Нанохимия/Nanochemistry
Основными закономерностями образования нанокристаллических частиц методом испарения и конденсации
Основными закономерностями образования нанокристаллических частиц методом испарения и конденсации являются следующие:
- Образование наночастиц происходит при охлаждении пара в зоне конденсации, которая тем больше, чем меньше давление газа; внутренняя граница зоны конденсации находится вблизи испарителя, а ее внешняя граница по мере уменьшения давления газа может выйти за пределы реакционного сосуда; при давлении, равном нескольким сотням Па, внешняя граница зоны конденсации находится внутри реакционной камеры диаметром, не меньшим 0,1 м, и в процессе конденсации существенную роль играют конвективные потоки газа.
- При увеличении давления газа до нескольких сотен Па средний размер частиц сначала быстро увеличивается, а затем медленно приближается к предельному значению в области давлений более 2500 Па.
- При одинаковом давлении газа переход от менее плотного инертного газа к более плотному, сопровождается ростом размера частиц в несколько раз, например, от гелия к ксенону.
[Нанохимия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]
Плазмотрон
Плазмотрон — техническое устройство, в котором при протекании электрического тока через разрядный промежуток образуется плазма, используемая для обработки материалов или как источник света и тепла.
Буквально, плазмотрон означает — генератор плазмы.
Получаемые плазмохимическим синтезом порошки имеют правильную форму и размер частиц от 10 до 100 нм и более.
Плазмохимические порошки карбидов металлов, бора и кремния обычно получают взаимодействием хлоридов соответствующих элементов с водородом и метаном или другими углеводородами в аргоновой высокочастотной или дуговой плазме; нитриды получают взаимодействием хлоридов с аммиаком или смесью азота и водорода в низкотемпературной СВЧ-плазме.
[Нано химия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]
Проволока квантовая
Проволока квантовая — это двумерная потенциальная яма для квантовой частицы, размеры которой в двух пространственных направлениях ~ длины волны де-Бройля квантовой частицы.
Характерной особенностью нормального к оси квантовой проволоки движения квантовой частицы является то, что набор возможных (разрешенных) значений энергии движения в данных направлениях дискретен.
[Нано химия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]
Разложение и восстановление, термическое
Разложение и восстановление, термическое — при термическом разложении используют обычно сложные элементо- и металлоорганические соединения, гидроксиды, карбонилы, формиаты, нитраты, оксалаты, амиды и амиды металлов, которые при определенной температуре распадаются с образованием синтезируемого вещества и выделением газовой фазы. Например, пиролизом формиатов железа, кобальта, никеля, меди в вакууме или в инертном газе при температуре 470-530K получают дисперсные порошки металлов со средним размером частиц 100-300 нм.
[Нано химия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]
Сверхпроводники высокотемпературные
Сверхпроводники высокотемпературные — семейство материалов (сверхпроводящих керамик) с общей структурной особенностью, относительно хорошо разделёнными металл-кислородными плоскостями. Температура сверхпроводящего перехода, которая может быть достигнута в некоторых составах в этом семействе, является самой высокой среди всех известных сверхпроводников
[Нано химия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]
Синтез газофазный
Синтез газофазный — позволяет получать частицы размером от 2 до нескольких сотен нанометров. Более мелкие частицы контролируемого размера получают с помощью разделения кластеров по массе вовремя пролетном масс-спектрометре. Например, пары металла пропускают через ячейку с гелием под давлением порядка 1000-1500 Па, затем выводят в высоковакуумную камеру (~10 -5 Па), где масса кластера устанавливается по времени пролета определенного расстояния в масс-спектрометре. Таким способом получали кластеры сурьмы, висмута и свинца, содержащие 650, 270 и 400 атомов соответственно; температура газообразного гелия в случае паров Sb и Bi составляла 80K, а в случае паров Рb – 280K.
[Нано химия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]
Синтез плазмохимический
Синтез плазмохимический — одним из самых распространенных химических методов получения высоко дисперсных порошков нитридов, карбидов, боридов и оксидов является плазмохимический синтез.
Основными условиями получения высокодисперсных порошков этим методом являются протекание реакции в неравновесных условиях и высокая скорость образования зародышей новой фазы при малой скорости их роста.
В реальных условиях плазмохимического синтеза получение наночастиц целесообразно осуществлять за счет увеличения скорости охлаждения потока плазмы, в котором происходит конденсация из газовой фазы; благодаря этому уменьшается размер образующихся частиц, а также подавляется рост частиц путем их слияния при столкновении.
[Нано химия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]
Синтез темплатный
Синтез темплатный — в рамках мицеллярного синтеза наноструктур наиболее интересным является темплатный (от англ. template –шаблон) синтез, который в частности используется для получения мезопористого SiO 2.
Материалы на его основе представляют большой интерес для науки и промышленности как носители для катализаторов и матрицы для большого числа функциональных композитных материалов. В качестве темплата используются поверхностно-активные вещества, образующие жидкокристаллические фазы, а в качестве источника кремния — тетраэтоксисилан. Кроме того, в качестве темплата возможно использование d-глюкозы и ее производных (крахмала и гуммиарабика).
[Нано химия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]
Супрамолекулярная химия
Супрамолекулярная (надмолекулярная) химия (Supramolecular chemistry) — междисциплинарная область науки, включающая химические, физические и биологические аспекты рассмотрения более сложных, чем молекулы, химических систем, связанных в единое целое посредство межмолекулярных (нековалентных) взаимодействий.
[Нано химия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]
Технология молекулярно-лучевой эпитаксии
Технология молекулярно-лучевой эпитаксии — в основе метода лежит осаждение испаренного в молекулярном источнике вещества на кристаллическую подложку. Несмотря на достаточно простую идею, реализация данной технологии требует чрезвычайно сложных технических решений. Основные требования к установке эпитаксии следующие:
1) В рабочей камере установки необходимо поддерживать сверхвысокий вакуум (около 10 −8 Па).
2) Чистота испаряемых материалов должна достигать 99,999999 %.
3)Необходим молекулярный источник, способный испарять тугоплавкие вещества с возможностью регулировки плотности потока вещества. Особенностью эпитаксии является невысокая скорость роста пленки (обычно менее 1000 нм в час).
[Нано химия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с]