Наноматериалы: физические свойства и получение

1. Департамент образования города Омска​ Бюджетное общеобразовательное учреждение города Омска​ «Средняя общеобразовательная школа

Департамент образования города Омска
Бюджетное общеобразовательное учреждение города Омска
«Средняя общеобразовательная школа №36»
ПРОЕКТ
по теме «Наноматериалы: физические свойства и получение»
Автор:
учащаяся 101 класса
Осадчая Алина Сергеевна
Руководитель:
учитель физики
Городничева Алла Александровна
Омск, 2022 г.

2.

Цели проекта:
1.
Изучить физические свойства наноматериалов.
2. Получить наноматериал на практике.
Задачи:
1.
Прочитать научную литературу по теме исследования.
2. Выяснить, какими физическими свойствами обладают наноматериалы.
3. Провести эксперимент по получению наноплёнок в школьных условиях.
4. Проанализировать, где используются полученные наноматериалы.

3.

Основные этапы развития знаний о наноматериалах
Рис 3. Наноматериалы на современном
этапе жизни.
Рис 1. Каллиграфически переписанная рукопись
поэмы.
«О природе вещей»
Первое упоминание мы уже
можем увидеть в произведении,
написанном
древнеримским
учёным Титом Лукрецием-Каром,
где он говорит о «первоначалах
вещей», при
сложении и
сочетании
которых
можно
получить различные вещества с
различными свойствами.
Рис 2. Зарисовки Роберта Гука.
XVII-XVIII век
В это время учёные вносили свой вклад в
изучение сверхмелких частиц. Так,
Роберт Гук в 1665 году опубликовал
рисунки
обнаруженных
им
микроорганизмов, А. Левенгук в 1683
году отправил в научное общество в
Лондоне письмо, где писал о собраниях
крошечных организмов. М. В. Ломоносов
и П. Гассенди, в свою очередь, развили
понятия об атомистическом строении
твёрдых тел и газов.
XX век
В 1959 году профессор Р. Фейнман
указал на возможность создания
новых
веществ
путём
сборки
малоразмерных объектов, а в 1974
году японцем Н. Танигучи был
предложен
термин
«нанотехнология».
В
1981
г.
швейцарские учёные Г. Бинниг и Х.
Рорер
создали
сканирующий
микроскоп,
который
впервые
позволил учёным увидеть отдельные
атомы и манипулировать ими.

4. Способы получения и исследования наноматериалов

Есть множество способов, однако
среди них можно выделить два
основных
подхода:
«сверху-вниз»,
представляющий из себя измельчение
физических тел до получения объектов
с наноразмерными параметрами, и
«снизу-вверх», при осуществлении
которого создаваемый нанообъект
«собирается»
из
индивидуальных
атомов и прочих компонентов.
Рис. 4. Изображение двух углеродных нанотрубок с
помощью микроскопии высокого разрешения.
Осуществляется посредством микроскопии или
сканирующих
зондов.
Сейчас
благодаря
электронным микроскопам есть возможность
увидеть фотографии даже отдельных атомов
или молекул.
Рис. 5. Электронные снимки
наноструктур сульфида
серебра.
Рис. 6. Наноразмерная сетчатая структура
с содержанием теллурида кадмия.

5. Общая характеристика

Наноматериалы подразделяются на несколько видов, среди которых различают: мельчайшие
пористые структуры, наночастицы, нанотрубки и волокна, наноструктурированные поверхности и
плёнки, нанокристаллы и другие. Несмотря на такое большое разнообразие, все они обладают
некоторыми общими физическими свойствами: высокой реакционной способностью и каталитической
активностью, сверхпластичностью и сверхпрочностью, также имеют высокий коэффициент диффузии
и способность изменять свою температуру плавления в сторону уменьшения. Стоит отметить, что от
размера самой частицы зависят её свойства, например, прочность керамических и металлических
материалов при уменьшении размеров частиц существенно увеличивается. Помимо общих
особенностей, у разных видов нанообъектов есть и свои уникальные черты.
Рис. 7. Сферические многослойные частицы
дисульфида молибдена.
Рис. 8. Медные нанопроволоки
диаметром в 3 нм.
Рис. 9. Наноструктура меди.

6. Наноплёнки

являются
образцами
материалов,
характеризую
-щимися
очень
маленькой
толщиной.
бывают
жидкими,
твёрдыми,
газообразными.
Рис. 10. Покрытие на
основе наночастиц
оксида титана.
используются
в
оптике
для
создания
антибликового или
отражающего
покрытия,
в
медицине
для
узлов имплантатов
и
протезов,
в
энергетике
при
производстве
солнечных
батарей,
в
автомобилестроении для защиты
деталей машин и
инструментов, для
создания средств
магнитной
звукозаписи и т.д.
Рис. 11. Поверхность плёнки
«фуллерен С60 - 40% CdTe» .
получают
путём осаждения
вещества
из
парогазовой фазы
или
плазмы;
используются как
химические, так и
физические методы
осаждения.
состоят
из различных
веществ: в их
состав могут
входить
соединения
титана, бора,
углерода,
молибдена,
прочих
металлов
и
неметаллов,
вследствие
чего покрытия
разных типов
могут
иметь
различные
технологии
своего
изготовления.
обладают
такими
свойствами, как
износостойкость,
упругость
и
сверхпрочность,
а
удельное
сопротивление
возрастает
с
уменьшением
толщины.

7. Материалы, необходимые для проведения эксперимента

Наноплёнки обладают уникальными свойствами и могут быть разных видов, что позволяет применять их
везде: и в промышленности, и даже в повседневной жизни. В научных центрах, лабораториях такие
покрытия создаются с помощью специальных приборов и при определённых условиях, а возможность их
получения в школьных реалиях предстоит узнать с помощью эксперимента. Для проведения опыта будет
необходимо оборудование в виде растительного масла, пипетки, линейки, весов, красителя и ёмкости с
водой.
Фото 1. Оборудование.

8. Ход работы

Для выполнения работы была определена следующая последовательность действий:
1. Накапать 20 капель растительного масла, измерить массу и определить объём одной капли;
2. Определить площадь пятна масла;
3. Определить толщину образовавшейся плёнки;
4. Представить наглядно результаты вычислений в таблице;
5. Сделать вывод.
Необходимые формулы
В ходе эксперимента, чтобы получить данные для заполнения таблицы, нужно будет использовать
определённые формулы.
Общая масса измеряемой жидкости