ВУЗ:
Составители:
Рис. 1. Структура молекул С
60
и С
70
Вначале синтез фуллеренов вызвал лишь частный интерес, обусловленный тем, что открыта новая аллотропическая
форма углерода, причём одновременно в виде нескольких разновидностей (рис. 1). Однако по мере того, как начали
открывать совершенно уникальные свойства наноматериалов, интерес к фуллеренам начал быстро расти. Сегодня изучены
очень многие свойства этих удивительных и многочисленных представителей аллотропических форм углерода.
Открытие фуллеренов, естественно, породило достаточно много предположений по их использованию. За период с 1998
по 2002 гг. зарегистрировано 453 патента США, 82 – Японии. Патентная база остальных стран, включая Германию, Канаду,
Францию, составила 124 единицы. Однако очень скоро выяснилась неэкономичность и нетехнологичность их
использования. Фуллерены назвали примером неосуществлённых возможностей.
Наибольший интерес в этом отношении представляют производные фуллеренов, но и то пока лишь на теоретическом
уровне. В частности, несомненно интересны донорно-акцепторные комплексы с переносом заряда на базе С
60
F
18
, некоторые
фуллерен-порфириновые структуры. Последние перспективны для создания солнечных батарей. Привлекательно
использование фуллеренов для выращивания алмазных плёнок. И, конечно, несомненный интерес представляет их
гидрирование с применением в качестве аккумуляторов водорода.
Видимо, перспективным является использование фуллеренов в медицине (например, имеет место анти–ВИЧ активность
производных фуллеренов).
Исключительно значимым оказалось открытие в 1991 г. японским спектроскопистом Сумио Инджимой в катодной саже
установок синтеза фуллеренов новых графитовых структур. Ими являлись длинные полые волокна, состоящие из
графитовых слоёв фуллереноподобной конструкции с диаметральными размерами от 1 до нескольких десятков нанометров,
получивших название – углеродные нанотрубки.
Наноструктурированные материалы. Перейдём к рассмотрению наноструктурированных материалов, по которым
сегодня в мире накоплен большой экспериментальный материал, позволяющий переходить к разработке нанотехнологий.
Прежде всего, рассмотрим суть самого понятия «наноматериал». В самом общем плане наноматериалами можно
назвать любые материалы, составляющие которых (строительные блоки) имеют размер порядка нанометра (напомним, что 1
нм = 10
−9
м). Такими составляющими могут быть большие молекулы, кластеры, частицы вещества или зерна поликристалла.
Маршрут создания наночастиц можно представить схемой:
атомарный пар → молекулы → ассоциаты → кластеры → наночастицы и нанокомпозиты.
Однако суть терминов «наночастица», «наноматериал» будет крайне сужена, если рассматривать только размерный
фактор. В этом случае остаётся неясной сама суть использования наноматериалов, отождествляемая сегодня с революцией в
технике. В это понятие необходимо включить скачкообразное изменение свойств вещества, которое наблюдается при
достижении нанометрового размера блоков, составляющих наноматериал. Пороговый размер частиц, определяющий
скачкообразное изменение свойств вещества, – размерный эффект – для большинства известных в настоящее время
материалов, колеблется в пределах от 1 до 100 нм.
Наноэффект обусловлен скачкообразным изменением энергии активации (
Е
а
) процесса, независимо от того протекает
он в кинетическом, диффузионном или смешанном режимах.
Микрометр, как и нанометр, – количественная характеристика размера частиц. Но между наносостоянием и
субмикросостоянием существует принципиальное различие. Именно нано-, а не субмикросостояние является
промежуточным между молекулярным и твёрдотельным состоянием, в котором проявляются кооперативные эффекты. В
этом же заключается физическая причина того, что скачкообразное изменение свойств наблюдается в нанометровом
диапазоне. Суть дела в том, что расстояния, на которых проявляются физические силы, варьируются в диапазоне от 1 до 100
нм. В связи с этим в конкретном веществе они могут проявляться при разных размерах наночастиц. Из сказанного следует,
что не может быть фундаментального размера наночастиц, как для одного и того же, так и для разных веществ. Следует
также иметь в виду, что наноматериалы – далеко не всегда кристаллические частицы. Они, как правило, представляют собой
термодинамически неравновесные системы, а значит образующие их частицы вовсе не обязательно имеют кристаллически
совершенную структуру. Напротив, для строительных блоков наноматериалов часто характерна сильно дефектная структура,
иногда их состояние близко к аморфному. Иначе говоря, в наночастицах дальний порядок может быть сильно нарушен, а
корреляция кооперативного эффекта определяется ближним порядком. В связи с этим, более точное название
наноматериалов − наноструктурированные материалы.
Классификация наноматериалов. Разнообразие наноструктурированных материалов обусловило наличие их
различных классификаций. Одна из них – по размерности структурных элементов, из которых они состоят. Основные типы
наноструктурированных материалов (далее упрощённо – наноматериалы) следующие:
1. Нульмерные (0D).
2. Одномерные (1D).
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- …
- следующая ›
- последняя »
