Нанотехнология және наножүйелер
1. Нанотехнология және наножүйелердегі негізгі түсініктер
2. Нанотехнология дамуының қысқаша тарихы
3. Нанотехнологияның Қазақстан республикасындағы даму мүмкіндіктері
4. Наноматериалдарды тұрмыста қолдану мүмкіндіктері
5. Нанокристалдар
7. «Чиптегі зертхана»
8. Наноботтар
9. Нанообьекті және наножүйелер
10 Наноұнтақтардың жіктелуі және алу әдістері
11. Фуллерендердің құрылымы және физикалық қасиеттері
12. Наножіпшелер түрлері мен қасиеттері
13. Көміртекті материалдардың жіктелу диаграммасы
14. Нанобөлшектердің талшық тәрізді формасының морфологиясы
15. Нанобөлшектердің жинақталуы
16. Нанотехнологияның медицинада қолданылу мүмкіндіктері
17. Нанотехнологияның электроникада қолданылу мүмкіндіктері
2. Нанотехнология дамуының қысқаша тарихы
3. Нанотехнологияның Қазақстан республикасындағы даму мүмкіндіктері
4. Наноматериалдарды тұрмыста қолдану мүмкіндіктері
5. Нанокристалдар
7. «Чиптегі зертхана»
8. Наноботтар
9. Нанообьекті және наножүйелер
10 Наноұнтақтардың жіктелуі және алу әдістері
11. Фуллерендердің құрылымы және физикалық қасиеттері
12. Наножіпшелер түрлері мен қасиеттері
13. Көміртекті материалдардың жіктелу диаграммасы
14. Нанобөлшектердің талшық тәрізді формасының морфологиясы
15. Нанобөлшектердің жинақталуы
16. Нанотехнологияның медицинада қолданылу мүмкіндіктері
17. Нанотехнологияның электроникада қолданылу мүмкіндіктері
Нанотехнология - белгілі атомдар мен молекулаларға манипуляция жасай отырып, белгіленген атомдық құрылымдық өнімдерді шығару әдістерінің жиынтығы. Нанотехнология нанометрлік өлшемдегі денелермен жұмыс істейді.
Жаңа ғылымның аты бәріне белгілі технология (грек тілінен techne - өнер, шеберлік, Іоgos-ғылым) деген ұғымның алдына қосымша «нано» деген сөздің қосылғанын оңай байқауға болады. «Нано» қосымшасы (грек тілінен NANOY-қортық, гном) - жалпы бір нәрсенің миллиардтан бір бәлігін (10-9) көрсетеді. Мысалы: нанометр- метрдің миллиардтан бір белігі. Салыстыру үшін, 1 нм, шаштың қалыңдығынан 100 мың есе аз екендігін айтуға болады.
Наноматериалдар жеңіл, жұқа, берік, қоршаған ортаға байланысты өздерінің қасиеттерін өзгертетін «ақылды» материалдар, өте жоғары және төмен температураға шыдамды және космоста пайдаланылады.
Жаңа ғылымның аты бәріне белгілі технология (грек тілінен techne - өнер, шеберлік, Іоgos-ғылым) деген ұғымның алдына қосымша «нано» деген сөздің қосылғанын оңай байқауға болады. «Нано» қосымшасы (грек тілінен NANOY-қортық, гном) - жалпы бір нәрсенің миллиардтан бір бәлігін (10-9) көрсетеді. Мысалы: нанометр- метрдің миллиардтан бір белігі. Салыстыру үшін, 1 нм, шаштың қалыңдығынан 100 мың есе аз екендігін айтуға болады.
Наноматериалдар жеңіл, жұқа, берік, қоршаған ортаға байланысты өздерінің қасиеттерін өзгертетін «ақылды» материалдар, өте жоғары және төмен температураға шыдамды және космоста пайдаланылады.
Нанотехнология және наножүйелердегі негізгі түсініктерді атаңыз
Нанотехнология дамуының қысқаша тарихын сипаттаңыз
Нанотехнологияның Қазақстан республикасындағы даму мүмкіндіктерін атап көрсетіңіз
Наноматериалдарды тұрмыста қолдану мүмкіндіктерін түсіңдіріңіз
Нанокристалдар дегеніміз не?
Нанокатализаторлар туралы не білесіз?
Чиптегі зертхана туралы не білесіз?
Наноботтар туралы не білесіз?
Нано әлемде қандай ерекшеліктер бар?
Нанообьекті және наножүйелерге мысалдар келтіріңіз және олардың негізгі технологиялық ерекшеліктерін атаңыз
Наноұнтақтардың жіктелуі және алу әдістерін көрсетіңіз
Фуллерендердің құрылымы және физикалық қасиеттерін көрсетіңіз
Наножіпшелер түрлері мен қасиеттері, қолданылу аймақтары қандай?
Көміртекті материалдардың жіктелу диаграммасын сипаттаңыз?
Фуллерен терминінің қалыптасуын түсіндіріңіз
Көміртекті нано түтікшелер құрылысы және түрлерін атаңыз
Металдық нанокластерлер дегеніміз не?
Көміртекті нанобөлшектердің негізгі морфологиялық түрлерін атаңыз
Кванттық шұңқырлар, сымдар және нүктелер ұғымын түсіндіріңіз
Нанобөлшектердің талшық тәрізді формасының морфологиясы
Электрондық микроскоп әдістерін түсіндіріңіз
Скнирлеуші туннельді микроскопия жөнінде не білесіз?
Атомдық күштік микроскопия қалай жүзеге асырылады?
Кеуекті материалдардың меншікті беттік ауданы қалай анықталады?
Наноқосылыстарды алудың қандай әдістерін білесіздер?
Нанотүтікшелерді алудың қандай әдісін білесіз?
Нанобөлшектерді жалында алу қалай жүзеге асырылады:
Нанобөлшектердің жинақталуын түсіндіріңіз
Нанотехнологияның медицинада қолданылу мүмкіндіктері
Нанотехнологияның электроникада қолданылу мүмкіндіктері
Темір нанобөлектерін қалай алуға болады?
Күміс нанобөлшектерін қалай аламыз?
Алтын нанобөлшектерін алу әдістеріне тоқталыңыз
Наноматериалдар түзілуінің кватаронды механизмі, Кватаронды механизмнің салдарын сипаттаңыз
Наножүйелер түзілуінің моделі және Сирстің Дислокациялық моделін түсіндіріңіз
Бу-сұйық-кристалл моделін түсіндіріңіз
Наножүйелердің доменді моделі дегеніміз не?
Нанообьектілер алу процессы жоғарыдан төмен және төменнен жоғары сипаттап беріңіз
Нанообьектілердің механоактивациясы және механосинтезі туралы не білесіз
Жоғары температурада өздігінен таралу синтезі қалай жүзеге асады?
Наноматериалдарды алудың физикалық, механохимиялық және химиялық әдістерін атаңыз
Наноматериалдарды алудың электр доғалық әдісі дегеніміз не?
Наноматериалдарды алудың лазерлі абляция әдісін көрсетіңіз
Наноматериалдарды алудың пиролиздік әдісі қалай жүзеге асады?
Наноматериалдарды алудың золь-гель әдісі деген не?
Наноматериалдарды алудың каталитикалық синтезін сипаттаңыз
Наноматериалдарды алудың гидротермальді әдісі қалай жүреді?
Нанобөлшектердің электрлік қасиеттері туралы не білесіз
Нанобөлшектердің магнитті қасиеттерін атап көрсетіңіз
Наноматериалдарды функционализациялау қалай жүзеге асады?
Нанотехнологияны биотехнологияда, химияда қолдану қалай жүзеге асырылады?
Нанотехнологияны оптика, электроника, құрылыста пайдалану мүмкіндіктерін қарастырыңыз
Наноматериалдарды пайдаланып композитті материалдары қалай алуға болады?
Нанодисперсті күйдегі заттардың улылығын сипаттап көрсетіңіз
Нанонысандар алудағы CVD әдісі туралы не білесіз
Нанонысандар алудағы PVD әдісі туралы не білесіз
Нанобөлшектер алудың электрохимиялық әдісін түсіндіріңіз
Нанонысандарды зерттеуде инфра қызыл спектроскопия әдісін қалай қолданамыз?
Жарықтандырғыш электрондық микроскопия нанонысанды зерттеуде қалай жүзеге асырылады?
Рентген дифракционды әдіс қалай қолданылады?
Нанотехнология және наножүйелердегі негізгі түсініктерді атаңыз
Нанотехнология - белгілі атомдар мен молекулаларға манипуляция жасай отырып, белгіленген атомдық құрылымдық өнімдерді шығару әдістерінің жиынтығы. Нанотехнология нанометрлік өлшемдегі денелермен жұмыс істейді.
Жаңа ғылымның аты бәріне белгілі технология (грек тілінен techne - өнер, шеберлік, Іоgos-ғылым) деген ұғымның алдына қосымша нано деген сөздің қосылғанын оңай байқауға болады. Нано қосымшасы (грек тілінен NANOY-қортық, гном) - жалпы бір нәрсенің миллиардтан бір бәлігін (10-9) көрсетеді. Мысалы: нанометр- метрдің миллиардтан бір белігі. Салыстыру үшін, 1 нм, шаштың қалыңдығынан 100 мың есе аз екендігін айтуға болады.
Наноматериалдар жеңіл, жұқа, берік, қоршаған ортаға байланысты өздерінің қасиеттерін өзгертетін ақылды материалдар, өте жоғары және төмен температураға шыдамды және космоста пайдаланылады. Нанотехнология қазіргі кезде үш бағытта жетілуде: 1) Молекулалардың және атомдардың өлшеміндей электронды схемалар жасау;
2) Молекулалардың және атомдардың өлшеміндей механизмдерді жасау; 3) Молекулалардан және атомдардан денелер жасау.
Нанотүтікше. 1991 жылы профессор Сумио Иидзима ұзын көміртекті цилиндр - нанотүтікті байқаған. Нанотүтік - диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болатын милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтіктер сирек кездесетін өте берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз.
Нанотүтікшелерден косманавттар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, өте берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа шатыр жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшелердің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) езгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді.
Наноқаптама. Кварцтың нанобөлшектерінен және полимерлерден тұрады. Автомобиль әйнектерін ластану-дан, ылғалдан, сырылудан сақтайды. Наноматалар. 1947 жылы транзистор пайда бола бастағаннан жартылай өткізгішті материалдар технологиясында кремний құрылғыларының өлшемдері біртіндеп кішірейе бастады. Бір жағынан, оптикалық және магниттік есте сақтау құрылғыларының жылдамдығы артып, көлемі кішірейе бастады. Қазіргі уақытта қатты оптикалық және магниттік дискілердің тығыздығы 1 гигбайт\кв дюймге жетті.
Нанодеңгейге жататын заттарды анықтау келесі шарттардан тұрады:
1. өлшемі 100 нм тең немесе кіші және бір координата бойында болса да сызықты өлшемді дербес тұрақты фаза;
2. заттың негізгі бөлігі объектінің беткі қабатында орналасады;
3. осы заттың бір қасиеті болса да бөлшектердің сызықты параметрінің өзгерісіне тәуелді
Нанотехнология және медицина. Жараны орайтын бинт күміс нанобөлшектерінен жасалынған. Ол жарадағы бактерияларды жойып, тез жазады. Медециналық нанодиогностикамен адам ағзасының жасушаларына дәрілерді бағытталған жеткізу,медициналық нано роботтар ,молекулалық нанохирургия мен биологиялық жасушалар наножөндеу сияқты салалрды қолдануға мүмкіндік береді.Бионанотехнология дамуының негізгі стимулы халықтың үлкен жастағы бөлігінің денсаулығын сақтау мәселесі болып табылады.едециналық нанодиогностикамен адам ағзасының жасушаларына дәрілерді бағытталған жеткізу,медициналық нано роботтар ,молекулалық нанохирургия мен биологиялық жасушалар наножөндеу сияқты салалрды қолдануға мүмкіндік береді.Бионанотехнология дамуының негізгі стимулы халықтың үлкен жастағы бөлігінің денсаулығын сақтау мәселесі болып табылады.
2. Нанотехнология дамуының қысқаша тарихын сипаттаңыз.
Аңыз-ертегілердегі аспанға ұшатын ағаш ат пен кілем, желаяқ етіктер, аста-төк дастархан, қияндағыны көз алдыңа алып келетін қол айна секілділер шындыққа айналып, дәл қазір "көне дүниелер" санала бастады. Нанотехнология да өмірге осындай қиял мен әуестік нәтижесінде келген еді. 1986 жылы студент Эрик Дрекслер өзінің "Жасампаз машина" аталатын футуристік эссесінде тұңгыш рет молекулярлы технология атауын қолданады. Ол фантаст-жазушы Станислав Лемнің идеяларына өз қиял-болжамдарын қосақтай отырып, "Саналы тіршілік ортасының" жалпы бет-бейнесін жасап шығады. Осы болжамға сәйкес, XXI ғасырда нанороботтар әрбір заттың, әрбір адам ағзасының ішіне енгізіледі де, адамзат қоршаған әлеммен бірге тұтастай саналы компьютерге айналады. Мұндай идея Эссе Дрекслерден бұрынырақ пайда болған көрінеді. 1981 жылы ІВМ корпорациясының швейцариялық филиалындағы екі инженер, Герд Бинниг пен Гейнрих Рорер мәнерлеп туннельдеуші микроскоп ойлап тауыпты. Микроскоптың құрылымы аса қарапайым: шамалы қысымға қосылған аса жіңішке ине бір нанометр шамасындағы қашықтықта материалдың үстімен жылжып отырады. Осы кезде инелердің өткір ұшы материалдың беткі қабатына электрондарды тесіп өткізеді де, соның нәтижесінде шамалы тоқ пайда болады, оның көлемі ине мен беткі қабаттың арасындағы қашықтыққа байланысты болады. Осылайша материалдың беткі қабатынан жекелеген атомдарды "ажыратуға" мүмкіндік туады. Бұл ғылымның пайда болуын 1959 жылы Нобель сыйлығының лауреаты, АҚШ физигі Р.Фейнманның жеке атомдарды манипулятор көмегімен қозғалту мүмкіндіктері туралы жасаған баяндамасымен байланыстырады. Нанотехнология терминін қолданысқа алғаш рет 1974 жылы жапон физигі Норио Танигути енгізген. Макроскопиялық заңдылықтарға сүйенетін басқа инженер ғылымдардан нанотехнологияның негізгі ерекшелігі, нанонысандар үшін кванттық және молекулааралық өзара әсерлесуінің күшті болуына байланысты. Нанотехнология саласындағы зерттеулер қазірдің өзінде практикалық маңызы зор нәтижелер беруде.
3. Нанотехнологияның Қазақстан республикасындағы даму мүмкіндіктерін атап көрсетіңіз
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.
Қазіргі уақытта дүние жүзінде 1600 ғылыми-техникалық компаниялар мен фирмалар, зертханалар мен орталықтар нанотехнологиялық зерттеулермен айналысуда. Нанотехнология саласы енді ғана дамып келе жатқанымен, оның жемістері әскери, әуе және космонавтика салаларында баяғыдан бері қолданылып келеді. Бірақ, құпиялық жағдайға байланысты, бұл технология туралы ақпарат тек ғалымдар мен әскер басшыларына ғана белгілі болатын. Кейінгі кездерде алынған нанотехнология нәтижелерін өндірісте (медицина, электроника, ауыл шаруашылығы, машина құрастыру тб.) көптеп қолдану мүмкіндігінің ашылуына байланысты, алдыңғы қатарлы дамыған мемлекеттерде көптеген зерттеу жұмыстары жүргізілумен қатар, сол зерттеулерге байланысты қолданылатын техникалар өндіріліп жатыр.Қазақ жерінде нанотехнологияларды дамыту мақсатымен мемлекет тарапынан қолдау көрсетіліп жатыр. Мемлекет басшысы Нұрсұлтан Әбішұлы Назарбаевтың жетекші он жоғары оқу орындарында инженерлік зертханалар құру тапсырмасына байланысты мемлекет тарапынан қаржы бөлініп, сатып алынған электронды микроскоптар, спектрометрлер тб. құралдар нанотехнология элементтерін жүзеге асыруға мүмкіндік берумен қатар, оның әрі қарай дамуына үлес қосып жатыр. Ал көлемді зерттеу жүргізу қиын іс болғандықтан, көптеген зерттеулерді шет мемлекеттерде жүргізуге мәжбүр болып отырмыз. Себебі, нанотехнологияның қазіргі жағдайы химия, физика, информатика, механика сынды ғылымды жетік меңгерген, біліктілігі мол мамандардың бірлесе отырып жұмыс істеуін қажет етеді. Бұған қоса, мамандар заманауи техникамен жұмыс істей білуі қажет. Ал ол үшін, әрине, мол тәжірибе қажет. Ал Болашақ бағдарламасының ғылыми тағылымдамадан өту бастамасы мамандарымыздың біліктілігін арттыруға мүмкіндік беретіні сөзсіз. Нанотехнология - ХХІ ғасырдағы ғылыми-техникалық дағдарыстың жетістігі десек, қателеспейміз. Өкінішке орай, адамдарға бүгінгі нанотехнологиялар 50 жыл бұрынғы ядролық технология тәрізді таныс емес дүние болып тұр.
Сонымен, нанотехнология дегеніміз - молекулалардың жиынтығынан құрылған ерекше бір физикалық қасиеті бар материал. Немесе бір сөзбен айтқанда, заттың бөлшегінен тұтас бір жаңа дүние ойлап шығару дегенді білдіреді. Мәселен, қазір Жапония елінде осы нанотехнологияның арқасында 18 келілік бронды сауыттың орнына жеңіл, әрі киюге ыңғайлы көміртекті бронды жейде жасалынып отыр. Шетелдегідей көп болмағанымен, мұндай жаңалықтан қазақ ғалымдары да құр алақан болып отырған жоқ. Мұрат Құрмашұлы әріптестерімен бірге дәрілік нанокапсула жасап шығарған болатын. Оның ерекшелігі болмашы ғана бөлігін сырқат жүрекке жақса, науқас инфарктан жылдам оңалады. Бұған қоса, нанокапсуланың әсері өте тез.Осындай ғылыми жетістіктеріміз көбейе берсін деген тілекпен, Қазақстандық ғалымдарға айтар бір сөзім бар: сәттілік.
4. Наноматериалдарды тұрмыста қолдану
Қазіргі уақытта наноматериалдар мен нанотехнологияларды қолданатын негізгі салалар: конструкциялық материалдар, инструменталдық материалдар, өндірістік технологиялар, триботехника, материал беттерін қорғау, әскери іс, электр-магнит және электрондық техника, ядролық техника, медицина мен биотехнологияда көп қолданылады. Конструкциялық материалдарда тығыздығы жоғары наноқұрылымдық материалдар қолданылады. Себебі тығыздығы жоғары болса, тозуға төзімді материалдарды алуға болады. Сонымен қатар көміртекті наноталшықтармен және фуллерендермен динамикалық соққыдан қорғайтын брондар мен бронжилеттер жасауға қолданылады. Наноматериалдарды өндірістік технологияда қолдану маңызды роль атқарады. Қиын балқитын наноұнтақтарды болаттар мен құймаларға, комплекстердің механикалық қасиетін жақсартуға және катализатор ретінде қолдануға болады. Материалдарды қорғау. Бұйымдар дұрыс функционалдануы үшін олардың беттерінің жоғары су- және май ығыстыратын қасиеттерін қамтамасыз ету керек. Мұндай бұйымдарға автомобиль әйнектері, ұшақтарды және кораблдерді әйнектеу, қорғаныш костюмдері, сұйықтарды сақтайтын резервуарлар қабырғалары, құрылыс конструкциялары және т.б. мысал болып табылады. Осы мақсаттарда 20-50 нм өлшемді титан оксиді және полимер байланыстырушы негізіндегі жамылғы жасауда қолданылады. Медицина және биотехнология.Таза наноқұрылымды материалдарды жеке алғанда Ті-ды қолданудың маңызды облысы оларды медициналық мақсатта - имплантанттарды, протездерді және травматологиялық аппараттарды дайындау үшін қолдану болып табылады. Наноматериалдарды қолданудағы шектеулер.Наноқұрылымды конструкциялық материалдарды қолданудағы маңызды шектеу олардың дәнек шекараларының көлемдік үлесінің үлкен болуынан коррозияға( беттегі атомдардың және дәнек шекаралары бойынша атомдар диффузиясы, коррозиялық әсерлермен үйлесімділіктегі жоғары температуралар, радиация, дәнек шекаралары бойынша химиялық құрамның өзгерістерге бейімділігі құйма құрамы) бейімділігі болып табылады. Осыған байланысты олар осындай коррозия жағдайында ( беттен және дәнек шекаралары бойынша атомдардың диффузиясы, коррозиялық әсерлермен жоғары температуралардың бірігуі, дәнек шекарасы бойынша химиялық құрамның өзгерістеріне қабілетті құйма құрамы және т.б.) жұмыс істеуге жарамсыз болып табылады. Басқа маңызды шектеу наноматериалдар құрылымының орнықсыздығы, осылайша олардың қасиеттерінің орнықсыздығы болып табылады.
5. Нанокристалдар дегеніміз не?
Нанокристалдар деп көлемі молекуладан үлкен (яғни 10 нм-ден ), бірақ макроскопиялық кристалдардан біршама кіші бірнеше атомжиынтығын айтады. Олардың физикалық және химиялық сипаттамасы әр түрлі болкы мүмкін, бірақ нанокристалдардың өлшемі мен ауданы (мысалы, кванттық нүктелердің), демек олардың қасиеттері қатаң бақыланады. Расында, ғалымдар олардың кристалды құрылысын анықтап, электр өткізгіштігін реттеп және балқу температурасын өзгерте алады. Калифорния штатындағы Беркли Угиверситетінде(АҚШ) және Лоуренс Беркли(АҚШ) атындағы Өлттық лабораторияда жұмыс атқаратын химик Пол Аливисатос көпіршік тектес беттік белсенді заттарға (ББЗ) жартылай өткізгіш ұнтақтарды қосу арқылы нанокристалдар жасайды. Ол өзінің әріптестерімен бірге ББЗ-дың көмегімен әртүрлі пішіндегі (мысалы, өзек немесе сфера түріндегі)нанокристалдарды өсіріп шығарды. Беттік белсенді заттар - сұйықтыққа қосқанда, оныі беттік керілуін төмендету арқылы сұйықтықтың затқа ену қасиетін жақсартатын заттар (мысалы, кір жуатын ұнтақ).Аливасатос өзінің әріптестерімен бірге стержень тәрізді жартылай өткізгіш нанокристалдарды алып және пішіні мен өлшемін бақылауға мүмкіндік беретін жағдайларды анықтады. Пішінін өзгерту ұстанымы аяғына дейін түсінікті емес, бірақ ол сұйықтықтың атомдары мен ББЗ-дың өзара әрекеттесу сипатымен анықталуы мүмкін. Осы жағдайларды реттей отырып, ғалымдар бірнеше әртүрлі типті нанокристалдарды (созылған өзектер мен шектелген кристаликтерді) өсіріп шығарған. Сонымен қатар, ғалымдар поляризацияланбаған жарық шығаратын сфералық нанокристалдарға қарағанда, стержень пішінді нанокристалдар өзінің ұзын өсінің бойымен поляризацияланған жарық шығаратынын көрсетті. Осы қасиетінің арқасында бұндай нанокристалдар биологиялық маркерлер ретінде пайдалануға қолайлы.Аливисатос әріптестерімен стерженьдердің сәуле шығару және жұту энергияларының арасындағы шекара сфераларға қарағанда көп екендігін байқады. Бұл қасиет шығарылатын жарықтың бір бөлігін жұтатын жарық шығарушы диодтардың сипаттамаларын жақсартуға мүмкіндік береді. Нанокристалды өзектерді қажетті бағытта тығыз орналастыруға болатындықтан, оларды жарық диодтары мен фотогальваникалық элементтерінде пайдалануға болады. Ғалымдар әртүрлі қайран қалатын пішіндегі, мысалы, тамшы, бағыттағыш және тіпті, рычаг түріндегі нанокристалдарды өсіруді үйреніп алды. Мұндай пішінді нанокристалдар әлі өзінің қолданыс аясын таппады, бірақ олардың болашақта пайдаға асуы әбден мүмкін. Мысалы, рычаг пішініндегі тетрапод типті құрыымдарды наноэлектроникада дәнекер ретінде қолдануға болады.
6. Нанокатализаторлар туралы не білесіз?
Көптеген жылдар бойы нанотехнология ғылыми-фантастикалық туындылар авторлардың жазуы бойынша жеке атомарға әрекет жасай алатын өте кішкентай жасанды молекулярлық роботтар ретінде елестейді. Алайда адамдар көптен бері табиғи молекулярлы монтажшыларды қолданып келеді және олар катализаторлар деп аталады. Катализатолар - бұл химиялық реакциялардың жылдамдығын арттыратын,бірақ нәтижесінде өздері жұмсалмайтын және химиялық өзгермейтін заттар.
Табиғи катализаторлар,энзимдер,репакцияның азырақ активтендіру энергиясымен ба лама жолмен өтуіне мүмкіндік береді.Өнеркәсіптік катализаторлар табиғи катализаторлар сияқты жақсы сипаттамалармен ерекшеленбейді. Әдетте, катализаторлардың беттік қабатының көлемге қатынасы үлкен болады және инертті тасымалдаушыда таратылады.
1920 жылдан бастап өнеркәсіпте кездейсоқ өлшемде таралған металл бөлшектер түріндегі катализаторлар қолданылады.
Ғалымдар бөлшектердің өлшемі мен олардың арақашықтығы катализатор тиімділігі н үщін маңызды рөл атқаратынын дәлелдеді.Тәжірибе жүзінде ауданы 0,5см2 болатын кремний оксиді табаншасында биіктігі 15-20 нм нанокристалдар платинасын 100 нм қашақтық сайын орналастыру арқылы дайындалған катализатордың каталитикалық белсенділігі дәл осындай мөлшердегі тегіс катализатормен салыстырғанда 20 есе артық болатыны анықталған.Осы және басқа жаңалықтар ғалымдарға жақында аса тиімді катализаторлар дайындауға мүмкіндік береді.
Нанотехнологиялар химиялық, мұнай өңдеуші, автомобильді, фармацевтикалық және тамақ өнеркәсіптері үшін жаңа катализаторлар дайындауға арналған үлкен потенциалға ие. Биологиялық құрылымдармен әрекеттесе алатын арнайы катализаторлар энзимдер мен дәстүрлік жасанды катализаторлар арасындағы маңызды байланыстырушы үзбе ретінде пайдаланыла алады.
Чиптегі зертхана туралы не білесіз?
Кристалдағы - жүйелер, SoCжобалау стилі 1С сатысындағы 350-250 нм өндірісіндегі технологиялық үдерісті меңгеру кезеңінде қолданыла бастады. Ол кезде бір кремниилі астары барнегізгі цифрлық компоненттер интеграциясын жүргізу мүмкін болатын. Ұялы телефондар құрылымында да осы технология қолданылды.Қазіргі бірнеше чиптардан(интеграцияланған чипсет) құралған жиынтық, келешекте өндірістің күн санап дамуының нәтижесінде толық интеграцияланған SoC жүйесі болып қалыптасады.Соған орай SoC жобалауын күрделі интегралды схема деп анықтай аламыз, ол толық түпкi өнiмнiң барлық негiзгi функционалдық элементтерін бiр чип немесе чипсетте бiрiктiреді. Жалпы алғанда SoC жоба кем дегенде бір бағдарламаланатын процессордан, ішкікристалданатын есте сақтау құрылғысынан, апаратты орындайтын функционалды элементтерден, сонымен қатар қосымша немесе сыртқы ортамен байланысатын интерфейстерден тұрады.Жобалаудың өнiмдiлiгiн арттырудың iргелi әдiстерінің ішінде интеллектуалды өзіндікті (IP ) қайта қолдану ұсынысы жасалды.Екінші - үшінші ұрпақтарда IP-ді осы әдіспен қолданудан кейін жартылай өткiзгiш өндiрiсі дамып,көптеген танымал модельдердің пайда болуына себепші болды. Ол төмен сатыдағы (0-30 %) SoC жобалауынан өте жоғары сатыға (90-99%) көшуге аяқ алғызады. SoC дамуында маңызды фактор болып (VSIA )Virtual Socket Interface Alliance жетекшi электрондық фирмасының құрылуы болды. Бұл фирма IP қайта қолдануын жетілдіре отыра, IP стандартты қажеттіліктерін, интеграциясын дамытты.Екінші маңызды фактор болып Mentor Graphics и Synopsys компаниясы құрастырған IP soft үшін бірнеше рет қайта қолдану әдіснамасы(Synthesizable RTL) табылды. Осы әдіснама негізінде Reuse Methodology Manual (RMM) бақарылуы пайда болды. Бұл әдіснама 1997 жылы қолданысқа кірді,1998 жылы Майкл Кеатинг пен Пьер Брикод көпшілікке жариялады.
SoC жобалауының дамуына көптеген мемлекеттер куә болды. Алғашқылардың бiрi және бұл бастамалардың әйгілісі 1997 жылы пайда болған Элба жобасы саналды. Бұл жоба Шотландияда SoC жобалауды қолдау мақсатымен құрылып, сол кезде көп сұранысқа ие болған 1С өндірісін толықтырды. Эльба жобасы Шотландияның басты университеттерін біріктірді. Олар: Glasgow, Strathclyde, Heriot-Watt және Edinburg. Сонымен қатар жүйелік сатыда интеграциялайтын институт құрды. ISLI (Institute for System-Level-Integration) - SoC және SLI жобалау салаларында оқу мен асперантураға шақырды. Бұл жобалардың негізгі ерекшелігі болып SoC жобалау өндірісін дамытып, инфраструктураларын құрудағы үкіметтің қолдауы мен қаржыландыруы, сонымен қатар ғылыми-зерттеу институттары мен өндірістік кәсіпорындардың бірігіп жұмыс атқаруына себепші болуына негізделген.
SoC жобалауында ІР блоктарды құру әдістері, аттестаттау және ІР блоктарды қолдану берілген SoC жобалауы стиліне айтарлықтай тәуелді.
Наноботтар
Атомдық деңгейде жаңа материалдарды жасаудың алуан түрлі мүмкіндіктерін оңай елестетуге болады, алайда көптеген жобаларды принципиалды түрде жүзеге асыру мүмкін емес. Осындай таңғажайып жобалардың бірі наномасштабты роботтарды немесе наноботтарды дайындауға неңізделген. Наноботтар (немесе молекулалық монтаждаушылар) нанотехнологияны танымал еткен Эрик Дрекслер (Eric Drexler) өзінің Отырыс машиналары атты кітабында сипаттаған, кейбір таңғажайып сценарилердің теріс персонажы болып та үлгерді. Ол наноботтардың Ғаламдағы барлық тұрғындарды қырып жоятын сұр шырышты (gray goo) болатындығын суреттеді (2004 жылдың маусымында Nature журналында Эрик Дрекcлер одан да сұр шырыш туралы ешқашан айтпағанымда ғой деген!). Тағы да бір ғылыми-фантастикалық триллердің авторы - атақты Майкл Крайтон (Michael Crichton), ол өзінің Рой (Prey) атты кітабында нанороботтардың қауіпті жағын айтып кетті. Арзан комикстердің авторлары әдетте, супербатырлардың Жер бетін немесе бүкіл Ғаламды жоюға қауіп төндіретін қолдарында нанотехнологиялық қарулары бар бөгде планеталықтармен шайқасуын суреттейді.
Оған қоса нанотехнологияны ендірудегі мүмкін болатын қауіптер туралы айтып, бұқаралық ақпараттар құралдары шу шығарды. Көптеген сценарилерді іске асыру мүмкін еместігін айқындайтын табиғат заңдылығына қарсы біраз аргументтерді келтіргенмен де негативті ақпарат толқынымен күресу оңай емес.
Расында, наноботтар өте кішентай өлшемде болғандықтан айтарлықтай тез немесе тек қана белгілі бір бағытта қимыл жасай алмайды. Оларда биологиялық ағзалар сияқты функциялануына қажетті өзіндік энергия көзі болмайды. Оған қоса органикалық молекулалардан жасалған наноботтардың өздері бактериялар мен қышыма қотырларға (грибоктарға) жем болуы мүмкін. Егер де наноботтар бейорганикалық материалдардан өздігінен туындайтын болса, мұндай синтезге олардың барлық уақыттары, энергиялары және басқа ресурстары кететін еді.
Информатика саласының сарапшылары осы қиындықтарды жеңуге көмектесе алатын, қиялды әрекет бағдарламасы тақырыбына қиялданғанды ұнатады. Мұндай бағдарлама ресурстардың шығындарын тоқ көзінің ажыратулы кезінде де, мәндерді жаңалап және қажетті ресурстарды іздей отырып бақылап тұруға көмектесетін еді. Бұл өте қызықты іс, бірақ шынайы өмір, Жабайы Батысты наноботтармен жаулау секілді фантастикалық әңгімелерден мүлдем өзгеше.
Ричард Смолли және АҚШ-тың Солтүстік-Батыс университетінің химия профессоры, 2001 жылы нанотехнология саласындағы зерттеулері үшін Фейнман сыйлығының лауреаты Марк Ратнер сияқты ғалымдар наноботтардың қолданылу мүмкіндігіне күмәнмен қарайды. Смолли макросопиялық нысанды жасау үшін наноботтарға масқара үлкен уақыт керек деп есептейді. Атомның көлемі метрдің миллиардтан біріне тең екенін еске сала кетейік, себебі макроскопиялық нысанды жинақтау үшін өте көп атомдар саны қажет. Ғалымдар мынадай мысалдар келтіргенді ұнатады: бір милилитр судың атомдарын бірінен соң бірін жинақтау үшін Тынық мұхитын шай қасықпен алуға кететіндей операциялар қажет болады.
9. Нано әлемде қандай ерекшеліктер бар?
Қазіргі кезде материалтану облысында ғылым мен технологияның дамуының негізгі бағыты наноөлшемді құрылымды заттар мен функционалды материалдарды зерттеуге бағытталған. Осыған байланысты нано әлем деп атауға болатын ғылым салалары пайда болды, олар: нанохимия, нанофизика, наноинженерия және т.б. сияқты жаңа ғылыми салалар пайда болды.Өздерінің ерекше қасиеттерінің арқасында наноматериалдар мен оларды пайдаланудың технологиялары адамзат қызметінің барлық бағыттарында қолданылады. Өздерінің ерекше қасиеттерінің арқасында наноматериалдар мен оларды пайдаланудың технологиялары адамзат қызметінің балық бағыттарына қолданылуда.Сол наноматериалдар ретінде көптеген химиялық элементтер атомдары мен кластерлері атқарады. Алайда көміртегі атомы функционалды материалдардың қаңқасын жасаудағы маңызды элемент болып табылады, себебі химиялық байланыстар ішінде көміртек-көміртек байланысы ең берік байланыс болып табылады.Зерттеу әдістерінің өрлеуі жаңа квантты-механикалық, термодинамикалық, есептеуіш және т.б. әдістердің пайда болуы наноөлшемді зат туралы ғылымның жеке бір пән ретінде жеке пән болып қалыпасуына басқаша айтқанда, жеке әлем ретінде қалыптасуына мүмкіндік туғызды.
Ричард Фейнман әрбір 6-7 бит мәлімет деп қабылдауды, ал мәліметті тек қана беткі қабатта емес , сонымен бірге көлемде сақтауды ұсынған. Егер әрбір битті жазуға 100 атом қолданылатын болса, онда бүкіл әлем кітаптарындағы барлық мәліметтерді қабырғасы 0,1мм-ден аз ғана үлкен кубқа сыйдыруға болады.Сондықтан субатомды әлемде шынымен-ақ көп орын бар деген қорытынды жасап, ғалым қызметтестерінің жаңа микроскоп жасап шығаруға деген қызығушылығын арттырады.Сканирлеуші тунельді микроскоптың ашылуымен электр өрісі мен наноөлшемді ұштары бар арнайы зонд қолдану арқылы жекелеген атомдардың орнын ауыстыруға болатыны анықталды.
Нано ондық түбірінің өзі гректің vavob сөзінен аударғанда қортық, яғни ненің болмасын миллиардтан бір бөлшегі дегенді білдіреді (1м=10см2=10мм3=10мкм6=10нм9=1010А)
Құрылысты нанодеңгейге-дисперсті жүйелердегі тек бір деңгей ғана емес, сонымен қатар оның жаңа сапалы, жаңа қасиетті ерекше құрылысты ұйымдасқан затқа өтуі.
Нано бөлшектердің ерекшеліктері:
1.Өлшемі 100 нм тең не кіші және бір координата бойында болсада, сызықты өлшемді дербес тұрақты фаза.
2. Заттың негізгі бөлігі нысанның беткі қабатында орналасады.
3. Осы заттың бір қаситеі болсада, бөлшектердің сызықты параметрінің өзгерісіне тәуелді.
Тағы ерекшліктерінің бірің айттатын болсақ басқа салалардағы детекторларға қарағанда нанодетекторларға батарея қажет емес.
Көптеген қазіргі заманғы химиялық детекорларға қарағанда, Ли-верморск ұлттық зертханасының наносенсоры сыртқы қоректену көзін қажет етпейді .
Жартылай өткізгіш наносымдары кезіндегі құрылғыға аккумулятор қажет емес, осыған қарамастан ол тез және жоғары сезімталдықпен әртүрлі заттар молекулаларын анықтайды. Бұл технологияның дамуы шағын үздіксіз жұмыс істейті химиялық детекторларды жасаудағы алғашқы қадам болуы мүмкін.
Наносенсорлардың жұмыс істеу принципі химиялық заттар мен жартылай өткізгіш наносымдар бетінің әрекеттесуіне негізделген. Молекулалармен беттесу таза күйінде де химиялық әсерге ұшыраған наносымдар арасында немесе наносымдардың екі ұшының арасында электр зарядын тудырады.
Сынақтар әр түрлі типті датчиктермен ( мырыш оксиді негізіндегі және кремнийлі) жүргізілген. Алғашқы сынақтар үшін этанол қолданылған.
Мырыш оксиді негізіндегі датчиктерсынақтан өткізгенде ғалымдар этанолдың аз мөлшерін наносымдар ұштарының арасында лезде өсіп, еріткіштің булануына байланысты баяу кемитін электр кернеуінің өзгерісін тудыратын анықтаған. Детекторға гексаннның аз мөлшерінің тиюі кезіндегі төмен электр кернеуі тіркеледі, бұл наносенсордың молекулалардың әртүрлі типтеріне таңдамалы органикалық еріткіштердің 15 түрлі типімен сынап, әрқайсысы үшін әртүрлі кернеуді анықтады. Сонымен, наносенсорларды химиялық заттардың химиялық заттардың әртүрлі типтері мен олардың концентрациясын анықтау үшін қлдану мүмкіндігі бар.
Калийлі наносенсорлар ұқсас қасиеттер көрсетті, бірақ электр кернеуінің көрсеткіштері мырыш оксидінің негізіндегі детекторлрадан күрт ерекшеленеді.
Қазіргі кезде ғалымдар наносенсорлардың жарылғыш заттар мен биологиялық агенттердің күрделі молекулаларын анықтау қабілетін тексеруде.
10. Нанообъекті және наножүйелерге мысалдар
Наноқұрылым (англ. nanostructure) -- табиғи не қолдан жасалынған нанообъектілердің жиынтығы, қас-і тек қана олардың құрылымдық элем-нің өлшемдеріне ғана емес сонымен қатар кеңістіктегі орналасуына тәуелді. Хим-қ құрамы және фаза-ң таралуына байл. наноқұрылымдарды бірнеше түрге бөлуге болады: бірфазалы, беттері бірдей же бірдей емес статистикалық көп фазалы, матрицалық көпфазалы.Құрылымдық бірліктерінің өлшемдері бша ажыратылатын құрылымды материалдардың түрін 4 түрге бөлуге болады: 0 - атомдық кластерлер же бөлш-р,1- мультиқабат (көпқабат),2-ультромайда дәнекті жабынды, 3-көлемді нанокристаллды мат-р. Нанокристалл - наноөлшемді кристалл. Өлшемі 1-15 нм дейінгі бір не көпфазалық поликристаллдардағы дәнектер.Бұндай мат-да көлемінің 2-50% фазааралық не дәнек аралық кеңістікке кетеді.Нанокристаллды мат-ң типтері: 0-өлшемді кластерлер, 1-өлшемді нанотүтікшелер, талшықтар, шыбықтар; 2 өлшемді пленкалар же қабықшалар; 3 өлш.поликр-р. Кванттық нанофизика - электрондары де-Бройль толқын ұз-ғы шамасында 1, 2 не барлық өлш-де шектеуіш потенциалмен ұсталатын 0-өлшемді жүйелермен айналысады. Нанобөлш-р (наноұнтақ) - бұл кіші өлшемді, өлш-і 0,1-ден 100 нм-ге дейінгі, қатты заттар. Нанобөлшек пен наноұнтақ түсініктері көбінесе бір мағынада, бірақ алғ-ң изоляциялық сипатын, ал 2-нің көпшілік сипатын ескеру қажет (ұнтақ - өлш-і 0,001 ден 103 мкм-ге дейінгі бір-бірімен жанасатын қатты бөлш-ң жиынтығы). Нанобөлшектер өлшемдері кішірейген сайын, 10-нан бірнеше мың атомы бар кластерлерге ауысады деп есептеледі. Нанобөлш-ге, қазіргі кезде, жарт. өткізгішті кванттық нүктелер мен полимерлік дендримерлерді де жатқызады. Дендримерлер - молекулаларының тармақтары симметриялы, қайталанатын структуралы макромолекула. 3)Бионанонысандар, жіктелуі, қасиеттері, қолдануы. Нанотехнологияның нысандары: нанобөлшектер; нанотүтікшелер; нанопленкалар; Нанотүтікше диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болаты милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтікшелер сирек кездесетін ете берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Нанотүтікшелерден косманавтар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, ете берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа зонд жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді. Нанотүтікшелер газды (әсіресе сутегі) сақтауға қауіпсіз материал. Автомобилдерге жанғыш элемент ретінде сутегіні пайдаланса, ол бензинге қарағанда экологиялық таза элемент, алайда сутегі мелшері үлкен баллонды қажет етеді. Нанопленкалар-кварц нанобөлшектерінен және полимерлерден тұрады.Түрлері: Лэнгмюр-Блоджетт пленка, полимерлі пленкалар, рентгендік пленкалар т.б.Полимерлі пленкалар- 0,5мм аз қалыңдықтағы полимерлі материалдар поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полиамидтерден жасалады және экструзия әдісімен,каландирлеу арқылы жасалады.Полимерлі қабаттар комбинациялық материал өндіруде алюминді фольга және қағаздар қолданылады. Лэнгмюр-Блоджетт пленка термині-моно немесе көп қабатты пленка дегенді білдіреді.Су және ауа бөлігінен тұратын молекулалық пленка Лэнгмюрлық пленка деп аталады. Рентгендік пленканың медецинада қолданылуы: рентген сәулесі адам денесінен өткеннен кейін медециналық рентген пленкасына түседі, сосын сурет пайда болады.Сол суретке қарап сырқатты анықтауға болады.Бұл пленка арқылы ақпарат алып қана қоймай, оны ұзақ уақыт сақтауға болады.
11. Наноұнтақтардың жіктелуі және алу әдістері
Нанобөлш-р (наноұнтақ) - бұл кіші өлшемді, өлш-і 0,1-ден 100 нм-ге дейінгі, қатты заттар. Нанобөлшек пен наноұнтақ түсініктері көбінесе бір мағынада, бірақ алғ-ң изоляциялық сипатын, ал 2-нің көпшілік сипатын ескеру қажет (ұнтақ - өлш-і 0,001 ден 103 мкм-ге дейінгі бір-бірімен жанасатын қатты бөлш-ң жиынтығы). Нанобөлшектер өлшемдері кішірейген сайын, 10-нан бірнеше мың атомы бар кластерлерге ауысады деп есептеледі. Нанобөлш-ге, қазіргі кезде, жарт. өткізгішті кванттық нүктелер мен полимерлік дендримерлерді де жатқызады. Дендримерлер - молекулаларының тармақтары симметриялы, қайталанатын структуралы макромолекула.
Нанотехнологияның нысандары: нанобөлшектер; нанотүтікшелер; нанопленкалар; Нанотүтікше диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болаты милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтікшелер сирек кездесетін ете берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Нанотүтікшелерден косманавтар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, ете берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа зонд жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді. Нанотүтікшелер газды (әсіресе сутегі) сақтауға қауіпсіз материал. Автомобилдерге жанғыш элемент ретінде сутегіні пайдаланса, ол бензинге қарағанда экологиялық таза элемент, алайда сутегі мелшері үлкен баллонды қажет етеді.
12.Фуллерендердің құрылымы және физикалық қасиеттерін көрсетіңіз
Алғашқы фуллеренді, яғни осы қосылыстар класының өкілі бакминстерфуллерен (C60) 1985 жылы Райс Университетінде (Хьюстон, штат Техас, АҚШ) Ричард Смолли, Роберт Керл, Джеймс Хит, Шон О'Брайен және Гарольд Крото графитті лазерлі сәулелендіру арқылы, плазманы синтездеу жолымен алды. 1990 жылы В. Кретчер және Д.Р. Хоффман қатты фуллерендерді микрокристалдар түрінде синтездеп алды.
Фуллерендер - көміртегінің аллотроптық формалар классына кіретін молекулалық қосылыстар (алмаз, графит және карбин). Фуллерен молекуласы 20 алты бұрышты және 12 бес бұрыштыатомдардан құралған футбол добына ұқсас болады (өлшемі метрден миллиард есе кіші). Бұл тұрақты форманы С60 фуллерені деп атайды. Доп сияқты формадағы фуллеренді тасымалдағыш Фуллерендер көміртек атомының саны n=30-120 болатын қуыс сфералы кластерлер. С60,C70,C76 және тағы басқа фуллерендер жеткілікті мөлшерде алынатыны белгілі. С60 формасы ең тұрақтысы және тағы басқа фуллерендер жеткілікті мөлшерде алынатыны белгілі
Фуллереннің ионизация потенциалы-7,6эв, электронға тартқыштық- 2,6-2,8эв. C2 "жұлып алу" және C 58 түзілуінің диссоциация энергиясы- 4,6эв.
С70 фуллерені жоғары температураға дейін қатты күйде сақталады sub H0 298.15 =200.3 кДжмоль. Газды ортада түзілу энталпиясы f H0 =2755 кДжмоль, С70 қаныққан буының қысымы: lnP(кПа)=19,3-22835T (температураТ=1100К болғанда р=200 Па). Осылай, фуллерендерді жинайтын жазықтық Т800К С60 үшін және Т900 К С70 үшін. Керісінше конденсацияны болдырмау жазықтық температурасы С60 үшін Т1100 К және С70 үшін Т1200 К болу шарт.
С60 молекуласы өзінің термиялық тұрақтылығын 1700 К дейін сақтайды, жоғары температураларда ол баяу ыдырайды. Т=1720 К болғанда ыдырау жылдамдығының константасы р =10 с[-1] тең, ал Т=1970К -р =300 с-1 [2]
13.
Нанотүтікше. 1991 жылы профессор Сумио Иидзима ұзын көміртекті цилиндр - нанотүтікті байқаған. Нанотүтік - диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болатын милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтіктер сирек кездесетін өте берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз.
Нанотүтікшелерден косманавттар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, өте берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа шатыр жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшелердің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) езгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді.
Нанотүтікшелерді алу әдістері
Наноөлшемді бөлшектерді алу, бөлу, бөліп алу және белгілі бір құрылымды нанозаттарды тазалау, белгілі материалдарға әртүрлі нанобөлшектерді қосудың әсерін зерттеу әдістерін дамыту мақсатындағы тапсырмалар қазіргі уақытта іргелі ғылыми мәселелердің қатарына жатады.
Нанотүтікшелерді синтездеу үшін әртүрлі реакторлардың көптеген нұсқалары қолданылады, алайда вакуумді камера ең жақсы типі болып отыр. Құрылғы белгілі бір қысымда үздіксіз гелий ағынын жасайтын, диффузионды сорғышпен жалғанған, шыны камерадан тұрады. Электродтар рөлін екі графит стержендері атқарады, оларды мүмкіндігінше суытып тұру қажет. Анод - диаметрі 6 мм ұзын стержень, катод стержені әлдеқайда қысқа және диаметрі 9 мм. Доғалы буландыру кезінде екі электрод арасындағы қуыс тұрақты болуы керек (шамамен 1 мм). Разряд тұрақты 20 вольт кернеуде жасалынады. Тоқ стержень диаметріне, олардың ара қашықтығына, газ қысымына және т.б. тәуелді, бірақ қысым әдетте 50-100 А диапазонында болады. Доғаны жағу үшін анодты біртіндеп катодқа қарай жылжытып отырады.
14. Көміртекті материалдардың жіктелу диаграммасы.
Көміртекті темір қорытпалары екі компонеттен тұратын қорытпалар деп қарастыруға болады: олар темір мен көміртегі. Диаграмманың көлденең (абцисса) өсіне қорытпа құрамындағы көміртегі мөлшері 6,67%-ға тең болғанда бітеді. Тік (ордината) өсі бойынша температура көрсетілім салынады.
Көміртекті темір қорытпаларының диаграммасы бірі-бірінен белгілі шамаға ығысқан екі диаграммадан тұрады. Ғе-Ғе3С диаграммасы үздіксіз жуан сызықпен, ал Ғе-С диаграммасы пунктир сызықпен кескінделген.Көміртекті темір қорытпалары тез суығанда, қоспада көміртегі химиялық қосылыс - цементит (Ғе3С) түрінде, ал баяу суығанда, графит (С) түрінде бөлінеді. Түзілген цементит тұрақсыз қосылыс, ал графит тұрақты қосылыс болып табылады. Көміртекті темір қорытналары баяу суығанда цементиттен графит мына реакция бойынша түзіледі:
Диаграмманың АВСД сызығы (ликвидус) - қорытпалардың бастапқы кристалдану процесі басталады. Бұл сызықтан жоғары барлық қорытпалар бір фазалы сұйық күйінде болады. Суытқанда сұйық қорытпадан АВ бойынша феррит, ВС - аустенит, СД - алғашқы цементит бөлініп шығады.АНIEСҒ бойында кристалдану процесі аяқталады. Бұл сызықтан төменгі температурада барлық қорытпа қатты күйде болады, әрі қарай жүретін процестер қатты күйінде жүреді. 14920С температурада НІВ сызығында перитектикалық түрлену өтеді, оның нәтижесінде аустенит түзіледі. 11470С-да ЕСҒ сызығында С нүктесінде көміртегінің концентрациясы 4,3%-ға жеткенде қорытпадан аустенит, бірінші реттік цементит кристалдары бөлініп, ледебурит эвтектикалық қорытпасы түзіледі.АНІЕСҒ сызығы - солидус деп аталады. Солидус сызығынантөменгі аймақтарда көміртекті темір қорытпаларының бірінші реттік кристалдану процестері аяқталып, олардың екінші және үшінші реттік кристалдану процестерінің нәтижесінде мынадай құраушылар түзіледі:
1) 2,14% С 4,3% эвтектикаға дейінгі шойындар, құрылысы: А+ЦПЛ(А+ІДI).
2) С=4,3% - эвтектикалық шойын, құрылысы: ледебурит.
3) 4.3% С 6,67% эвтектикадан кейінгі шойындар, құрылысы: ЦI+Л(А+ЦI).
Кез келген концентрациялы болаттар бірінші рет кристалданғаннан кейін құрылысы аустенитті болады. Болаттың екінші рет кристалдануы GSЕ сызықтары бойынша жүреді. GS сызығы бойынша аустениттен феррит, ал SЕ сызығы бойынша екінші реттік цементит бөлінеді. GS сызығына сәйкес нүктелерді А3 әрпімен, ал SЕ сызығына сәйкес нүктелерді Аст әрпімен белгілейді. S нүктесі (7270С) температурадағы аустенитке сәйкес болады. S нүктесінде қорытпадағы көміртегінің концентрациясы 0,8%-ға жеткенде аустенит феррит пен екінші реттік цементитке ыдырап, эвтектоидтық корытпа - перлит түзіледі. РSК түзуіне сәйкес температураны А1 әрпімен белгілейді. Р нүктесі көміртегінің α-Ғе-дегі максимум ерігіштігін (0,02%) анықтайды. GР, РQ сызықтары көміртегінің α-Ғе-дегіерігіштігінің температураға байланыстылығын көрсетеді.
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Нанотехнология дамуының қысқаша тарихын сипаттаңыз
Нанотехнологияның Қазақстан республикасындағы даму мүмкіндіктерін атап көрсетіңіз
Наноматериалдарды тұрмыста қолдану мүмкіндіктерін түсіңдіріңіз
Нанокристалдар дегеніміз не?
Нанокатализаторлар туралы не білесіз?
Чиптегі зертхана туралы не білесіз?
Наноботтар туралы не білесіз?
Нано әлемде қандай ерекшеліктер бар?
Нанообьекті және наножүйелерге мысалдар келтіріңіз және олардың негізгі технологиялық ерекшеліктерін атаңыз
Наноұнтақтардың жіктелуі және алу әдістерін көрсетіңіз
Фуллерендердің құрылымы және физикалық қасиеттерін көрсетіңіз
Наножіпшелер түрлері мен қасиеттері, қолданылу аймақтары қандай?
Көміртекті материалдардың жіктелу диаграммасын сипаттаңыз?
Фуллерен терминінің қалыптасуын түсіндіріңіз
Көміртекті нано түтікшелер құрылысы және түрлерін атаңыз
Металдық нанокластерлер дегеніміз не?
Көміртекті нанобөлшектердің негізгі морфологиялық түрлерін атаңыз
Кванттық шұңқырлар, сымдар және нүктелер ұғымын түсіндіріңіз
Нанобөлшектердің талшық тәрізді формасының морфологиясы
Электрондық микроскоп әдістерін түсіндіріңіз
Скнирлеуші туннельді микроскопия жөнінде не білесіз?
Атомдық күштік микроскопия қалай жүзеге асырылады?
Кеуекті материалдардың меншікті беттік ауданы қалай анықталады?
Наноқосылыстарды алудың қандай әдістерін білесіздер?
Нанотүтікшелерді алудың қандай әдісін білесіз?
Нанобөлшектерді жалында алу қалай жүзеге асырылады:
Нанобөлшектердің жинақталуын түсіндіріңіз
Нанотехнологияның медицинада қолданылу мүмкіндіктері
Нанотехнологияның электроникада қолданылу мүмкіндіктері
Темір нанобөлектерін қалай алуға болады?
Күміс нанобөлшектерін қалай аламыз?
Алтын нанобөлшектерін алу әдістеріне тоқталыңыз
Наноматериалдар түзілуінің кватаронды механизмі, Кватаронды механизмнің салдарын сипаттаңыз
Наножүйелер түзілуінің моделі және Сирстің Дислокациялық моделін түсіндіріңіз
Бу-сұйық-кристалл моделін түсіндіріңіз
Наножүйелердің доменді моделі дегеніміз не?
Нанообьектілер алу процессы жоғарыдан төмен және төменнен жоғары сипаттап беріңіз
Нанообьектілердің механоактивациясы және механосинтезі туралы не білесіз
Жоғары температурада өздігінен таралу синтезі қалай жүзеге асады?
Наноматериалдарды алудың физикалық, механохимиялық және химиялық әдістерін атаңыз
Наноматериалдарды алудың электр доғалық әдісі дегеніміз не?
Наноматериалдарды алудың лазерлі абляция әдісін көрсетіңіз
Наноматериалдарды алудың пиролиздік әдісі қалай жүзеге асады?
Наноматериалдарды алудың золь-гель әдісі деген не?
Наноматериалдарды алудың каталитикалық синтезін сипаттаңыз
Наноматериалдарды алудың гидротермальді әдісі қалай жүреді?
Нанобөлшектердің электрлік қасиеттері туралы не білесіз
Нанобөлшектердің магнитті қасиеттерін атап көрсетіңіз
Наноматериалдарды функционализациялау қалай жүзеге асады?
Нанотехнологияны биотехнологияда, химияда қолдану қалай жүзеге асырылады?
Нанотехнологияны оптика, электроника, құрылыста пайдалану мүмкіндіктерін қарастырыңыз
Наноматериалдарды пайдаланып композитті материалдары қалай алуға болады?
Нанодисперсті күйдегі заттардың улылығын сипаттап көрсетіңіз
Нанонысандар алудағы CVD әдісі туралы не білесіз
Нанонысандар алудағы PVD әдісі туралы не білесіз
Нанобөлшектер алудың электрохимиялық әдісін түсіндіріңіз
Нанонысандарды зерттеуде инфра қызыл спектроскопия әдісін қалай қолданамыз?
Жарықтандырғыш электрондық микроскопия нанонысанды зерттеуде қалай жүзеге асырылады?
Рентген дифракционды әдіс қалай қолданылады?
Нанотехнология және наножүйелердегі негізгі түсініктерді атаңыз
Нанотехнология - белгілі атомдар мен молекулаларға манипуляция жасай отырып, белгіленген атомдық құрылымдық өнімдерді шығару әдістерінің жиынтығы. Нанотехнология нанометрлік өлшемдегі денелермен жұмыс істейді.
Жаңа ғылымның аты бәріне белгілі технология (грек тілінен techne - өнер, шеберлік, Іоgos-ғылым) деген ұғымның алдына қосымша нано деген сөздің қосылғанын оңай байқауға болады. Нано қосымшасы (грек тілінен NANOY-қортық, гном) - жалпы бір нәрсенің миллиардтан бір бәлігін (10-9) көрсетеді. Мысалы: нанометр- метрдің миллиардтан бір белігі. Салыстыру үшін, 1 нм, шаштың қалыңдығынан 100 мың есе аз екендігін айтуға болады.
Наноматериалдар жеңіл, жұқа, берік, қоршаған ортаға байланысты өздерінің қасиеттерін өзгертетін ақылды материалдар, өте жоғары және төмен температураға шыдамды және космоста пайдаланылады. Нанотехнология қазіргі кезде үш бағытта жетілуде: 1) Молекулалардың және атомдардың өлшеміндей электронды схемалар жасау;
2) Молекулалардың және атомдардың өлшеміндей механизмдерді жасау; 3) Молекулалардан және атомдардан денелер жасау.
Нанотүтікше. 1991 жылы профессор Сумио Иидзима ұзын көміртекті цилиндр - нанотүтікті байқаған. Нанотүтік - диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болатын милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтіктер сирек кездесетін өте берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз.
Нанотүтікшелерден косманавттар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, өте берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа шатыр жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшелердің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) езгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді.
Наноқаптама. Кварцтың нанобөлшектерінен және полимерлерден тұрады. Автомобиль әйнектерін ластану-дан, ылғалдан, сырылудан сақтайды. Наноматалар. 1947 жылы транзистор пайда бола бастағаннан жартылай өткізгішті материалдар технологиясында кремний құрылғыларының өлшемдері біртіндеп кішірейе бастады. Бір жағынан, оптикалық және магниттік есте сақтау құрылғыларының жылдамдығы артып, көлемі кішірейе бастады. Қазіргі уақытта қатты оптикалық және магниттік дискілердің тығыздығы 1 гигбайт\кв дюймге жетті.
Нанодеңгейге жататын заттарды анықтау келесі шарттардан тұрады:
1. өлшемі 100 нм тең немесе кіші және бір координата бойында болса да сызықты өлшемді дербес тұрақты фаза;
2. заттың негізгі бөлігі объектінің беткі қабатында орналасады;
3. осы заттың бір қасиеті болса да бөлшектердің сызықты параметрінің өзгерісіне тәуелді
Нанотехнология және медицина. Жараны орайтын бинт күміс нанобөлшектерінен жасалынған. Ол жарадағы бактерияларды жойып, тез жазады. Медециналық нанодиогностикамен адам ағзасының жасушаларына дәрілерді бағытталған жеткізу,медициналық нано роботтар ,молекулалық нанохирургия мен биологиялық жасушалар наножөндеу сияқты салалрды қолдануға мүмкіндік береді.Бионанотехнология дамуының негізгі стимулы халықтың үлкен жастағы бөлігінің денсаулығын сақтау мәселесі болып табылады.едециналық нанодиогностикамен адам ағзасының жасушаларына дәрілерді бағытталған жеткізу,медициналық нано роботтар ,молекулалық нанохирургия мен биологиялық жасушалар наножөндеу сияқты салалрды қолдануға мүмкіндік береді.Бионанотехнология дамуының негізгі стимулы халықтың үлкен жастағы бөлігінің денсаулығын сақтау мәселесі болып табылады.
2. Нанотехнология дамуының қысқаша тарихын сипаттаңыз.
Аңыз-ертегілердегі аспанға ұшатын ағаш ат пен кілем, желаяқ етіктер, аста-төк дастархан, қияндағыны көз алдыңа алып келетін қол айна секілділер шындыққа айналып, дәл қазір "көне дүниелер" санала бастады. Нанотехнология да өмірге осындай қиял мен әуестік нәтижесінде келген еді. 1986 жылы студент Эрик Дрекслер өзінің "Жасампаз машина" аталатын футуристік эссесінде тұңгыш рет молекулярлы технология атауын қолданады. Ол фантаст-жазушы Станислав Лемнің идеяларына өз қиял-болжамдарын қосақтай отырып, "Саналы тіршілік ортасының" жалпы бет-бейнесін жасап шығады. Осы болжамға сәйкес, XXI ғасырда нанороботтар әрбір заттың, әрбір адам ағзасының ішіне енгізіледі де, адамзат қоршаған әлеммен бірге тұтастай саналы компьютерге айналады. Мұндай идея Эссе Дрекслерден бұрынырақ пайда болған көрінеді. 1981 жылы ІВМ корпорациясының швейцариялық филиалындағы екі инженер, Герд Бинниг пен Гейнрих Рорер мәнерлеп туннельдеуші микроскоп ойлап тауыпты. Микроскоптың құрылымы аса қарапайым: шамалы қысымға қосылған аса жіңішке ине бір нанометр шамасындағы қашықтықта материалдың үстімен жылжып отырады. Осы кезде инелердің өткір ұшы материалдың беткі қабатына электрондарды тесіп өткізеді де, соның нәтижесінде шамалы тоқ пайда болады, оның көлемі ине мен беткі қабаттың арасындағы қашықтыққа байланысты болады. Осылайша материалдың беткі қабатынан жекелеген атомдарды "ажыратуға" мүмкіндік туады. Бұл ғылымның пайда болуын 1959 жылы Нобель сыйлығының лауреаты, АҚШ физигі Р.Фейнманның жеке атомдарды манипулятор көмегімен қозғалту мүмкіндіктері туралы жасаған баяндамасымен байланыстырады. Нанотехнология терминін қолданысқа алғаш рет 1974 жылы жапон физигі Норио Танигути енгізген. Макроскопиялық заңдылықтарға сүйенетін басқа инженер ғылымдардан нанотехнологияның негізгі ерекшелігі, нанонысандар үшін кванттық және молекулааралық өзара әсерлесуінің күшті болуына байланысты. Нанотехнология саласындағы зерттеулер қазірдің өзінде практикалық маңызы зор нәтижелер беруде.
3. Нанотехнологияның Қазақстан республикасындағы даму мүмкіндіктерін атап көрсетіңіз
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.
Қазіргі уақытта дүние жүзінде 1600 ғылыми-техникалық компаниялар мен фирмалар, зертханалар мен орталықтар нанотехнологиялық зерттеулермен айналысуда. Нанотехнология саласы енді ғана дамып келе жатқанымен, оның жемістері әскери, әуе және космонавтика салаларында баяғыдан бері қолданылып келеді. Бірақ, құпиялық жағдайға байланысты, бұл технология туралы ақпарат тек ғалымдар мен әскер басшыларына ғана белгілі болатын. Кейінгі кездерде алынған нанотехнология нәтижелерін өндірісте (медицина, электроника, ауыл шаруашылығы, машина құрастыру тб.) көптеп қолдану мүмкіндігінің ашылуына байланысты, алдыңғы қатарлы дамыған мемлекеттерде көптеген зерттеу жұмыстары жүргізілумен қатар, сол зерттеулерге байланысты қолданылатын техникалар өндіріліп жатыр.Қазақ жерінде нанотехнологияларды дамыту мақсатымен мемлекет тарапынан қолдау көрсетіліп жатыр. Мемлекет басшысы Нұрсұлтан Әбішұлы Назарбаевтың жетекші он жоғары оқу орындарында инженерлік зертханалар құру тапсырмасына байланысты мемлекет тарапынан қаржы бөлініп, сатып алынған электронды микроскоптар, спектрометрлер тб. құралдар нанотехнология элементтерін жүзеге асыруға мүмкіндік берумен қатар, оның әрі қарай дамуына үлес қосып жатыр. Ал көлемді зерттеу жүргізу қиын іс болғандықтан, көптеген зерттеулерді шет мемлекеттерде жүргізуге мәжбүр болып отырмыз. Себебі, нанотехнологияның қазіргі жағдайы химия, физика, информатика, механика сынды ғылымды жетік меңгерген, біліктілігі мол мамандардың бірлесе отырып жұмыс істеуін қажет етеді. Бұған қоса, мамандар заманауи техникамен жұмыс істей білуі қажет. Ал ол үшін, әрине, мол тәжірибе қажет. Ал Болашақ бағдарламасының ғылыми тағылымдамадан өту бастамасы мамандарымыздың біліктілігін арттыруға мүмкіндік беретіні сөзсіз. Нанотехнология - ХХІ ғасырдағы ғылыми-техникалық дағдарыстың жетістігі десек, қателеспейміз. Өкінішке орай, адамдарға бүгінгі нанотехнологиялар 50 жыл бұрынғы ядролық технология тәрізді таныс емес дүние болып тұр.
Сонымен, нанотехнология дегеніміз - молекулалардың жиынтығынан құрылған ерекше бір физикалық қасиеті бар материал. Немесе бір сөзбен айтқанда, заттың бөлшегінен тұтас бір жаңа дүние ойлап шығару дегенді білдіреді. Мәселен, қазір Жапония елінде осы нанотехнологияның арқасында 18 келілік бронды сауыттың орнына жеңіл, әрі киюге ыңғайлы көміртекті бронды жейде жасалынып отыр. Шетелдегідей көп болмағанымен, мұндай жаңалықтан қазақ ғалымдары да құр алақан болып отырған жоқ. Мұрат Құрмашұлы әріптестерімен бірге дәрілік нанокапсула жасап шығарған болатын. Оның ерекшелігі болмашы ғана бөлігін сырқат жүрекке жақса, науқас инфарктан жылдам оңалады. Бұған қоса, нанокапсуланың әсері өте тез.Осындай ғылыми жетістіктеріміз көбейе берсін деген тілекпен, Қазақстандық ғалымдарға айтар бір сөзім бар: сәттілік.
4. Наноматериалдарды тұрмыста қолдану
Қазіргі уақытта наноматериалдар мен нанотехнологияларды қолданатын негізгі салалар: конструкциялық материалдар, инструменталдық материалдар, өндірістік технологиялар, триботехника, материал беттерін қорғау, әскери іс, электр-магнит және электрондық техника, ядролық техника, медицина мен биотехнологияда көп қолданылады. Конструкциялық материалдарда тығыздығы жоғары наноқұрылымдық материалдар қолданылады. Себебі тығыздығы жоғары болса, тозуға төзімді материалдарды алуға болады. Сонымен қатар көміртекті наноталшықтармен және фуллерендермен динамикалық соққыдан қорғайтын брондар мен бронжилеттер жасауға қолданылады. Наноматериалдарды өндірістік технологияда қолдану маңызды роль атқарады. Қиын балқитын наноұнтақтарды болаттар мен құймаларға, комплекстердің механикалық қасиетін жақсартуға және катализатор ретінде қолдануға болады. Материалдарды қорғау. Бұйымдар дұрыс функционалдануы үшін олардың беттерінің жоғары су- және май ығыстыратын қасиеттерін қамтамасыз ету керек. Мұндай бұйымдарға автомобиль әйнектері, ұшақтарды және кораблдерді әйнектеу, қорғаныш костюмдері, сұйықтарды сақтайтын резервуарлар қабырғалары, құрылыс конструкциялары және т.б. мысал болып табылады. Осы мақсаттарда 20-50 нм өлшемді титан оксиді және полимер байланыстырушы негізіндегі жамылғы жасауда қолданылады. Медицина және биотехнология.Таза наноқұрылымды материалдарды жеке алғанда Ті-ды қолданудың маңызды облысы оларды медициналық мақсатта - имплантанттарды, протездерді және травматологиялық аппараттарды дайындау үшін қолдану болып табылады. Наноматериалдарды қолданудағы шектеулер.Наноқұрылымды конструкциялық материалдарды қолданудағы маңызды шектеу олардың дәнек шекараларының көлемдік үлесінің үлкен болуынан коррозияға( беттегі атомдардың және дәнек шекаралары бойынша атомдар диффузиясы, коррозиялық әсерлермен үйлесімділіктегі жоғары температуралар, радиация, дәнек шекаралары бойынша химиялық құрамның өзгерістерге бейімділігі құйма құрамы) бейімділігі болып табылады. Осыған байланысты олар осындай коррозия жағдайында ( беттен және дәнек шекаралары бойынша атомдардың диффузиясы, коррозиялық әсерлермен жоғары температуралардың бірігуі, дәнек шекарасы бойынша химиялық құрамның өзгерістеріне қабілетті құйма құрамы және т.б.) жұмыс істеуге жарамсыз болып табылады. Басқа маңызды шектеу наноматериалдар құрылымының орнықсыздығы, осылайша олардың қасиеттерінің орнықсыздығы болып табылады.
5. Нанокристалдар дегеніміз не?
Нанокристалдар деп көлемі молекуладан үлкен (яғни 10 нм-ден ), бірақ макроскопиялық кристалдардан біршама кіші бірнеше атомжиынтығын айтады. Олардың физикалық және химиялық сипаттамасы әр түрлі болкы мүмкін, бірақ нанокристалдардың өлшемі мен ауданы (мысалы, кванттық нүктелердің), демек олардың қасиеттері қатаң бақыланады. Расында, ғалымдар олардың кристалды құрылысын анықтап, электр өткізгіштігін реттеп және балқу температурасын өзгерте алады. Калифорния штатындағы Беркли Угиверситетінде(АҚШ) және Лоуренс Беркли(АҚШ) атындағы Өлттық лабораторияда жұмыс атқаратын химик Пол Аливисатос көпіршік тектес беттік белсенді заттарға (ББЗ) жартылай өткізгіш ұнтақтарды қосу арқылы нанокристалдар жасайды. Ол өзінің әріптестерімен бірге ББЗ-дың көмегімен әртүрлі пішіндегі (мысалы, өзек немесе сфера түріндегі)нанокристалдарды өсіріп шығарды. Беттік белсенді заттар - сұйықтыққа қосқанда, оныі беттік керілуін төмендету арқылы сұйықтықтың затқа ену қасиетін жақсартатын заттар (мысалы, кір жуатын ұнтақ).Аливасатос өзінің әріптестерімен бірге стержень тәрізді жартылай өткізгіш нанокристалдарды алып және пішіні мен өлшемін бақылауға мүмкіндік беретін жағдайларды анықтады. Пішінін өзгерту ұстанымы аяғына дейін түсінікті емес, бірақ ол сұйықтықтың атомдары мен ББЗ-дың өзара әрекеттесу сипатымен анықталуы мүмкін. Осы жағдайларды реттей отырып, ғалымдар бірнеше әртүрлі типті нанокристалдарды (созылған өзектер мен шектелген кристаликтерді) өсіріп шығарған. Сонымен қатар, ғалымдар поляризацияланбаған жарық шығаратын сфералық нанокристалдарға қарағанда, стержень пішінді нанокристалдар өзінің ұзын өсінің бойымен поляризацияланған жарық шығаратынын көрсетті. Осы қасиетінің арқасында бұндай нанокристалдар биологиялық маркерлер ретінде пайдалануға қолайлы.Аливисатос әріптестерімен стерженьдердің сәуле шығару және жұту энергияларының арасындағы шекара сфераларға қарағанда көп екендігін байқады. Бұл қасиет шығарылатын жарықтың бір бөлігін жұтатын жарық шығарушы диодтардың сипаттамаларын жақсартуға мүмкіндік береді. Нанокристалды өзектерді қажетті бағытта тығыз орналастыруға болатындықтан, оларды жарық диодтары мен фотогальваникалық элементтерінде пайдалануға болады. Ғалымдар әртүрлі қайран қалатын пішіндегі, мысалы, тамшы, бағыттағыш және тіпті, рычаг түріндегі нанокристалдарды өсіруді үйреніп алды. Мұндай пішінді нанокристалдар әлі өзінің қолданыс аясын таппады, бірақ олардың болашақта пайдаға асуы әбден мүмкін. Мысалы, рычаг пішініндегі тетрапод типті құрыымдарды наноэлектроникада дәнекер ретінде қолдануға болады.
6. Нанокатализаторлар туралы не білесіз?
Көптеген жылдар бойы нанотехнология ғылыми-фантастикалық туындылар авторлардың жазуы бойынша жеке атомарға әрекет жасай алатын өте кішкентай жасанды молекулярлық роботтар ретінде елестейді. Алайда адамдар көптен бері табиғи молекулярлы монтажшыларды қолданып келеді және олар катализаторлар деп аталады. Катализатолар - бұл химиялық реакциялардың жылдамдығын арттыратын,бірақ нәтижесінде өздері жұмсалмайтын және химиялық өзгермейтін заттар.
Табиғи катализаторлар,энзимдер,репакцияның азырақ активтендіру энергиясымен ба лама жолмен өтуіне мүмкіндік береді.Өнеркәсіптік катализаторлар табиғи катализаторлар сияқты жақсы сипаттамалармен ерекшеленбейді. Әдетте, катализаторлардың беттік қабатының көлемге қатынасы үлкен болады және инертті тасымалдаушыда таратылады.
1920 жылдан бастап өнеркәсіпте кездейсоқ өлшемде таралған металл бөлшектер түріндегі катализаторлар қолданылады.
Ғалымдар бөлшектердің өлшемі мен олардың арақашықтығы катализатор тиімділігі н үщін маңызды рөл атқаратынын дәлелдеді.Тәжірибе жүзінде ауданы 0,5см2 болатын кремний оксиді табаншасында биіктігі 15-20 нм нанокристалдар платинасын 100 нм қашақтық сайын орналастыру арқылы дайындалған катализатордың каталитикалық белсенділігі дәл осындай мөлшердегі тегіс катализатормен салыстырғанда 20 есе артық болатыны анықталған.Осы және басқа жаңалықтар ғалымдарға жақында аса тиімді катализаторлар дайындауға мүмкіндік береді.
Нанотехнологиялар химиялық, мұнай өңдеуші, автомобильді, фармацевтикалық және тамақ өнеркәсіптері үшін жаңа катализаторлар дайындауға арналған үлкен потенциалға ие. Биологиялық құрылымдармен әрекеттесе алатын арнайы катализаторлар энзимдер мен дәстүрлік жасанды катализаторлар арасындағы маңызды байланыстырушы үзбе ретінде пайдаланыла алады.
Чиптегі зертхана туралы не білесіз?
Кристалдағы - жүйелер, SoCжобалау стилі 1С сатысындағы 350-250 нм өндірісіндегі технологиялық үдерісті меңгеру кезеңінде қолданыла бастады. Ол кезде бір кремниилі астары барнегізгі цифрлық компоненттер интеграциясын жүргізу мүмкін болатын. Ұялы телефондар құрылымында да осы технология қолданылды.Қазіргі бірнеше чиптардан(интеграцияланған чипсет) құралған жиынтық, келешекте өндірістің күн санап дамуының нәтижесінде толық интеграцияланған SoC жүйесі болып қалыптасады.Соған орай SoC жобалауын күрделі интегралды схема деп анықтай аламыз, ол толық түпкi өнiмнiң барлық негiзгi функционалдық элементтерін бiр чип немесе чипсетте бiрiктiреді. Жалпы алғанда SoC жоба кем дегенде бір бағдарламаланатын процессордан, ішкікристалданатын есте сақтау құрылғысынан, апаратты орындайтын функционалды элементтерден, сонымен қатар қосымша немесе сыртқы ортамен байланысатын интерфейстерден тұрады.Жобалаудың өнiмдiлiгiн арттырудың iргелi әдiстерінің ішінде интеллектуалды өзіндікті (IP ) қайта қолдану ұсынысы жасалды.Екінші - үшінші ұрпақтарда IP-ді осы әдіспен қолданудан кейін жартылай өткiзгiш өндiрiсі дамып,көптеген танымал модельдердің пайда болуына себепші болды. Ол төмен сатыдағы (0-30 %) SoC жобалауынан өте жоғары сатыға (90-99%) көшуге аяқ алғызады. SoC дамуында маңызды фактор болып (VSIA )Virtual Socket Interface Alliance жетекшi электрондық фирмасының құрылуы болды. Бұл фирма IP қайта қолдануын жетілдіре отыра, IP стандартты қажеттіліктерін, интеграциясын дамытты.Екінші маңызды фактор болып Mentor Graphics и Synopsys компаниясы құрастырған IP soft үшін бірнеше рет қайта қолдану әдіснамасы(Synthesizable RTL) табылды. Осы әдіснама негізінде Reuse Methodology Manual (RMM) бақарылуы пайда болды. Бұл әдіснама 1997 жылы қолданысқа кірді,1998 жылы Майкл Кеатинг пен Пьер Брикод көпшілікке жариялады.
SoC жобалауының дамуына көптеген мемлекеттер куә болды. Алғашқылардың бiрi және бұл бастамалардың әйгілісі 1997 жылы пайда болған Элба жобасы саналды. Бұл жоба Шотландияда SoC жобалауды қолдау мақсатымен құрылып, сол кезде көп сұранысқа ие болған 1С өндірісін толықтырды. Эльба жобасы Шотландияның басты университеттерін біріктірді. Олар: Glasgow, Strathclyde, Heriot-Watt және Edinburg. Сонымен қатар жүйелік сатыда интеграциялайтын институт құрды. ISLI (Institute for System-Level-Integration) - SoC және SLI жобалау салаларында оқу мен асперантураға шақырды. Бұл жобалардың негізгі ерекшелігі болып SoC жобалау өндірісін дамытып, инфраструктураларын құрудағы үкіметтің қолдауы мен қаржыландыруы, сонымен қатар ғылыми-зерттеу институттары мен өндірістік кәсіпорындардың бірігіп жұмыс атқаруына себепші болуына негізделген.
SoC жобалауында ІР блоктарды құру әдістері, аттестаттау және ІР блоктарды қолдану берілген SoC жобалауы стиліне айтарлықтай тәуелді.
Наноботтар
Атомдық деңгейде жаңа материалдарды жасаудың алуан түрлі мүмкіндіктерін оңай елестетуге болады, алайда көптеген жобаларды принципиалды түрде жүзеге асыру мүмкін емес. Осындай таңғажайып жобалардың бірі наномасштабты роботтарды немесе наноботтарды дайындауға неңізделген. Наноботтар (немесе молекулалық монтаждаушылар) нанотехнологияны танымал еткен Эрик Дрекслер (Eric Drexler) өзінің Отырыс машиналары атты кітабында сипаттаған, кейбір таңғажайып сценарилердің теріс персонажы болып та үлгерді. Ол наноботтардың Ғаламдағы барлық тұрғындарды қырып жоятын сұр шырышты (gray goo) болатындығын суреттеді (2004 жылдың маусымында Nature журналында Эрик Дрекcлер одан да сұр шырыш туралы ешқашан айтпағанымда ғой деген!). Тағы да бір ғылыми-фантастикалық триллердің авторы - атақты Майкл Крайтон (Michael Crichton), ол өзінің Рой (Prey) атты кітабында нанороботтардың қауіпті жағын айтып кетті. Арзан комикстердің авторлары әдетте, супербатырлардың Жер бетін немесе бүкіл Ғаламды жоюға қауіп төндіретін қолдарында нанотехнологиялық қарулары бар бөгде планеталықтармен шайқасуын суреттейді.
Оған қоса нанотехнологияны ендірудегі мүмкін болатын қауіптер туралы айтып, бұқаралық ақпараттар құралдары шу шығарды. Көптеген сценарилерді іске асыру мүмкін еместігін айқындайтын табиғат заңдылығына қарсы біраз аргументтерді келтіргенмен де негативті ақпарат толқынымен күресу оңай емес.
Расында, наноботтар өте кішентай өлшемде болғандықтан айтарлықтай тез немесе тек қана белгілі бір бағытта қимыл жасай алмайды. Оларда биологиялық ағзалар сияқты функциялануына қажетті өзіндік энергия көзі болмайды. Оған қоса органикалық молекулалардан жасалған наноботтардың өздері бактериялар мен қышыма қотырларға (грибоктарға) жем болуы мүмкін. Егер де наноботтар бейорганикалық материалдардан өздігінен туындайтын болса, мұндай синтезге олардың барлық уақыттары, энергиялары және басқа ресурстары кететін еді.
Информатика саласының сарапшылары осы қиындықтарды жеңуге көмектесе алатын, қиялды әрекет бағдарламасы тақырыбына қиялданғанды ұнатады. Мұндай бағдарлама ресурстардың шығындарын тоқ көзінің ажыратулы кезінде де, мәндерді жаңалап және қажетті ресурстарды іздей отырып бақылап тұруға көмектесетін еді. Бұл өте қызықты іс, бірақ шынайы өмір, Жабайы Батысты наноботтармен жаулау секілді фантастикалық әңгімелерден мүлдем өзгеше.
Ричард Смолли және АҚШ-тың Солтүстік-Батыс университетінің химия профессоры, 2001 жылы нанотехнология саласындағы зерттеулері үшін Фейнман сыйлығының лауреаты Марк Ратнер сияқты ғалымдар наноботтардың қолданылу мүмкіндігіне күмәнмен қарайды. Смолли макросопиялық нысанды жасау үшін наноботтарға масқара үлкен уақыт керек деп есептейді. Атомның көлемі метрдің миллиардтан біріне тең екенін еске сала кетейік, себебі макроскопиялық нысанды жинақтау үшін өте көп атомдар саны қажет. Ғалымдар мынадай мысалдар келтіргенді ұнатады: бір милилитр судың атомдарын бірінен соң бірін жинақтау үшін Тынық мұхитын шай қасықпен алуға кететіндей операциялар қажет болады.
9. Нано әлемде қандай ерекшеліктер бар?
Қазіргі кезде материалтану облысында ғылым мен технологияның дамуының негізгі бағыты наноөлшемді құрылымды заттар мен функционалды материалдарды зерттеуге бағытталған. Осыған байланысты нано әлем деп атауға болатын ғылым салалары пайда болды, олар: нанохимия, нанофизика, наноинженерия және т.б. сияқты жаңа ғылыми салалар пайда болды.Өздерінің ерекше қасиеттерінің арқасында наноматериалдар мен оларды пайдаланудың технологиялары адамзат қызметінің барлық бағыттарында қолданылады. Өздерінің ерекше қасиеттерінің арқасында наноматериалдар мен оларды пайдаланудың технологиялары адамзат қызметінің балық бағыттарына қолданылуда.Сол наноматериалдар ретінде көптеген химиялық элементтер атомдары мен кластерлері атқарады. Алайда көміртегі атомы функционалды материалдардың қаңқасын жасаудағы маңызды элемент болып табылады, себебі химиялық байланыстар ішінде көміртек-көміртек байланысы ең берік байланыс болып табылады.Зерттеу әдістерінің өрлеуі жаңа квантты-механикалық, термодинамикалық, есептеуіш және т.б. әдістердің пайда болуы наноөлшемді зат туралы ғылымның жеке бір пән ретінде жеке пән болып қалыпасуына басқаша айтқанда, жеке әлем ретінде қалыптасуына мүмкіндік туғызды.
Ричард Фейнман әрбір 6-7 бит мәлімет деп қабылдауды, ал мәліметті тек қана беткі қабатта емес , сонымен бірге көлемде сақтауды ұсынған. Егер әрбір битті жазуға 100 атом қолданылатын болса, онда бүкіл әлем кітаптарындағы барлық мәліметтерді қабырғасы 0,1мм-ден аз ғана үлкен кубқа сыйдыруға болады.Сондықтан субатомды әлемде шынымен-ақ көп орын бар деген қорытынды жасап, ғалым қызметтестерінің жаңа микроскоп жасап шығаруға деген қызығушылығын арттырады.Сканирлеуші тунельді микроскоптың ашылуымен электр өрісі мен наноөлшемді ұштары бар арнайы зонд қолдану арқылы жекелеген атомдардың орнын ауыстыруға болатыны анықталды.
Нано ондық түбірінің өзі гректің vavob сөзінен аударғанда қортық, яғни ненің болмасын миллиардтан бір бөлшегі дегенді білдіреді (1м=10см2=10мм3=10мкм6=10нм9=1010А)
Құрылысты нанодеңгейге-дисперсті жүйелердегі тек бір деңгей ғана емес, сонымен қатар оның жаңа сапалы, жаңа қасиетті ерекше құрылысты ұйымдасқан затқа өтуі.
Нано бөлшектердің ерекшеліктері:
1.Өлшемі 100 нм тең не кіші және бір координата бойында болсада, сызықты өлшемді дербес тұрақты фаза.
2. Заттың негізгі бөлігі нысанның беткі қабатында орналасады.
3. Осы заттың бір қаситеі болсада, бөлшектердің сызықты параметрінің өзгерісіне тәуелді.
Тағы ерекшліктерінің бірің айттатын болсақ басқа салалардағы детекторларға қарағанда нанодетекторларға батарея қажет емес.
Көптеген қазіргі заманғы химиялық детекорларға қарағанда, Ли-верморск ұлттық зертханасының наносенсоры сыртқы қоректену көзін қажет етпейді .
Жартылай өткізгіш наносымдары кезіндегі құрылғыға аккумулятор қажет емес, осыған қарамастан ол тез және жоғары сезімталдықпен әртүрлі заттар молекулаларын анықтайды. Бұл технологияның дамуы шағын үздіксіз жұмыс істейті химиялық детекторларды жасаудағы алғашқы қадам болуы мүмкін.
Наносенсорлардың жұмыс істеу принципі химиялық заттар мен жартылай өткізгіш наносымдар бетінің әрекеттесуіне негізделген. Молекулалармен беттесу таза күйінде де химиялық әсерге ұшыраған наносымдар арасында немесе наносымдардың екі ұшының арасында электр зарядын тудырады.
Сынақтар әр түрлі типті датчиктермен ( мырыш оксиді негізіндегі және кремнийлі) жүргізілген. Алғашқы сынақтар үшін этанол қолданылған.
Мырыш оксиді негізіндегі датчиктерсынақтан өткізгенде ғалымдар этанолдың аз мөлшерін наносымдар ұштарының арасында лезде өсіп, еріткіштің булануына байланысты баяу кемитін электр кернеуінің өзгерісін тудыратын анықтаған. Детекторға гексаннның аз мөлшерінің тиюі кезіндегі төмен электр кернеуі тіркеледі, бұл наносенсордың молекулалардың әртүрлі типтеріне таңдамалы органикалық еріткіштердің 15 түрлі типімен сынап, әрқайсысы үшін әртүрлі кернеуді анықтады. Сонымен, наносенсорларды химиялық заттардың химиялық заттардың әртүрлі типтері мен олардың концентрациясын анықтау үшін қлдану мүмкіндігі бар.
Калийлі наносенсорлар ұқсас қасиеттер көрсетті, бірақ электр кернеуінің көрсеткіштері мырыш оксидінің негізіндегі детекторлрадан күрт ерекшеленеді.
Қазіргі кезде ғалымдар наносенсорлардың жарылғыш заттар мен биологиялық агенттердің күрделі молекулаларын анықтау қабілетін тексеруде.
10. Нанообъекті және наножүйелерге мысалдар
Наноқұрылым (англ. nanostructure) -- табиғи не қолдан жасалынған нанообъектілердің жиынтығы, қас-і тек қана олардың құрылымдық элем-нің өлшемдеріне ғана емес сонымен қатар кеңістіктегі орналасуына тәуелді. Хим-қ құрамы және фаза-ң таралуына байл. наноқұрылымдарды бірнеше түрге бөлуге болады: бірфазалы, беттері бірдей же бірдей емес статистикалық көп фазалы, матрицалық көпфазалы.Құрылымдық бірліктерінің өлшемдері бша ажыратылатын құрылымды материалдардың түрін 4 түрге бөлуге болады: 0 - атомдық кластерлер же бөлш-р,1- мультиқабат (көпқабат),2-ультромайда дәнекті жабынды, 3-көлемді нанокристаллды мат-р. Нанокристалл - наноөлшемді кристалл. Өлшемі 1-15 нм дейінгі бір не көпфазалық поликристаллдардағы дәнектер.Бұндай мат-да көлемінің 2-50% фазааралық не дәнек аралық кеңістікке кетеді.Нанокристаллды мат-ң типтері: 0-өлшемді кластерлер, 1-өлшемді нанотүтікшелер, талшықтар, шыбықтар; 2 өлшемді пленкалар же қабықшалар; 3 өлш.поликр-р. Кванттық нанофизика - электрондары де-Бройль толқын ұз-ғы шамасында 1, 2 не барлық өлш-де шектеуіш потенциалмен ұсталатын 0-өлшемді жүйелермен айналысады. Нанобөлш-р (наноұнтақ) - бұл кіші өлшемді, өлш-і 0,1-ден 100 нм-ге дейінгі, қатты заттар. Нанобөлшек пен наноұнтақ түсініктері көбінесе бір мағынада, бірақ алғ-ң изоляциялық сипатын, ал 2-нің көпшілік сипатын ескеру қажет (ұнтақ - өлш-і 0,001 ден 103 мкм-ге дейінгі бір-бірімен жанасатын қатты бөлш-ң жиынтығы). Нанобөлшектер өлшемдері кішірейген сайын, 10-нан бірнеше мың атомы бар кластерлерге ауысады деп есептеледі. Нанобөлш-ге, қазіргі кезде, жарт. өткізгішті кванттық нүктелер мен полимерлік дендримерлерді де жатқызады. Дендримерлер - молекулаларының тармақтары симметриялы, қайталанатын структуралы макромолекула. 3)Бионанонысандар, жіктелуі, қасиеттері, қолдануы. Нанотехнологияның нысандары: нанобөлшектер; нанотүтікшелер; нанопленкалар; Нанотүтікше диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болаты милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтікшелер сирек кездесетін ете берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Нанотүтікшелерден косманавтар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, ете берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа зонд жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді. Нанотүтікшелер газды (әсіресе сутегі) сақтауға қауіпсіз материал. Автомобилдерге жанғыш элемент ретінде сутегіні пайдаланса, ол бензинге қарағанда экологиялық таза элемент, алайда сутегі мелшері үлкен баллонды қажет етеді. Нанопленкалар-кварц нанобөлшектерінен және полимерлерден тұрады.Түрлері: Лэнгмюр-Блоджетт пленка, полимерлі пленкалар, рентгендік пленкалар т.б.Полимерлі пленкалар- 0,5мм аз қалыңдықтағы полимерлі материалдар поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полиамидтерден жасалады және экструзия әдісімен,каландирлеу арқылы жасалады.Полимерлі қабаттар комбинациялық материал өндіруде алюминді фольга және қағаздар қолданылады. Лэнгмюр-Блоджетт пленка термині-моно немесе көп қабатты пленка дегенді білдіреді.Су және ауа бөлігінен тұратын молекулалық пленка Лэнгмюрлық пленка деп аталады. Рентгендік пленканың медецинада қолданылуы: рентген сәулесі адам денесінен өткеннен кейін медециналық рентген пленкасына түседі, сосын сурет пайда болады.Сол суретке қарап сырқатты анықтауға болады.Бұл пленка арқылы ақпарат алып қана қоймай, оны ұзақ уақыт сақтауға болады.
11. Наноұнтақтардың жіктелуі және алу әдістері
Нанобөлш-р (наноұнтақ) - бұл кіші өлшемді, өлш-і 0,1-ден 100 нм-ге дейінгі, қатты заттар. Нанобөлшек пен наноұнтақ түсініктері көбінесе бір мағынада, бірақ алғ-ң изоляциялық сипатын, ал 2-нің көпшілік сипатын ескеру қажет (ұнтақ - өлш-і 0,001 ден 103 мкм-ге дейінгі бір-бірімен жанасатын қатты бөлш-ң жиынтығы). Нанобөлшектер өлшемдері кішірейген сайын, 10-нан бірнеше мың атомы бар кластерлерге ауысады деп есептеледі. Нанобөлш-ге, қазіргі кезде, жарт. өткізгішті кванттық нүктелер мен полимерлік дендримерлерді де жатқызады. Дендримерлер - молекулаларының тармақтары симметриялы, қайталанатын структуралы макромолекула.
Нанотехнологияның нысандары: нанобөлшектер; нанотүтікшелер; нанопленкалар; Нанотүтікше диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болаты милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтікшелер сирек кездесетін ете берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Нанотүтікшелерден косманавтар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, ете берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа зонд жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді. Нанотүтікшелер газды (әсіресе сутегі) сақтауға қауіпсіз материал. Автомобилдерге жанғыш элемент ретінде сутегіні пайдаланса, ол бензинге қарағанда экологиялық таза элемент, алайда сутегі мелшері үлкен баллонды қажет етеді.
12.Фуллерендердің құрылымы және физикалық қасиеттерін көрсетіңіз
Алғашқы фуллеренді, яғни осы қосылыстар класының өкілі бакминстерфуллерен (C60) 1985 жылы Райс Университетінде (Хьюстон, штат Техас, АҚШ) Ричард Смолли, Роберт Керл, Джеймс Хит, Шон О'Брайен және Гарольд Крото графитті лазерлі сәулелендіру арқылы, плазманы синтездеу жолымен алды. 1990 жылы В. Кретчер және Д.Р. Хоффман қатты фуллерендерді микрокристалдар түрінде синтездеп алды.
Фуллерендер - көміртегінің аллотроптық формалар классына кіретін молекулалық қосылыстар (алмаз, графит және карбин). Фуллерен молекуласы 20 алты бұрышты және 12 бес бұрыштыатомдардан құралған футбол добына ұқсас болады (өлшемі метрден миллиард есе кіші). Бұл тұрақты форманы С60 фуллерені деп атайды. Доп сияқты формадағы фуллеренді тасымалдағыш Фуллерендер көміртек атомының саны n=30-120 болатын қуыс сфералы кластерлер. С60,C70,C76 және тағы басқа фуллерендер жеткілікті мөлшерде алынатыны белгілі. С60 формасы ең тұрақтысы және тағы басқа фуллерендер жеткілікті мөлшерде алынатыны белгілі
Фуллереннің ионизация потенциалы-7,6эв, электронға тартқыштық- 2,6-2,8эв. C2 "жұлып алу" және C 58 түзілуінің диссоциация энергиясы- 4,6эв.
С70 фуллерені жоғары температураға дейін қатты күйде сақталады sub H0 298.15 =200.3 кДжмоль. Газды ортада түзілу энталпиясы f H0 =2755 кДжмоль, С70 қаныққан буының қысымы: lnP(кПа)=19,3-22835T (температураТ=1100К болғанда р=200 Па). Осылай, фуллерендерді жинайтын жазықтық Т800К С60 үшін және Т900 К С70 үшін. Керісінше конденсацияны болдырмау жазықтық температурасы С60 үшін Т1100 К және С70 үшін Т1200 К болу шарт.
С60 молекуласы өзінің термиялық тұрақтылығын 1700 К дейін сақтайды, жоғары температураларда ол баяу ыдырайды. Т=1720 К болғанда ыдырау жылдамдығының константасы р =10 с[-1] тең, ал Т=1970К -р =300 с-1 [2]
13.
Нанотүтікше. 1991 жылы профессор Сумио Иидзима ұзын көміртекті цилиндр - нанотүтікті байқаған. Нанотүтік - диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болатын милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтіктер сирек кездесетін өте берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз.
Нанотүтікшелерден косманавттар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, өте берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа шатыр жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшелердің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) езгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді.
Нанотүтікшелерді алу әдістері
Наноөлшемді бөлшектерді алу, бөлу, бөліп алу және белгілі бір құрылымды нанозаттарды тазалау, белгілі материалдарға әртүрлі нанобөлшектерді қосудың әсерін зерттеу әдістерін дамыту мақсатындағы тапсырмалар қазіргі уақытта іргелі ғылыми мәселелердің қатарына жатады.
Нанотүтікшелерді синтездеу үшін әртүрлі реакторлардың көптеген нұсқалары қолданылады, алайда вакуумді камера ең жақсы типі болып отыр. Құрылғы белгілі бір қысымда үздіксіз гелий ағынын жасайтын, диффузионды сорғышпен жалғанған, шыны камерадан тұрады. Электродтар рөлін екі графит стержендері атқарады, оларды мүмкіндігінше суытып тұру қажет. Анод - диаметрі 6 мм ұзын стержень, катод стержені әлдеқайда қысқа және диаметрі 9 мм. Доғалы буландыру кезінде екі электрод арасындағы қуыс тұрақты болуы керек (шамамен 1 мм). Разряд тұрақты 20 вольт кернеуде жасалынады. Тоқ стержень диаметріне, олардың ара қашықтығына, газ қысымына және т.б. тәуелді, бірақ қысым әдетте 50-100 А диапазонында болады. Доғаны жағу үшін анодты біртіндеп катодқа қарай жылжытып отырады.
14. Көміртекті материалдардың жіктелу диаграммасы.
Көміртекті темір қорытпалары екі компонеттен тұратын қорытпалар деп қарастыруға болады: олар темір мен көміртегі. Диаграмманың көлденең (абцисса) өсіне қорытпа құрамындағы көміртегі мөлшері 6,67%-ға тең болғанда бітеді. Тік (ордината) өсі бойынша температура көрсетілім салынады.
Көміртекті темір қорытпаларының диаграммасы бірі-бірінен белгілі шамаға ығысқан екі диаграммадан тұрады. Ғе-Ғе3С диаграммасы үздіксіз жуан сызықпен, ал Ғе-С диаграммасы пунктир сызықпен кескінделген.Көміртекті темір қорытпалары тез суығанда, қоспада көміртегі химиялық қосылыс - цементит (Ғе3С) түрінде, ал баяу суығанда, графит (С) түрінде бөлінеді. Түзілген цементит тұрақсыз қосылыс, ал графит тұрақты қосылыс болып табылады. Көміртекті темір қорытналары баяу суығанда цементиттен графит мына реакция бойынша түзіледі:
Диаграмманың АВСД сызығы (ликвидус) - қорытпалардың бастапқы кристалдану процесі басталады. Бұл сызықтан жоғары барлық қорытпалар бір фазалы сұйық күйінде болады. Суытқанда сұйық қорытпадан АВ бойынша феррит, ВС - аустенит, СД - алғашқы цементит бөлініп шығады.АНIEСҒ бойында кристалдану процесі аяқталады. Бұл сызықтан төменгі температурада барлық қорытпа қатты күйде болады, әрі қарай жүретін процестер қатты күйінде жүреді. 14920С температурада НІВ сызығында перитектикалық түрлену өтеді, оның нәтижесінде аустенит түзіледі. 11470С-да ЕСҒ сызығында С нүктесінде көміртегінің концентрациясы 4,3%-ға жеткенде қорытпадан аустенит, бірінші реттік цементит кристалдары бөлініп, ледебурит эвтектикалық қорытпасы түзіледі.АНІЕСҒ сызығы - солидус деп аталады. Солидус сызығынантөменгі аймақтарда көміртекті темір қорытпаларының бірінші реттік кристалдану процестері аяқталып, олардың екінші және үшінші реттік кристалдану процестерінің нәтижесінде мынадай құраушылар түзіледі:
1) 2,14% С 4,3% эвтектикаға дейінгі шойындар, құрылысы: А+ЦПЛ(А+ІДI).
2) С=4,3% - эвтектикалық шойын, құрылысы: ледебурит.
3) 4.3% С 6,67% эвтектикадан кейінгі шойындар, құрылысы: ЦI+Л(А+ЦI).
Кез келген концентрациялы болаттар бірінші рет кристалданғаннан кейін құрылысы аустенитті болады. Болаттың екінші рет кристалдануы GSЕ сызықтары бойынша жүреді. GS сызығы бойынша аустениттен феррит, ал SЕ сызығы бойынша екінші реттік цементит бөлінеді. GS сызығына сәйкес нүктелерді А3 әрпімен, ал SЕ сызығына сәйкес нүктелерді Аст әрпімен белгілейді. S нүктесі (7270С) температурадағы аустенитке сәйкес болады. S нүктесінде қорытпадағы көміртегінің концентрациясы 0,8%-ға жеткенде аустенит феррит пен екінші реттік цементитке ыдырап, эвтектоидтық корытпа - перлит түзіледі. РSК түзуіне сәйкес температураны А1 әрпімен белгілейді. Р нүктесі көміртегінің α-Ғе-дегі максимум ерігіштігін (0,02%) анықтайды. GР, РQ сызықтары көміртегінің α-Ғе-дегіерігіштігінің температураға байланыстылығын көрсетеді.
... 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