тәсілдері мен қабылдау жиынтығы, сипаттамалық өлшемдер, немесе олардың
дайындалу дәлдігі 100 нм немесе соның шамасындағы құрайтындарын түсінеміз.
Бізді ең алдымен Нанотехнологиядағы ғылыми-техникалық қызмет (ҒТҚ)
мәселелері қызықтырғандықтан, келесі анимацияда келтірілген ҒТҚ-ның бөлек
негізгі аймақтарын бөліп көрсету керек.
Ең алдымен Нанотехнологияда соңғы немесе аралықтағы өнімдермен
байланысты аймақтар көрсетіледі, бұл:
• Наноматериалдар (Nanomaterials)
• Наноқұрылымдар (Nanostuktures)
• Наноқұрылғылар (Nanodevices)
Кейіннен, осы өнімдердің өндірісімен байланысты аймақтар:
• Нанотехнологиялық орнатулар (Nanotechnology Facilities)
• Нанотехнологияның құрылғылары (Nanotechnology Instruments)
Наноғылым (Nanoscience, Nanoresearch), яғни Теоретикалық және
Компьютерлік Нанотехнологияны қоса, шикізат, материалдар, жартылай
фабрикаттар немесе бұйымдардың алынуымен байланысты ғылыми зерттеулер
бөлек келтіріледі. Нанотехнология сферасына наноөлшеу құрылғыларын
(Nanotechnology Instruments) да сонымен қатар, нанотехнологиялық
процестерді сүйемелдейтіндерін де жатқызуға болады, олар Наноғылымда
қолданылады, дәл солардың спецификасы Нанотехнологияға шек қоймауға
мүмкіндік береді[6-78-79 б].
Нанотехнологияның маңызды аймағына Нанобілім (Nanoeducation) жатады,
оған жалпы ғылымдық және жалпы техникалық білім, нанотехнологиялық
орнатулар мен құрылғылар операторларды дайындау, сонымен қатар, оқытудың
әдістері мен қосымша тәсілдер жатады. Сонымен қатар, қоғамды ағарту,
Нанотехнологияның мүмкіндіктерін дайындықпен қабылдауға мүмкіндік беретін
ғылыми-техникалық дүниетанымын құру Нанобілімнің маңызды функциясы болып
табылады.
Одан басқа, Нанотехнологияның Қоршаған орта мен Өмір сүру
қауіпсіздігіне мүмкінді әсерімен байланысты қосымшалар да қарастырылады.
НТ-МДТ Нанотехнологияның барлық аймағындағы барлық құрылғыларын
ұсынады.
Нанотехнологияның дамуы туралы сөз қозғалғанда, үш бағыт айтылады:
- молекулалар мен атомдардың өлшемдерімен салыстырылатан белсенді
элементтермен, өлшемдермен электрондық схемалар дайындау;
- наномашиналарды, яғни молекуламен бірдей өлшемді роботтар мен
механизмдерді құру;
- молекулалар мен атомдарды манипуляциялау және ол құралған нәрселерді
қайта жинау.
Осы бағыттарды жүзеге асыру жұмыстары басталып қойған. Он жыл бұрын-ақ
біртекті атомдардың орын ауыстыруы мен олардың белгілі бір құрылымдарын
қайта жинақтаудың алғашқы нәтижелері алынған, алғашқы наноэлектрондық
элементтер дайындалып, құрылған. Мамандардың бағалауынша, келесі ғасырдың
өзінде наноэлектрондық чиптердің, мысалы, 10 гигабайтты сыйымдылықты
микросхемалар дайындығы жүре бастайды.
Бұйымдар мен материалдарды нанотехнологиялық бақылау өнеркәсіптің
кейбір аймақтарында күнделікті жұмыс сияқты болып қалды. Мысалы, DVD-
дискілер, олардың өндірісі матрицалардың нанотехнологиялық бақылаусыз
мүмкін емес.
Тән сызықты өлшемдер бәрi қасында шаманың бiр тәртiбi ие болған (0D ) квази
- нөл өлшемдi нанообъект, нанобөлшектер - әдеттегiдей, нанобөлшектердің
сфералық пiшiнi болады; егер нанобөлшектерге (немесе иондар) атомдардың
жарық бейнеленген ретке келтiрiлген орналастырылуын бақыласа, онда мұндай
нанобөлшектер нанокристаллитпен атайды. Қуаттың деңгейлерiн жүйенiң
бейнеленген дискреттiлiгiмен нанобөлшектер жиi ата кванттық нүктелермен
немесе жасанды атомдармен; олар жиiрек барлығы типтi жартылай өткiзгiш
материалдарды құрамдар ие болады.
Наножелі, (nanorods, nanowires) нанотікенекті сым (1D ) квази - бiр өлшемдi
нанообъектілер; қалай дегенмен, тәртiпке объектiнiң мұнда бiр тән өлшемi
екi басқа асады; олардың физикада кванттық өткiзгiштердеп атайды.
Егер алу нанобөлшектердін әдiстерiн жiктеудiң негiзiне бастапқы затты
түрдi қойса, онда нанобөлшектер алуға болады:
1. Әр түрлi әдiстердi дисперсиялау құрам ықшам материалдардан (немесе
басқа) жолымен.
2. Кезең наномөлшерлермен жаңа фазаның өсуiн (әдiс әртүрлi) келесi
тоқтаумен құрамы олардың жолымен бағытталған өзгерiсiнiң химиялық
қосындыларынан[6-145б].
3. Басқа құрамды нанобөлшектерге бiр құрамды нанобөлшектер айналумен.
Соңғы жол әзiрше аз жайылған және таныстырылған тек бiрнеше
мысалдармен алу нанобөлшектердің ортақ әдiстерiн қазiргi уақытта өңделген
қатар; көпшiлiгi магниттi нанобөлшектер алу үшiн жұмсала алады. Ие болады,
алайда, әжептәуiр маңызды ерекшелiктер; олардың магниттi нанобөлшектерді
синтездiң технологиясына талаптарын түрде сипаттауға болады. Берiлген
өлшемдi бөлшек алуға керек және пiшiн, қандай жағыдайда болса да,
шақталарға шашылу (5-10% ) шағын болуы керек және ұшырайтын бақылауға.
Төмендегі кестеде әлемдегі нанотехнологиялардың қолданылу шеңбері
карта бойынша көрсетілген
1.2 Металл нанобөлшектерінің жіктелуі
Нанообъектілер 3 негiзгi этаптарға бөлiнедi:
- жұқа қабыршақтарды плазмалы синтезбен, қалпына келтiрудiң жарылыс
өткiзгiш алынатын үш өлшемдi бөлшектерi және тағы басқалар;
- екi өлшемдi объектiлер - CVD, ALD, иондық қабаттауды әдiстiң
молекулалық қабаттаудың әдiс алынатын қабыршақтары және тағы басқалар;
- бiрөлшемдi объект - вискеры, бұл объектiлер цилиндрлiк микрокеуектерде
молекулалық қабаттауды әдiспен, заттармен енгiзулер алады және тағы
басқалар.
Тағыда нанокомпозиттерде болады – нанобөлшектерді енгiзу алынған
материал немесе матрица. Көлемдi қолдану дәл осы кездеге 50 нм өлшемнiң
арал объектiлерi жазық матрицаларды бет жағында алуға рұқсат беретiн
микролитографии ғана әдiстi ал электроникада оны қолданылады; CVD әдiс
және негiзiнде ALD мыңнан бiрi қабыршақтарды жасау үшiн қолданылады.
Негiзiнде басқа әдiстер ғылыми мақсаттарда пайдаланады. Әсiресе әдiс
иондық белгiлеу керек және молекулалық қабаттау, себебi нақты
моноқабаттарды жасау көмек олардың мүмкiн.
1.3 Мыс металлының құрылымдық ерекшеліктері мен қасиеттері
Мыс, Cu – элементтердің периодтық жүйесінің І-тобындағы химиялық
элемент, атомдық нөмірі 29, атомдық массасы 63,546. Табиғатта тұрақты екі
изотопы бар: 63Cu және 65Cu. Жер қыртысындағы массасы бойынша мөлшері
4,7.10–3%. Негізгі
минералдары: халькопирит, халькозин , ковеллин, малахит, азурит. Пластикалық
қызыл түсті металл, кристалл торы қырлары центрленген кубтық, тығыздығы
8,94 гсм3, балқу t 1084,5°С, қайнау t 2540°С, тотығу дәрежесі +1, +2.
Құрғақ ауадағы бөлме температурасында тотықпайды. Қыздырғанда ауада CuО
және Cu2О-ға дейін тотығады, галогендермен, S, Se, HNO3, H2SO4-пен
әрекеттеседі. Аммиак, цианидтермен, т.б. кешенді қосылыстар түзеді. Сульфид
концентратын балқытып, одан түзілген мыс штейнін қара мысқа дейін
тотықтырып, оны жалынмен не электролиттік әдіспен тазарту арқылы;
гидрометаллургиялық әдіс – құрамында мысы бар минералдарды күкірт
қышқылымен (немесе NH3 ерітіндісімен) өңдеп, одан әрі электролиздеу арқылы
алады. Мыс кабельдердің, электр қондырғылары мен жылу алмастырғыштардың ток
өткізгіш бөлігін жасау үшін пайдаланылады; қорытпалардың (латунь, қола, мыс-
никель, т.б.) құраушысы ретінде қолданылады.
Құрамынан мыс алынатын табиғи шикізат. Оның құрамына мысы бар 240-тан
аса минерал кіреді. Олардың ішінде өнеркәсіптік негізгілері: халькопирит
(құрамындағы мыстың мөлшері
34%), борнит (63,3), ковеллин (66,4 ), халькозин (79,8), теннантит (57) , тетр
аэдрит (52,3), энаргит (48,3), купр ит (88,8), тенорит (79,8), малахит (57,7)
, азурит (55,3), хризоколла (36,1), брошантит (56,2), атакамит (59,5). Мысты
құмтас кен орындарында мыстың мөлшері көп болады. Қазақстанда бұл кен
типтері басты орында (мысалы, Жезқазған кен орны). Минералдық және химиялық
құрамдарына байланысты мыс кендерінің технологиялық сорттары сульфидтік,
тотыққан, аралас болып ажыратылады. Сонымен қатар мыс кендері сом және
сеппелі-тарамшалы болып бөлінеді. Қазақстанда мыс кендерінің ірі кен
орындарына Жезқазған, Қоңырат, Ақтоғай, Жаманайбат, т.б. жатады.
Пайдалы қазылымдарды байыту өнімі, не шикізатты химиялық өңдеудің
өнімі. Бұл өнімдерде пайдалы концентрат мөлшері бастапқы шикізаттағыдан көп
болады. Олар байыту фабрикасынан тікелей пайдалануға не металлургиялық
өңдеуге жіберіледі. Металлургиялық өңдеуге жіберер алдында оларды
флотациялық байытудан өткізеді. Мыс кенін байыту барысында негізгі алынатын
өнім, құрамындағы мыс 55%-ға жететін (көбінесе 10%-дан 30%-ға дейін) мыс
концентраты болып есептелінеді. Ал флотация кезінде мыстың концентратқа өту
шығымы 80%-дан 95%-ға дейін болады. Байыту барысында мыс концентратынан
басқа қосымша пиритті және түсті металдар концентраттары (мырышты,
молибденді, т.б.) алынады. Қазақстанда мыс шикізат көздері Орталық, Шығыс
(Кенді Алтай) және Оңтүстік Қазақстан облыстарында шоғырланған. Соңғы
жылдары мыс-мырыш күрделі концентраттарын балқытып, ұсатып өңдеу, автогенді
балқытып өңдеу тәсілдері Балқаш мыс зауытында жүргізілуде[7-145 б].
Гидротермалық және ол көбінесе мысты минералдардың жер бетінде
ыдырауынан шығады. Мыстың кейінгі жаратылысын көрсету үшін халькопирит атты
мысты минералдың ыдырауын келтірейік: CuFeS2 - * FeSO4 --Cu. Осы ыдыраудың
нәтижесінде мыспен қатар малахит, азурит минералдары да пайда болады.
Уралда (Орта
Уралда), Қазақстанда (Қоңырат, Жезқ азған , Ақбастау), Өзбекстанда Алма лықта
бар. Шет мемлекеттегі кені АҚШ-та Жоғары Көлдер аймағында (Мичиган
штатында),Африкада (Родезия) бар.[4]
Дүние жүзінде 70-тен астам түсті металл балқытылады. Оларды 14 сала
өндіреді. Олардың барлығы қосылып түсті металлургияны құрайды. Түсті
металдардың көп бөлігі аз уақыттан бері ғана пайдаланыла бастады. Ғылыми-
техникалық революцияның нәтижесінде олар кеңінен қолданысқа түсті.
Реактивті ұшақтар, ғарыш кемелерін, атом реакторларын жасау үшін ерекше
қасиеттері бар, мүлдем жаңа конструкциялық мателиалдарды қажет етті. Ондай
қасиеттер тек түсті металдарда ғана
бар. Қорғасын, никель және қалайы ж емірілуге (коррозия),титан ыстыққа
төзімді келеді, ал күміс, мыс және алюминий жоғары электр өткзгіштігімен
ерекшелінеді. Сондықтан, олардың қолдану аясы өте ауқымды: медициналық
аспаптар мен материалдардан бастап күрделі электроника мен ядролық
техника осы металдардан жасалады және әр металл өз кәсібін тапқан.
Адамдар металдардың ішінде алғашқы болып мыстырудадан тез еритін, оңай
бөлінетін болғандықтан ерте кезден қолдана бастаған. Ескі замандарда
негізінен қалайы мен мыс қосындысы нәтижесінде қола алынып, қару-
жарақдайындалған. Бұл адамзат тарихында қола дәуірі ретінде белгілі. Мыстың
латынша Cuprum атауы Кипр аралына байланысты онда біздің заманымызға
дейінгі ІІ мыңжылдықта мыс рудниктері қолданылып
балқытылған. Страбон жазбаларында мыс Эбвей жеріндегі Халкида қаласын ың
атымен Халкос деп аталған. Осы сөзден ескі грек тілінде мыстан және қоладан
жасалған заттар, ұсталық өндіріс, ұсталық заттар мен құймалар атаулары
шыққан. Мыстың екінші латыншы атауы AES (санскр, ayas, гот тілінде air,
неміс тілінде err, ағылшынша ore) руда немесе рудник дегенді білдіреді.
Еуропа тілдерінің үнді-герман теориясында қолданылып, орыстың
медь(полякша miedr, чех тілінде – med) ескі немісше smida (металл) және
shmied (ұста, ағылшынша smith) сөздерінен шығарады.Әрине, бұл сөздердің
түбірлерінің туыстығына дау жоқ, бірақ та бұл екі сөзде гректің рудник,
копь деген сөзінен бір-біріне байланыссыз түрде шыққан. Осы сөздерден
басқада туыс атаулар шыққан – медаль-медальон(французша medaile). Орыстың
ескі жазбаларында мыс және мыстан жасалған деген сөздер
кездеседі. Алхимиктар мысты Венера (Venus) деп атаған. Қазақстанда да
мұндай атаулар ерте заманннан бар. Олардың атауларын ерте кезде өмір сүрген
ата-бабаларымыз қойған, және де осы күнге дейін сол аттарын сақтап қалған.
Мысалы: Мыстау, Мыстөбе, Жезді тағы басқа сол сияқтылар. Көптеген түсті
металдардан сапасы жөнінен бастапқы материалдардан да асып түсетін
қорытпалар жасалады.
Мыстың қалайымен (қола), мырышпен ( жез), никельмен (мельхиор), алюмини ймен (
дюралюминий) қорытпалары бұрыннан қолданылып келсе, ал берилий қоласы ҒТР
дәуірінде пайда болды[6-254 б].
Периодтық жүйедегі орны және атом құрылысы: Мыс – I топтың қосымша
топшасындағы металл. Мыс атомының электрондық формуласы:
+29Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
Мыс атомындағы s-электрондардың біреуі сыртқы (төртінші) энергетикалық
деңгейден d-деңгейшесіне ауысқандықтан, мыс қосылыстарында +1 тотығу
дәрежесін (мысалы, Cu+12O) және +2 тотығу дәрежесін (мысалы, Cu+2O)
көрсетеді. Табиғатта таралуы: Мыс табиғатта негізінде байланысқан түрде
кездеседі, мысалы мынадай минералдардың: мыс жылтыры Cu2S,куприт Cu2O, мыс
колчеданы CuFeS2, малахит (CuOH)2CO 3 құрамына кіреді. (Осы жерде және әрі
қарай химиялық формуламен минералдардың негізгі бөліктері көрсетілген).
Алынуы: Мыстың өндірістік алыну процесін (мыс жылтырынан) қарапайым түрде
былай көрсетуге болады
Мыс оксиді әрекеттеспей қалған мыс (I) сульфидімен Cu2S реакцияға түседі.
Осы процестің нәтижесінде мыс түзіледі:
Бұл жолмен алынған мыста қоспалар болады. Таза мысты электролиз әдісімен
алады. Физикалық қасиеттері: Мыс – ақшыл-қызғылт түсті, жеткілікті дәрежеде
жұмсақ, созылғыш. Балқу температурасы – 1083 °С. Ол – өте жақсы ток
өткізгіш (тек күмістен кейін). Химиялық қасиеттері: Құрғақ ауада қалыпты
температурада мыс мүлде өзгермейді деуге болады. Температураны
жоғарылатқанда мыс жай да, күрделі заттармен реакцияға түседі. Жай
заттармен өзара әрекеттесуі:
Күрделі заттармен өзара әрекеттесуі:
Қолданылуы: Мыс тағы да әр түрлі құймалар өндіруде қолданылады. Мыстың
қосылыстары да кең түрде қолданылады, мысалы: мыс (ІІ)
сульфатының кристаллогидраты (мыс купорасы) CuSO4∙5H2O өсімдіктердің
зиянкестері мен ауруларына қарсы күресте пайдаланылады: мыс (ІІ)
гидроксиді Cu(OH)2 органикалық қосылыстағы альдегидтік топты анықтау
үшінтотықтырғыш ретінде қолданылады:
O O
CH3 – C ∕∕\ +2Cu(OH)2□(→┴t )CH3 – C ∕∕\ + 2CuOH+H2O
H OH
Мыс қызғылт-сары түсті, жұмсақ металл. Ауада жылдым тотығып, ашық
қызыл-сары рең береді. Мыс жұқа түрінде көгілдір-жасыл түске ие. Мыс куб
тәріздес көпбұрышты торшадан құралған. Кеңістікте тобын F m3m, a = 0,36150
нм, Z = 4 құрайды. Мыс өте жоғары жылу және электр
өткізгіштігімен(электрөткізгіштік-к үмістен кейін 2 орында, 200С та өздік
өткізгіштік 55,5-58МСмм) белгілі. Екі тұрақты изотобы бар. 63Cu және 65Cu.
Бірнеше радиоактивті изотоптары да кездеседі. Ең көп сақталынатын
изотобы 64Cu, оның жартылай ыдырау периоды 12,7 сағ. Бұл екі нұсқамен
ыдырап, басқа заттар түзіледі. Мыстың әртүрлі құймалары
белгілі: мырыш пен латун, қола мен қалайы, мельхиор мен никель, бабит пен қо
рғасын және тағы басқа[7-178 б].
Дәстүрлі түрде мыс әлсіз қышықыл ерітіндіден қышқылсутек көмегімен
бөлінетін Ерітінділерде мыс иондары комплексонометриялық және ионометриялық
түрде анықталады. Ерітінділерде мыстың өте аз мөлшерде кинэтикалық тәсілмен
анықталады.
Ауада ылғалсыз және диоксид көмірсутегі болмаған жерде өзгермейді. Су
қосылған тұз қышқылымен әрекеттеспейді. Оттегі қ оспасының нәтижесінде
ерітіндіге айналады. Мыс концентрленген күкірт және азот қышқылымен, патша
арағымен, оттегімен, галогендермен, халькоген дермен, металл
еместердің оксидтерімен тотығады. Қыздыру нәтижесінде галогенсутектермен
әрекеттеседі. Мыс ылғалды ауада негізгі мыс карбонатын(II) құрап, тотығады:
Мыс концентрленген суық күкірт қышқылымен әрекеттеседі:
Мыс концентрленген ыстық күкірт қышқылымен әрекеттеседі
Мыс 200 °C та сусыз күкірт қышқылымен әрекеттеседі. :
Мыс, күкірт қышқылын және оттегін ауада қыздырған кезде мыс сульфаты мен су
бөлініп шығады:
Мыс концентрленген азот қышқылымен әрекеттеседі:
Су қосылған азот қышқылымен әрекеттеседі.:
Мыс патша арағымен әрекеттеседі:
Оттегінің қатысуымен су қосылған тұз қышқылымен әрекеттеседі:
Мыс 500—600 °C та газ тәріздес тұз қышқылымен әрекеттеседі:
Мыс бромсутекпен әрекеттеседі:
Мыс оттегінің қатысуымен концентрленген сірке қышқылымен әрекеттеседі:
Мыс концентрленген аммоний гидроксидінде аммиак түзеді:
Мыс 200 °C та оттегі жетіспеген жағдайда мыс оксидіне(I) дейін тотығады,ал
400-500 °C та оттегінің жеткілікті жағдайында мыс оксидіне(II) дейін
тотығады:
Мыс ұнтағы бөлме температурасында хлормен, күкіртпен (сұйық күкіртсутекте)
және броммен (эфирде) әрекеттеседі:
Мыс 300—400 °C та күкірт және селен мен әрекеттеседі:
Металл еместердің оксидтерімен:
Металл еместердің оксидтерімен:
Мыс калий цианидімен калий дицианокупратын(I),сілті және сутек түзе
қосылады:
Мыс концентрленген тұз қышқылымен, калий хлоратымен әрекеттеседі:
Қоспа түрінде мыс екі дәрежеде тотығады. Оксид тұрақсыз дәрежеде Cu+ және
көбіне тұрақты Cu2+, тиісінше көк және жасыл-көк түрінде тұз түзе
кездеседі. Арнайы жасақталған жағдайда +3 тіпті +5 тотыққан қоспаларын
алуға болады. Бұлар 1994 жылы Cu(B11H11)23- купроборан анионында кездескен.
Мыс карбонаты(ІІ) жасыл түске ие, сондықтан мыстан жасалған
ескерткіштердің, бұйымдардың және ғимараттардың жасылданып тұратыны
сондықтан. Мыс сульфаты(ІІ) гидратация кезінде көк түсті мыс купорасы
кристалына айналып, CuSO4∙5H2O, фунгицид түрінде қолданылады.. Және де
тұрақсыз мыс сульфаты(І) кездеседі. Мыстың екі тұрақты мыс оксиді бар – мыс
оксиді (І) Cu2O және мыс оксиді(ІІ) CuO. Мыс оксидтері иттрий барий мыс
оксидін (YBa2Cu3O7-δ) алу үшін қолданылады. Бұлар өте жоғары өткізгіштердің
негізі болып табылады. Мыс хлориді түссіз кристал (көбіне ақ ұнтақ,)
тығыздығы 4,11 гсм3. Құрғақ түрінде тұрақты. Ылғалды жерде оттегімен
тотығып, көк-жасыл түске енеді. Сульфит натрийнің тұз ерітіндісінде мыс
хлоридін(ІІ) синтездеп алуға болады. Мыстың көптеген қоспалары ақ немесе
түссіз түрде кездеседі. Бұл мыс ионындағы(І) барлық бес 3d орбиталінің
электрон буымен толыққанымен байланысты. Бірақ та Cu2O оксиді қызыл-қоңыр
түске ие. Мыс ионы(І) су ерітіндісінде тұрақсыз және жеңіл
диспропорционалданады[8-54 б].
(қатты)
Сонымен бірге мыс(І) суда ерімейтін қоспа түрінде немесе комплекс қоспа
түрінде кездеседі. Мысалы, дихлорокупрат(І)-ионы CuCl2 тұрақты. Оны
концентрленген тұз қышқылына қосып, мыс хлоридін алуға болады.
Мыс хлориді(І) ерімейтін, қатты, ақ зат. Басқа да мыс галогендері сияқты ол
коваленттік қасиетке ие және мыс галогені(ІІ)-ге қарағанда тұрақты. Мыс
хлориді(ІІ) қатты қыздыру кезінде мыс хлориді(І) алуға болады.
CO-мен тұрақсыз комплекс құрайды және қыздырған кезде ыдырайды.
Оны алудың тағы бір жолы концентрленген тұз қышқылында мыс пен мыс хлоридін
қайнатып алуға болады. Мұндай жағдайда алғашқы аралық қоспа комплексті
дихлоркупрат(І) ионы [CuCl2]- пайда болады. Осы ионы бар ерітіндіні суға
құйғанда мыс хлориді(І) шөгеді. Мыс хлориді(І) концентрленген аммиак
ерітіндісімен әрекеттесіп, диамминмыс(І) [Cu(NH3)2]+ комплексін түзеді. Бұл
комплекс оттегінсіз түссіз, ал оттегімен реакцияға түскен кезде көк түсті
қоспаға айналады[9-41 б].
Мыс табиғатта таза және қосылыс түрінде кездеседі. Мыстың өндірісте
қажеттілігі халькопирит CuFeS2 немесе мыс колчеданы халькозин Cu2S және
борнит Cu5FeS4 сияқты түрінде қолданылады. Сонымен бірге мыстың басқа да
минералдары ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит
Cu2CO3(OH)2 түрінде кездеседі. Мыс кейде таза түрінде де кездеседі. Кейбір
жерлерде 400 тоннаға дейін анықталған. Мыс сульфиттері негізінен орташа
температураны гидротермальды жерлерде пайда болады. Мыстың кейбір бөліктері
құмтөбелермен шөлдерде кездеседі. Бұндай жерлер Ресейде Чита облысында –
Удокан кен орнында, Қазақстанның Жезқазғанында, Орталық Африканың мыс
белдеуінде, Германияның Мансфельд кен орнында бар.Бұдан басқа мысқа бай
ккен орындары Чилиде (Эскондида және Кольяуси) және АҚШ(Моренси). Мыс
рудасы көбіне ашық әдіспен өндіріледі. Ал рудадағы мыстың мөлшері 0,3-1% ға
дейін құрайды. Техниканың көптеген облыстарында мыс қосылған құймалар
кеңінен қолданылады. Оның ішінде ең тараған түрлері жоғарыда аталған қола
мен латунь бар. Екі құймада көптеген материалдардың негізгі аты болып
айтылады. Құрамына мырыш пен қалайыдан басқа никель, висмут және басқа да
металдар қолданылуы мүмкін. Мысалы, 16-18 ғасырда артилерияның оқ-дәрісінің
құрамына мына негізгі үш металл кірген – мыс, қалайы, мырыш. Қару даярлау
даярланған уақыты мен жеріне байланысты құрамы өзгертіліп отырған. Біздің
кезімізде әскери өнеркәсіпте латунь гильза жасауға пайдаланылады. Машина
детальдарын жасау үшін мыстың мырышпен, қалайымен, алюминиймен және басқада
металдардың құймаларының беріктігі үшін қолданылады.(мысалы, 30-40 кгсмм2
құймада және 25-29 кгсмм2 та*а мыста). Мыс құймаларына (берилий және
алюминий қоласынан басқа) термиялықлық өңдеу жүргізілмейді, олардың
механикалық қасиеттерімен ұзақ тозбастығы химиялық құрамымен және оның
қоспа құрылысына әсер етуімен анықталады. Мыс құймаларының қатаңдығы
құрыштан төмен. Мыс құймаларының негізгі ерекшелігі төмен үйкелу
коэффициентіне иелігі. Сонымен бірге көптеген құймалардың жоғарғы
өткізгіштігімен және электрөткізгіштігінің коррозияға мықтылығымен түрлі
орталарда қолданылуына жол ашады. Үйкеліс коэффициентінің шамасы барлық мыс
құймаларында бірдей. Бірақ механикалық қасиетімен тозуға шыдамдылығы және
әртүрлі ортада коррозияға ұшырауы құймалардың құрамы мен құрылысына
байланысты. Қатаңдығы екі фазалы құймаларда иілгіштігі бір фазалы
құймалардан жоғарырақ. Мыстыникель құймалары ақша жасауда (тиын жасауда)
қолданылады, және де адмиралтиалық құймаларда, кеме жасауда кеңінен
қолданылады. Себебі теңіз суының коррозиясына шыдамдылығына байланысты
қолданылады[10-103 б].
Мыс сонымен бірге қатты заттардың да құрамына кіреді. Бұлар – қайнау
температурасы 590-880 °С бойынша металдармен жақсы кірігу қасиетіне
байланысты әртүрлі металдан жасалған мықты қоспаларда пайдаланылады,
әсіресе, әртекті металдардың құрамында құбыр арматурасынан бастап ракеталық
двигательдерге дейін.
1.4 Мыстың бір және екі валентті қосылыстары.
Мыс қосылыстарында бір және екі валентті. Мыстың бір валентті
қосылыстарына Cu2О, CuОН, СuCl, Cu2S жатады. Мыс (І) оксиді Cu2О – қызыл
түсті кристалл, балқу t 1240ӘC, суда ерімейді. Табиғатта куприт
минералы түрінде кездеседі. Сu-ды аз мөлшердегі оттек қатысында қақтау, CuО-
мен мыс қоспасын қыздыру, т.б. әдістер арқылы алады. Мыс
купоросы өндірісінде, шыны, керамик а, глазурь үшін пигмент ретінде
қолданылады. Жанама жолмен алынған мыс (І) гидроксиді CuОН – суда ерімейтін
зат. Ол аммиакпен [Cu(NH3)2]ОН ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz