Нанотехнология жайында

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Нанотехнология

Жоспары

«Нано» бірлігі дегеніміз не?

Нанотехнология дегеніміз не?

Нанотехнологияның пайда болуы

Заттың атомдық құрылымы

Көлемді материалдардың қасиеттері

Наноқұрылымдарды сызықтық өлшемдері бойынша классификациялау

Наноқұрылымды материалдарды алу жолдары

Көміртектік нанотүтікшелер

Наноэлектроника - ақпараттық технологиялардың негізі

«Нано» бірлігі дегеніміз не?

Нанотехнология саласы өлшемдері метрдің миллиардтық үлесіне шамалас болатын заттың әртүрлі құрылымдарын зерттейді. Наноқұрылымдық заттар ерекше қасиеттер мен сипаттамаларға ие болады. Егер құрылымның бір өлшемі ғана нанометрге жуық болса, мұндай құрылым кванттық қудық деп аталады. Егер заттың екі өлшемі нанометрге жуық болса, онда ол наносым деп аталады. Наносым мен наноқудықтың электрондық құрылысының айырмашылығы үлкен болады. Кванттық нүкте деп үш өлшемі де нанометрлік болатын құрылымды атайды.

Нанотехнология дегеніміз не?

Бөлек атомдар және молекулалар деңгейінде 1-ден 100 нм дейінгі аралықта заттың құрылысын өзгерту технологиялары мен әдістемелер жиынын нанотехнология деп атайды.

Өлшемдері нанометр шамасындағы заттардың қасиеттері макрозаттардың қасиеттерінен әлдеқайда өзгеше болатыны анықталған. Мұндай ерекше қасиеттер наноқұрылымда кванттық эффекттердің басымды болғанына байланысты.

Наноқұрылымды заттарға тән ерекше қасиеттерді пайдалану электроника, материалтану, химия, биология, информациялық технологиялар және тағы да басқа салалар үшін жаңа технологиялық мүмкіндіктер туғызады. Жаңа материалдар мен жаңа әдістемелердің пайда болуы нағыз ғылыми-техникалық революцияға әкеліп соқпақ.

Нанотехнологияның пайда болуы

Соңғы онжылдықтағы нанотехнология саласының қарқынды дамуы растрлық туннельдік микроскоптың жасалып, зерттеушілердің оны кеңінен қолдануына байланысты екені анық.

Бұл микроскоп ең алғашқы 1986 жылы IBM фирмасының лабораториясында кремний монокристалдарының бетіндегі тегіс-сіздіктерді зерттеу үшін жасалды.

Келесі суретте растрлік тунельдік микроскоптың жұмыс істеу

принципі келтірілген.

Нанотехнологиялардың информациялық технологиялар саласында қолдануы жаңа шалаөткізгіштік құралдар мен есте сақтау құрылғыларын жасауға мүмкіндік береді. Оның нәтижесінде компьютерлердің энергия тұтынуы әлдеқайда азаяды, сипаттамалары көп есе артады

Заттың атомдық құрылымы

Қатты денелердің көптеген қасиеттері олардың сипаттамалық өлшемдеріне тәуелді болады. Көлемді материалдарды қарастырған кезде микроскопиялық бөлшектері орташаланады. Физиканың макромасштабтарга байланысты дәстүрлі аумақтарында - механикада, электромагнетизмде, оптикада миллиметрден километрге дейінгі өлшемдегі үлгілер қарастырылады.

Көлемді материалдардың қасиеттері (мысалы, тығыздық, Юнг модульі, электрлік кедергі, магниттелу, диэлектрлік өтімділік т. б. ) орташа сипаттамаларға ие болады. Ал материал наноқұрылыммен сипатталған кезде оның көп қасиеттері өзгереді.

Көптеген қатты денелер реттеліп орналасқан атомдардан тұратын кристалдық құрылымға ие болады. Оларда алыстан реттелу (дальний порядок) болғандықтан бүкіл кристалл бойында реттелу таралады.

Кристалдық тор үш тор параметрімен және олардың арасындағы үш бұрышпен сипатталады:

14 Бравэ торы болады, ең төмен симметриялы тор - триклинді тор болып табылады

Ал ең симметриялысы - кубтық тор

осы 14 Бравэ торлары 7 жүйеге бөлінеді. Кубтық жүйеде үш Бравэ торы болады: қарапайым кубтық, ОЦК және ГЦК.

Көптеген металдар ГЦК, ГПУ және ОЦК сияқты тығыз жинақталған торға кристалданады. Ag, Al, Au, Co, Cu, Pb, Pt, Rh және асыл газдар Ne, Ar, Kr, Xe ГЦК торға кристалданады.

Mg, Nd, Os, Re, Ru, Y, Zn -сияқты металдар ГПУ торға кристалданады. Кейбір металдар ОЦК торға кристалданады, ал Cr, Li, Sr сияқты кейбір металдар кристалдану шарттарына байланысты тығыз жинақталған торлардың барлық үш түріне де кристалдануы мүмкін.

ГЦК торда әрбір атомның 12 көршісі болады, сондықан мұндай элементар ұяшықта 13 атом болады. Осылайша мұндай 13 атом ГЦК тор үшін мүмкін болатын нанобөлшектердің ең аз санын құрайды. Сонымен қатар осы атомдардың жазық қырлар арқылы бірігуінен алынатын кубооктаэдр көрсетілген. Суреттің оң жоғарғы бөлігінде орналасқан үш ақ шар жоғарғы қабаттың үш атомына сәйкес келеді, алты қара шар мен көрінбейтін орталық атом ортанғы қабатты құрайды, ал сол жақтағы төменгі шар - төменгі жазықтықтағы көрінбейтін атомдардың біреуі болады. егер бөлшекке тағы бір атомдар қабатын өсіретін болсақ, яғни тағы 42 атом қосатын болсақ, 55 атомнан тұратын бөлшек алынады.

Осындай бөлшекке қабаттар жалғау арқылы атомдарының қосындылық саны N = 1, 13, 55, 147, 309, 561, …, болатын тағы да үлкен бөлшектер алуға болады. Бұл сандар құрылымдық сиқырлы сандар деп аталады. Егер осы процедураны ГПУ нанобөлшек тұрғызу үшін қолданатын болсақ, сиқырлы сандардың басқа 1, 13, 57, 153, 321, 581, … қатарын аламыз. Мұндай сиқырлы сандар құрылымдық сандар де п аталады., Оларды көлемді минимизациялап, нанобөлшектердің тығыздықтарын максимизациялау арқылы алады. Бұл сиқырлы сандардың нанобөлшектердің электрондық құрылымына ешқандай байланысы болмайды.

Наноқұрылымдарды сызықтық өлшемдері бойынша классификациялау

Наноқұрылымдардың сызықты өлшемдеріндегі айырмашылықтар оларды нөл-, бір-, екі-, және үшөлшемді (сәйкесінше 0D-, 1D-, 2D-, и 3D-нанобөлшектер) деп бөлуге мумкіндік береді.

Нөл өлшемді наноқұрылымдарға еркін (бос) және орнықты кластерлер, фуллерендер және кванттық нүктелер жатады.

Нанобөлшектердің максималды өлшемі 100 нм, олардың нанобөлшек аталуын олардың өлшемдерімен емес, оларда көлемді фазадан ерекше жаңа қасиеттердің көрініс беруімен байланыстырады. Зат макроөлшемнен наноөлшемге ауысқан кезде оның қасиетері жылдам өзгереді - меншікті беттік энергия артқан сайын оның беттік керілуі, балқу температурасы және құрылымдық ауысу температурасы өзгереді.

Сонымен қатар, құрылымның өзі, оның электрондық сип аттамалары, яғни физика-химиялық қасиеттерінің бүкіл спектрі өзгеруі мүмкін.

Бұдан басқа темплаттық әдістерде нанобөлшектер алынатын өнімнің пішіні мен өлшемін қалыптастыратын қатты заттың бетіне қонады.

Көміртектік емес нанотүтікшелер фото- және электро-люминофорлар, жарық қоздырушы және лазерлік диодтар, ультрашапшаң нанолазерлер ретінде, сонымен қатар оптоэлектрондық құрылғыларда қолданылуы мүмкін.

Нанодисперсиялар немесе коллоидтық бөлшектер дегеніміз заттың ұсақ бөлшектерінің сұйықтағы ерітіндісі болып табылады. Коллоидтық ерітінділерде бөлшектер ыдыстың түбіне тұнбайды немесе өте ұзақ уақытта тұнады. Коллоидтық бөлшектердің заряды болады. Желатин, крахмал, кисель, сияқты заттар, косметика өнімдері коллоидтық бөлшектерден тұрады.

А2В6 шалаөткізгіштердің коллоидтық бөлшектері жарқын люминесценция қасиетіне ие болады және кванттық нүктелер ретінде қолданылады. Металл оксидтері болатын магниттік коллоидтық бөлшектер магниттік гипертермия әдісімен рак ауруларын емдеуде қолданылады. Полистирол мен кремний оксидының сфералық нанобөлшектері фотондық кристалдар алу үшін қолданылады.

Нанокластерлерді техникада кеңінен қолданады, мысалы, органикалық синтезде ауыспалы металдардың нанокластерлерінің жоғары катализдік активтілігін к еңінен қолданады. Жартылайөткізгіш материалдардың органикалық немесе силикаттық матрицада таралған кластерлерінің ерекше оптикалық және электрондық қасиеттері төменгі жүйелер мен сызықсыз оптика физикасы мен химиясы аумағында жұмыс істейтін зерттеушілердің назарын аударады.

Фуллерендер - көпқырлы полиэдрдің бетінде орналасқан атомдардың жұп санынан тұратын көміртегінің кластерлері. Ең белгілі фуллеренннің С ₆₀ молекуласының өлшемі 1 нм, ал молекуланың өзі футбол добының формасын түзетін ковалентті әсерлесумен байланысқан көміртегінің 60 атомынан тұрады. Фуллерен идеал шарларды Ван-дер-Ваальс күші арқылы ұстап тұратын көміртегінің жаңа аллотропиялық модификациясы болады.

Наноқұрылымды материалдарды алу жолдары

Қазіргі кезде наноматериалдардың түрлерін алудың көптеген өндірістік әдістері бар. Алайда осы ерекше материалдар мен олардың негізіндегі композиттерді алу әдістерінің көп бөлігі әлі де технологиялық дайындау сатысында тұр.

Қазіргі өндірістегі дамуы мен көлемі жағынан алдынғы орындағысы - наноұнтақтар дайындау. Мұндай ұнтақтар автомобильдердің жану газдарының катализаторлары (11, 5 тыс. тонн), абразив (9, 4 тыс. тонн), магниттік жазуға арналған материалдар (3, 1 тыс. тонн) және күннен қоғайтын материалдар (1, 5 тыс. тонн) ретінде қолданылады.

Наноұнтақтарды алу әдістерін шартты түрде екіге бөледі: химиялық және физикалық.

бұл әдістерді бөлу тек шартты түрде ғана болады. Себебі реакциялық газдар ортасында буландыру кезінде химиялық реакциялар үлкен рөл атқарады. Сондай-ақ кө птеген химиялық әдістер физикалық құбылыстарға негізделген (төменгі температуралық плазма, лазерлік сәулелендіру т. б. )

Химиялық әдістер әмбебап әрі өнімдірек болып келеді. Алайда, бөлшектердің өлшемін, құрамын және пішінін басқару физикалық әдістерді, оның ішінде, конденсациялық әдістерді қолдану кезінде оңай жүзеге асырылады.

Буландыру және конденсация - бұл наноұнтақтарды алудың ең қарапайым тәсілі. Оқшауланған нанобөлшектерді инертті газ атмосферасында бақыланатын температурада металды, қоспаны немесе жартылай өткізгішті буландыру арқылы алады.

Вакуумдегіден ерекшелігі инертті атмосферада буландырылған заттың атомдары газ атомымен соқтығысқан кезде кинетикалық энергиясын тезірек жоғалтады. Әр түрлі газдарда әр түрлі металдардың буландырылуы арқылы алынған бөлшектерді зерттеу бөлшектің өлшемі инертті газдың атомдық салмағы мен қысымға тәуелді болатынын, буландыру жылдамдығы аз әсер ететінін көрсетті. Н ₂ , Не және Аr атмосферасында газ қысымы 0, 1 - 0, 9 ден 2, 7 - 3 мм сын. бағ. болған кезде алюминий буының конденсациясы диаметрі 20 дан 100 нанометрге дейінгі бөлшектердің түзілуіне алып келеді. Кейінірек металл буларын Аr мен Не-де бірге конденсациялау арқылы жоғары дис персті, диаметрлері 16 - 50 нанометр сфералық бөлшектер түрінде түзілетін қоспалар Аu-Сu, Fе-Сu алды. Өлшемі ≤ 20 нм бөлшектер сфералық пішінді, ал ірі бөлшектер көпжақтар түрінде болады.

Көміртектік нанотүтікшелер

Алғашқы рет 1991 жылы NEC жапон компаниясының лабораториясында графитті электр доғасында шашыратқан кезде алған. Кейін зерттеушілер оларды графит пен көмірсутектерден синтездеудің бірнеше әдістерін тапты. Синтез шарттарына байланысты жұқа ұзын цилиндр тәрізді бірқабаттық көміртектік нанотүтікшелерді алуға болады. Олардың диаметрі 0, 4-100 нм, ал ұзындығы 1-100 мкм үлкен аралықтарда өзгеруі мүмкін. Көміртектік нанотүтікшелердің беріктілігі мен өткізгіштігі жоғары болады, олар механикалық кернеулер әсерінен құрылымын өзгерте алады, өзгеше магниттік және оптикалық қасиеттерге ие болады.

Көміртекті нанотүтікшелердің қасиеттері

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.