Міністерство науки і освіти Російської Федерації
Державна освітня установа
вищої професійної освіти
Московський державний відкритий університет (МГОУ)
Кафедра хімічної технології переробки полімерних матеріалів
і органічних речовин
Курсова робота з дисципліни
В«НанотехнологіїВ»
Властивості наночастинок
Виконала студентка Єфімова Л. А.
Факультет хіміко-технологічний
Курс 4
Спеціальність 240502 В«Технологія переробки пластичних мас
і еластомерів В»
Шифр ​​405269
Перевірив д.т.н., професор
заслужений працівник вищої школи РФ Шевердяев О.Н.
Москва 2009 р.
Зміст
Введення
1. Історія
2. Визначення
3. Класифікація нанооб'єктів
4. Властивості наночастинок
4.1 Срібло
4.2 Оксид цинку
4.3 Діоксид кремнію
5. Деякі досягнення на основі наночастинок
5.1 Наноматеріали
5.2 Нанокристали
5.3 Наномедицина і хімічна промисловість
5.4 Комп'ютери та мікроелектроніка
5.5 Робототехніка
Література
Введення
Сфера нанотехнологій вважається у всьому світі ключовою темою для технологій XXI століття. Можливості їх різнобічного застосування в таких областях економіки, як виробництво напівпровідників, медицина, сенсорна техніка, екологія, автомобілебудування, будівельні матеріали, біотехнології, хімія, авіація і космонавтика, машинобудування і текстильна промисловість, несуть в собі величезний потенціал зростання. Застосування продукції нанотехнологій дозволить заощадити на сировину та споживанні енергії, скоротити викиди в атмосферу і буде сприяти тим самим сталому розвитку економіки.
З одного боку, нанотехнології вже знайшли сфери застосування, з іншого - вони залишаються для більшості населення областю наукової фантастики. У майбутньому значення нанотехнологій буде тільки рости. У спеціалізованій області це буде будити інтерес і стимулювати проведення дослідницьких та дослідно-конструкторських робіт, а також робіт по знаходженню нових областей застосування нанотехнологій.
У цій роботі розглядаються деякі властивості наночастинок різних хімічних елементів і їх з'єднань. Представлені деякі досягнення на основі наночасток.
1. Історія
Багато джерел, в першу чергу англомовні, перша згадка методів, які згодом будуть названі нанотехнологией, пов'язують з відомим виступом Річарда Фейнмана В«Там внизу багато місцяВ» (англ. В« There ' s Plenty of Room at the Bottom В» ), зробленим ним у 1959 році в Каліфорнійському технологічному інституті на щорічній зустрічі Американського фізичного суспільства. Річард Фейнман припустив, що можливо механічно переміщати одиночні атоми, за допомогою маніпулятора відповідного розміру, по крайней мірі, такий процес не суперечив би відомим на сьогоднішній день фізичним законам.
Цей маніпулятор він запропонував робити наступним способом. Необхідно побудувати механізм, який створював би свою копію, тільки на порядок меншу. Створений менший механізм повинен знову створити свою копію, знову на порядок меншу і так до тих пір, поки розміри механізму не будуть сумірні з розмірами порядку одного атома. При цьому необхідно буде робити зміни в пристрої цього механізму, так як сили гравітації, що діють в макросвіті будуть надавати все менший вплив, а сили міжмолекулярних взаємодій і Ван-дер-ваальсових сили будуть все більше впливати на роботу механізму. Останній етап - отриманий механізм збере свою копію з окремих атомів. Принципово число таких копій необмежено, можна буде за короткий час створити довільне число таких машин. Ці машини зможуть таким же способом, поатомной зборкою збирати макровещі. Це дозволить зробити речі на порядок дешевше - таким роботам (нанороботів) потрібно буде дати тільки необхідну кількість молекул і енергію, і написати програму для складання необхідних предметів. До цих пір ніхто не зміг спростувати цю можливість, але й нікому поки що не вдалося створити такі механізми. Принциповий недолік такого робота - неможливість створення механізму з одного атома.
У ході теоретичного дослідження даної можливості, з'явилися гіпотетичні сценарії кінця світу, які припускають, що нанороботи поглинуть всю біомасу Землі, виконуючи свою програму саморозмноження (так звана «ѳрий слизВ» або В«сіра жижаВ»).
Перші припущення про можливість дослідження об'єктів на атомному рівні можна зустріти в книзі "Opticks" Ісаака Ньютона, що вийшла в 1704 році. У книзі Ньютон висловлює сподівання, що мікроскопи майбутнього небудь зможуть досліджувати "таємниці корпускул" [1] .
Вперше термін В«нанотехнологіяВ» ужив Норіо Танігуті в 1974 році. Він назвав цим терміном виробництво виробів розміром кілька нанометрів. В 1980-х роках цей термін використав Ерік К. Дрекслер в своїх книгах: В«Машини створення: гряде ера нанотехнології В» (В« Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology В») і В« Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation В». Центральне місце в його дослідженнях грали математичні розрахунки, за допомогою яких можна було проаналізувати роботу пристрою розмірами в декілька нанометрів.
2. Визначення
Сучасна тенденція до мініатюризації показала, що речовина може мати зовсім нові властивості, якщо взяти дуже маленьку частку цієї речовини. Частинки, розмірами від 1 до 100 нанометрів зазвичай називають наночастинками .
3. Класифікація нанооб'єктів
нанооб'єктів діляться на 3 основних класу:
- тривимірні частинки, одержувані вибухом провідників, плазмовим синтезом, відновленням тонких плівок і т.д;
- двовимірні об'єкти - плівки, що отримуються методами молекулярного нашарування, CVD, ALD, методом іонного напластовування і т.д;
- одномірні об'єкти - вискер, ці об'єкти виходять методом молекулярного нашарування, введенням речовин в циліндричні мікропори і т. д.
Також існують нанокомпозити - матеріали, отримані введенням наночастинок в які або матриці. На даний момент широке застосування отримав тільки метод мікролітографіі, що дозволяє отримувати на поверхні матриць плоскі острівкові об'єкти розміром від 50 нм, застосовується він в електроніці; метод CVD і ALD в основному застосовується для створення мікронних плівок. Інші методи в основному використовуються в наукових цілях. Особливо слід відзначити методи іонного і молекулярного нашарування, оскільки з їх допомогою можливо створення реальних моношарів.
4. Властивості наночастинок
Найбільш сильні зміни властивостей наноматеріалів і наночастинок наступають в діапазоні розмірів кристалітів порядку 10 .. 100нм. Основні фізичні причини цього можна проілюструвати на рис 1.
Для наночастинок частка атомів, що знаходяться в тонкому поверхневому шарі (~ 1 нм), у порівнянні з мікрочастинками помітно зростає.
Так, наприклад, виявляється, що наночастинки деяких матеріалів мають дуже хороші каталітичні і адсорбційні властивості. Інші матеріали показують дивовижні оптичні властивості, наприклад, надтонкі плівки органічних матеріалів застосовують для виробництва сонячних батарей. Такі батареї, хоч і мають порівняно низькою квантовою ефективністю, зате більш дешеві і можуть бути механічно гнучкими. Вдається домогтися взаємодії штучних наночасток з природними об'єктами нанорозмірів - білками, нуклеїновими кислотами та ін Ретельно очищені, наночастинки можуть самовистраіваться в певні структури. ...
