Материалдарды қорғау

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Е.А.БӨКЕТОВ АТЫНДАҒЫ ҚАРАҒАНДЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

Химия факультеті

Бейорганикалық және техникалық химия кафедрасы

Нанообъектілердің негізгі түрлері және олардың негізіндегі наножүйелер тақырыбындағы
Реферат

Орындаған: МХТНВ-51 тобының магистранты
Сағынтаева А.Д
Тексерген: Х.ғ.д, профессор Рустембеков К.Т

2019-2020 жж
Мазмұны

бет
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
II.Негізгі бөлім
2.1 Нанохимия және нанотехнология туралы жалпы түсінік ... ... ... ... ... ... 4
2.2 Нанообъекті туралы түсінік және оның жіктелуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
2.3 Наножүйе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14
Қолданылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ..15

Кіріспе

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.
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.
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.

2.1. Нанохимия және нанотехнология туралы жалпы түсінік

Нанохимия - нанобөлшектердің құрылымы мен өзгеру ерекшеліктерін зерттейтін химия саласы. Нанохимияның ерекшелігі мөлшер эффектінің болуы, яғни бөлшектердің атом немесе молекула өзгеруінен физика-химиялық қасиеттердің және реакцияға ұшырау белсенділігінің сапалық өзгерісі. Әдетте бұл эффект 10нм көлемнен кем бөлшектерде байқалады, бірақ бұл шартты өлшем болып келеді.
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.

2.2. Нанообъекті туралы түсінік және оның жіктелуі

Нанобъект (ағылш. nano -- object немесе nano scale object) - материяның дискреттік бөлігі немесе керісінше, оның жергілікті болмауы (қуыстар, уақыт), оның өлшемі кем дегенде бір өлшемде нанодиапазонда (әдетте 1-100 нм) болады.
Нанобъекттің өлшемділігі-наноообъекттерді жіктеу негізі.
Өлшеміне сәйкес ажыратылады:
1. 0 - D барлық 3 кеңістіктік өлшемдегі нанобъектілер нанометрлік диапазонда жатыр (өрескел: барлығы 3 өлшемі 100 нм);
Макроскопиялық мағынада мұндай нысан нульмерлік және сондықтан электрондық қасиеттері тұрғысынан, мұндай нысандар кванттық нүктелер деп аталады. Оларда де Бройль толқыны кез келген кеңістікке қарағанда көп
мөлшері. Кванттық нүктелер лазер жасауда, оптоэлектроникада, фотоникада, сенсорикада және т. б. қолданылады.
2. 1 - D нано объектілер екі өлшемде, ал үшінші өлшемде нанометрлік өлшемдері бар объектілер - макроскопиялық өлшем. Оларға: нанопроводок, нановолокна, бір және көп қабырғалы нанотрубкалар, органикалық макромолекулалар, оның ішінде ДНҚ қос спиральдары.
3. 2 - D нанобъектілер - нанометр өлшемі тек бір өлшемде, ал қалған екі өлшемде бұл өлшем макроскопиялық болады. Мұндай объектілерге мыналар жатады: жұқа бет қабаттары біртекті материал: үлдірлер, жабу, мембраналар, көп қабатты гетероқұрылымдар.
Дәл 2-D нано объектілер принципті жаңа элементтік базаны әзірлеу үшін негіз жасауға мүмкіндік береді радиоэлектроника. Бұл наноэлектроника, нанооптика және т. б. болады. Қазіргі уақытта 2-D нанообъектілер көбінесе әртүрлі жабын ретінде қызмет етеді антифрикциялық, коррозияға қарсы және т. б. молекулалық сүзгілердегі, сорбенттердегі және т. б. мембраналар.
Аталған нанобъектілердің әрқайсысы техниканың түрлі салаларында өз қолданылуын табады. Мысалы, нанопроводоктарды субмикронды және наноэлектронды тораптарда өткізгіш ретінде пайдалануды ұсынады. Нановолокна наноқұрылымдалған нанокомпозициялық пп элементі ретінде қолданылады. Макромолекулалар да наноқұрылымды материалдарды жасауда қолданылады.
Медицинада, химия өнеркәсібінде.
Электроника үшін нанотүбектер сияқты 1-D нанообъектілер өте маңызды мәнге ие болды. Үлкен барлық нанотүбектер 2 үлкен класқа бөлінеді:
1) көміртекті нанотрубкалар (УНТ).
2) көміртексіз нанотрубкалар.
Бұдан басқа, барлық нанотүбектер қабаттар саны бойынша ерекшеленеді: бір қабатты, екі қабатты, көп қабатты.
Барлық көміртекті трубкалар екі жүйеге бөлінеді:
1) құрамына көміртегі кіретін ауыспалы наноқұрылымдар
2) дихалькогенидті нанотүсіргіштер.
Мұндай нанотрубкалар өте жұқа, негізгілері: MoS2, MoTe2, WS2, WSe2.
2-D НАНОБЪЕКТІЛЕР (ЖҰҚА ҮЛДІРЛЕР)
Техникада қолданылады. Жабу ретінде. Жұқа пленкалы жабындарды жасау көлемді қозғамай және геометриялық өлшемдерді ұлғайтпастан бастапқы материалдың қасиеттерін өзгерту. Қалыңдығы 1 мкм артық емес. Қаптаманың ең көп таралған мақсаттары:
1) әртүрлі бөлшектер материалдарының тозуға төзімділігін, термо - және коррозиялық тұрақтылығын арттыру.
2) жоспарлы, бір қабатты құру. Микро, наноэлектроника элементтері үшін көп қабатты және гетероқұрылым, оптоэлектроника және т. б.
3) беттің оптикалық сипаттамаларын өзгерту (хамелеондар көзілдірігі).
4) ақпаратты жазу және сақтау элементтерінде магниттік орталарды құру үшін.
5) ақпаратты жазу мен сақтаудың оптикалық құралдарын жасау. CD, DVD дискілер.
6) сорғыштарды, газ қоспаларының сепараторларын, катализаторларды, химиялық түрлендірілген мембраналарды құру қызметтік сипаттамаларды жақсартудың екі принципті айырмашылығы бар (яғни, оларға пленкаларды жасауға):
1) Әр түрлі өңдей отырып үстіңгі қабаттардың модификациясы (химиялық, термиялық, механикалық, немесе олардың комбинациялары).
2) бөгде атомдардың қосымша қабаттарын жағу.
Жабынды жағудың барлық тәсілдерін екі топқа біріктіруге болады:
1) бу фазасынан физикалық тұндыру. PVD
2) бу фазасынан химиялық тұндыру. CVD
Екі жағдайда да процесс кейде аз қысым жасалатын вакуумдық камерада жүзеге асырылады (химиялық бейтарап газдарға қатысты-Ar, N, этилен).
Нанообъектілерді жіктеудің әртүрлі тәсілдері бар. Олардың қарапайымдыларына сәйкес барлық наноооообъектілер екі үлкен класқа бөлінеді - тұтас ("сыртқы") және кеуекті ("ішкі") (кесте 1 көрсетілген).

Наноөлшемді объектілер
Кесте 1

Кеуекті

Нанокластерлер (3D)
Нанопленкалар (2D)
Наноталшық (1D)
Нанонүкте (0D)

Тұтас

Нанотүбек
Нанокеуекті материалдар

Тұтас объектілер өлшемі бойынша жіктеледі:
1) көлемді үш өлшемді (3D) құрылымдар, оларды нанокластерлер деп атайды (cluster - шоғырлану, найзағай);
2) жазық екі өлшемді (2D) объектілер - нанопленкалар;
3) сызықтық бір өлшемді (1D) құрылымдар - нанонити немесе нанопроводоктар (nanowires);
4) нульмерлі (0D) объектілер - наноточкалар немесе кванттық нүктелер.
Кеуекті құрылымдарға нанотрубкалар және нано-кеуекті материалдар, мысалы аморфты силикаттар жатады.
Әрине, бұл жіктеу кез-келгені сияқты толық емес. Ол нанобөлшектердің өте маңызды класын қамтымайды-супрамолекулалық химия әдістерімен алынған молекулалық агрегаттар. Ең белсенді зерттелетін құрылымдардың бірі - нанокластерлер - металдар атомдарынан немесе салыстырмалы қарапайым молекулалардан тұрады. Кластерлердің қасиеттері олардың өлшемдеріне (өлшемдік әсері) өте тәуелді болғандықтан, олар үшін өз жіктелуі - өлшемдері бойынша (кесте 2) әзірленді.

Металл нанокластерлерінің мөлшері бойынша жіктелуі
Кесте 2

Нанокластердегі атомдар саны
Диаметр, нм
Беттегі атомдар үлесі, %
Ішкі қабаттардың саны
Кластер түрі
1
0,24 - 0,34
100
0
-
2
0,45 - 0,60
100
0
-
3 - 12
0,55 - 0,80
100
0
Шағын
13 - 100
0,8 - 2,0
92 - 63
1 - 3
Орташа
102 - 104
2 - 10
63 - 15
4 - 18
Үлкен
104 - 105
10 - 30
15 - 2
18
Гигант
106
30
2
көп
Коллоидты

Нанокластерлердің пішіні олардың өлшемдеріне, әсіресе атомдардың аздаған санына байланысты болды. Теориялық есептермен ұштасқан эксперименталды зерттеулердің нәтижелері құрамында 13 және 14 атом бар алтын нанокластерлерінің тегіс құрылымы бар, 16 Ааом болған жағдайда - үш өлшемді құрылымы бар, ал 20 жағдайда - қарапайым алтынның құрылымын еске түсіретін түйіршіктелген кубтық ұяшықты құрайтынын көрсетті. Атомдардың саны одан әрі ұлғайған кезде бұл құрылым сақталуы тиіс. Алайда бұл олай емес. 24 алтын атомынан тұратын бөлшектер газ фазасында ерекше созылған пішінді. Химиялық әдістерді пайдалана отырып, кластерлерге оларды неғұрлым күрделі құрылымдарға ұйымдастыруға қабілетті басқа молекулаларды үстіңгі жағынан бекіту мүмкін. Полистирол молекулаларының фрагменттерімен біріктірілген алтынның нанобөлшектері [ - CH2 - CH(C6H5) - ]N немесе полиэтиленоксидінің ( - CH2CH2O - )n, суға түскен кезде коллоидты бөлшектер - мицеллаларға ұқсас цилиндрлік агрегаттарға өзінің полистирольді фрагменттерімен біріктіріледі, және де олардың кейбіреулері 1000 нм ұзындыққа жетеді. Ғалымдар мұндай нысандарды обыр мен катализаторларға қарсы дәрі ретінде пайдалануға болады деп болжайды.

Сурет 1.
Au24 нанокластерінің ықтимал құрылымы
Олардың ішінде ең тұрақты-а құрылымы

Алтынның нанобөлшектерін ерітіндіге ауыстыратын заттар рөлінде табиғи полимерлер - желатин немесе агар-агар қолданылады. Оларды алтын-хлорлы сутекті қышқылмен немесе оның тұзымен, содан кейін ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.