Нанохимия и нанотехнологии: История. Предмет и задачи
Интересные факты:
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Хронология событий
Основы и главные области применения нанотехнологий:
Размеры и размерность объектов наномира
Методы получения наноматериалов:
Важные факторы, которые необходимо учитывать в ходе синтеза наночастиц:
Газофазный синтез – испарение и конденсация
Золь-гель метод
Гидротермальный синтез
Синтез наноструктур в пленках Ленгмюра-Блоджетт
Механосинтез
Детонационный синтез
Электровзрыв
Сонохимия - это применение ультразвука в химических реакциях и процессах
Нанометрологические средства исследования объектов:
Источники информации
3.99M
Категории: ФизикаФизика ХимияХимия

Предмет и задачи нанохимии и нанотехнологий. (Лекция 1)

1. Нанохимия и нанотехнологии: История. Предмет и задачи

Лекция 1

2. Интересные факты:

3.

Интересные факты:
Древнеримский Кубок Ликурга
меняет цвет в зависимости от
освещения
Дамасский меч имеет
изумительно твердое и острое
лезвие

4. Хронология событий

1928 год. Ирландский изобретатель Эдвард Синг (E.H. Synge)

5. Хронология событий

• 1931 год. Макс Кнолл (Max Knoll) и Эрнст Руска (Ernst Ruska)
• 1938 год. Джемс Хиллиер (James Hillier) и Альберт Пребус (Albert Prebus)

6. Хронология событий

• 1955 год. Эрвин Мюллер (Erwin Muller) изобрел полевой
ионный микроскоп, позволивший ему впервые увидеть
отдельные атомы.

7. Хронология событий

• 1959 год. Ричард Фейнман (Richard Feynman)
впервые опубликовал работу с анализом перспектив миниатюризации и
прочитал лекцию :
«Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики»,
«… в принципе физик мог бы синтезировать любое вещество по
заданной химической формуле» .

8. Хронология событий

8
Хронология событий
• 1968 год. Альфред Чо (Alfred Yi Cho) и Джон Артур (John
R. Arthur) разработали теоретические основы молекулярнопучковой эпитаксии, применяемой при получении
квантовых точек;
• 1970 год. Японский ученый Эйдзи Осава (Eiji Osawa)
высказал предположение о существовании молекулы из 60
атомов углерода, в виде усечённого икосаэдра:

9. Хронология событий

• 1973 год. Луи Е. Брусом (Louis E. Brus) и Алексеем
Екимовым (Alexey Ekimov)
в коллоидных растворах в стеклянной матрице были
обнаружены квантовые точки

10. Хронология событий

10
Хронология событий
• 1974 год. Японский физик Норио Танигучи ввел в
научный оборот слово "нанотехнологии"
• 1981 год. Американский ученый Герберт Глейтер (Herbert
Gleiter) впервые использовал определение
«нанокристаллический»

11. Хронология событий

11
Хронология событий
• 1982 год. Герд Бинниг и Генрих Рорер создали
Сканирующий зондовый микроскоп

12. Хронология событий

12
Хронология событий
• 1986 год. Эрик Дрекслер (Eric Drexler), ввел понятие
«молекулярных машин»

13. Хронология событий

13
Хронология событий
• 1989 год. Дональд Эйглер (Donald Eigler), сотрудник
компании IBM, выложил название своей фирмы атомами
ксенона

14. Хронология событий

14
Хронология событий
• 1991 год. Японский ученый Сумио Иджима (Sumio Iijima)
открывает углеродные нанотрубки.

15. Хронология событий

• 1998 год. Сиз Деккер (Cees Dekker) создал транзистор
на основе нанотрубок

16. Хронология событий

• 1999 год. Уилсон Хо (Wilson Ho) и Хайжун Ли
(Hyojune Lee) исследовали химические связи Fe(CO)2

17. Хронология событий

17
Хронология событий
• 2000 год. США создает Национальную
Нанотехнологическую Инициативу (ННИ)
(National Nanotechnology Initiative).

18. Хронология событий

• 2002 год. Сиз Деккер (Cees Dekker) соединил углеродную
трубку с ДНК, получив единый наномеханизм.

19.

19
Углеродные нанотрубки. Возможное применение
Космический лифт
Сверхпрочные нити
Искусственные мышцы
Микроэлектроника
Топливные элементы

20. Хронология событий

• 2004 год. Андрей Гейм (Andre Geim) и Константин
Новосёлов (Konstantin Novoselov) открыли графен

21.

21
Графен. Применение в современном мире
Андрей Гейм и Константин Новоселов
Прозрачный радиомодуль из
Графена

22.

22
Графен. Применение в современном мире

23. Хронология событий

23
Хронология событий
• 2006 год. Джеймс Тур (James Tour) и его коллеги из
университета Райса создали наноразмерную машину:

24. Хронология событий

• 2007 год. Дж. Фрейзер Стоддарт (J. Fraser Stoddart)

25. Хронология событий

• 2009 год.
Аббревиатура "Si" написана отдельными атомами кремния
на олове, при помощи зонда АСМ

26. Хронология событий

• 2010 год. Компания IBM:

27. Хронология событий

27
Хронология событий
• 2012 год. Герхард Мейер (Gerhard Meyer), Лео Гросс (Leo
Gross), и Яша Репп (Jascha Repp)

28. Хронология событий

28
Хронология событий
• 2011 год. Немецкий физик Леонард Грил
(Leonhard Grill)

29.

29
• Нанонаука – изучение вещества, процессов,
явлений и устройств в нанометровом
диапазоне.
• Нанотехнологии – совокупность методов и
приемов, обеспечивающих возможность
контролируемым образом создавать и
модифицировать объекты, включающие
компоненты с размерами менее 100 нм хотя
бы в одном измерении, получившие в
результате принципиально новые качества.

30.

30

31. Основы и главные области применения нанотехнологий:

31
Основы и главные области применения нанотехнологий:

32. Размеры и размерность объектов наномира

32
Размеры и размерность объектов наномира
Размерность – число измерений, вдоль
которых движение электрона является
инфинитным, а энергетический спектр в
данном направлении – непрерывным.
Виды нанообъектов:
• квазидвумерный (пленки, покрытия)
• квазиодномерный (нанотрубки)
• нуль–мерный (атом)

33. Методы получения наноматериалов:

33
Методы получения наноматериалов:
Bottom-up:
Top-down:
Газофазный синтез:
• Испарение в электрической дуге
• Лазерное испарение
• Химическое осаждение из
газовой фазы
• Магнетронное распыление
Синтез в нанореакторах
Золь-гель метод
Гидротермальный синтез
Синтез из сверхкритических
растворов
Механический помол
Механосинтез,
детонационный синтез
электровзрыв,
Сонохимия.
Удаление компонента
гетерогенной системы

34. Важные факторы, которые необходимо учитывать в ходе синтеза наночастиц:

34
Важные факторы, которые
необходимо учитывать в ходе
синтеза наночастиц:
• Неравновесность систем (позволяет добиться
спонтанного зародышеобразования и избежать роста и
агрегации сформировавшихся наночастиц);
• Высокая химическая однородность
(обеспечивается, если в процессе синтеза не происходит
разделения компонентов как в пределах одной наночастицы,
так и между частицами);
• Монодисперсность (необходимо синтезировать частицы
с достаточно узким распределением по размерам).

35. Газофазный синтез – испарение и конденсация

35
Газофазный синтез – испарение и
конденсация
Установки различаются:
1)
2)
3)
4)
5)
способом ввода испаряемого материала,
методом подвода энергии для испарения,
рабочей средой,
организацией процесса конденсации,
системой сбора полученного дисперсного
продукта

36. Золь-гель метод

36
Золь-гель метод
Стадии:
• прекурсор,
• золь,
• гель,
• старение,
• высушивание
• термообработка

37.

37

38.

38
Преимущества метода
1.
Низкая температура процесса получения
геля:
2.
Высокая
гомогенность
и
чистота
получаемого материала на молекулярном уровне
3.
Возможность
изменения
условий
формирования продукта
4.
Возможность ультразвукового воздействия
на раствор и осадок

39. Гидротермальный синтез

39
Гидротермальный синтез
Закрытые системы, водные растворы при
температурах свыше 1000 оС и давлениях
выше 1 атм.
Одним из наиболее
известных наноматериалов, производимых
гидротермальным методом, являются
синтетические цеолиты.

40. Синтез наноструктур в пленках Ленгмюра-Блоджетт

40
Синтез наноструктур в пленках
Ленгмюра-Блоджетт
Метод Ленгмюра-Блоджетт – технология
получения моно- и мультимолекулярных пленок
путем переноса на поверхность твердой
подложки пленок Ленгмюра
• Процесс формирования пленки происходит
на границе раздела «газ-жидкость».

41.

Типы полимолекулярных слоев

42. Механосинтез

42
Механосинтез
• Основой механосинтеза является механическая
обработка твердых смесей, при которой
происходит
измельчение
и
липстическая
деформация веществ. Механическое воздействие
при измельчении материалов носит импульсный
характер,
поэтому
возникновение
поля
напряжений происходит не в течение всего
времени пребывания в реакторе, а только в
момент соударения частиц.
• Мельницы:
барабанные,
роликовые,
планетарные, шаровые и вибрационные
• Средний размер частиц от 5 до 200 нм.

43. Детонационный синтез

43
Детонационный синтез
• Получают алмазные порошки
• Метод - ударно-волновая обработка
• Размер наночастиц - около 4 нм.

44. Электровзрыв

44
Электровзрыв
• взрыв органических веществ с
содержанием
углерода
и
содержанием кислорода.
высоким
низким

45. Сонохимия - это применение ультразвука в химических реакциях и процессах

45
Сонохимия - это применение
ультразвука в химических реакциях и
процессах
• механизмом,
вызывающим
звукохимические
эффекты
в
жидкостях,
служит
явление
акустической кавитации
• Кавитация — образование в жидкой
среде массы пульсирующих пузырьков
• сонолюминесценция

звук
превращается в свет.

46. Нанометрологические средства исследования объектов:

46
Нанометрологические средства
исследования объектов:
Микроструктурный анализ
Электронная микроскопия
Сканирующая зондовая микроскопия
Дифракционный анализ
Спектральные методы:
оптическая, рамановская, Оже-,
рентгеноэлектронная, магниторезонансная
спектроскопии, Масс-спектрометрия

47. Источники информации

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
http://planete-zemlya.ru/drevnejshie-nanotexnologii/
http://monada.info/
http://innosfera.org/node/340
http://900igr.net/datai/meditsina/Nanotekhnologii-vmeditsine/0007-003-Nanotekhnologija-khronologija.png
http://www.nano.gov/timeline
http://www.foresight.org/nano/history.html
http://cryogenic.physics.by/index.php/ru/scientificactivities/employees/178-pavlenko
English     Русский Правила