2 eremin pdf

1,010 views
803 views

Published on

Published in: Technology, Business
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
1,010
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
4
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

2 eremin pdf

  1. 1. http://www.lbz.ruhttp://metodist.lbz.ru http://www.rusnano.com Наночастицы, наноструктурированные материалы. Методы их получения. Использование наноструктурированных материалов в современных технологиях В.В. Еремин Химический факультет МГУ http://www.vidicor.ru
  2. 2. Наноструктуры и наноматериалы• Наноструктуры – объекты, которые хотя бы в одном направлении имеют размер от 1 до 100 нм• Наноматериалы – макроскопические материалы, свойства которых определяются наличием наноструктур Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  3. 3. Классификация наноструктур Сплошные Пористые1. Наночастицы – нанокристаллы, 5. Нанотрубкинанокластеры (3D)2. Нанопленки (2D) 6. Объемные наноструктуры3. Нанонити, нановолокна (1D)4. Квантовые точки (0D) Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  4. 4. Нанокристаллы Нанокристалл – кристалл с одним линейным размером 10 100 нм Нанокристаллы AuРазнообразие форм нанокристаллов Au и Ag Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  5. 5. Нанокластеры Нанокластеры – атомные илимолекулярные наноразмерные структуры Гигантский кластер Pt Кластер Au20 и химическая связь в нем Молекулярный кластер MoCl2 Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  6. 6. НанопленкиНанопленка Si Нанокристаллы можно: • укрупнить • заставить изменить форму • собрать в пленку Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  7. 7. Квантовые точкиКвантовые точки – наночастицыполупроводника, покрытые слоем стабилизатора Строение наночастицы селенида Квантовая точка кадмия в защитной оболочке Флуоресценция квантовых точек Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  8. 8. Нанотрубки Углеродные нанотрубки: схемы строения и микрофотография Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  9. 9. Пористые объемные наноструктуры – цеолитыТипичный цеолит – этоалюмосиликат натрия. В Размер порего кристаллической 0.4-3 нмструктуре есть каналы ипоры разного размеракомпактнаямолекулапроходитобъемная молекула остается внутри Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  10. 10. Супрамолекулярные структурыАнсамбли молекул (супермолекулы), соединенных за счет нековалентных межмолекулярных взаимодействий, например водородных или ван-дер-ваальсовых связей Супрамолекулярные комплексы ТТФ («хозяин») и фуллерена («гость») Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  11. 11. Общие свойства наноструктур• Новые по сравнению с объемным телом свойства• Большая роль поверхностных эффектов• Зависимость свойств от размера частиц• Высокая реакционная способность• Способность к взаимодействию с живыми системами Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  12. 12. Роль поверхности При уменьшении размера частиц в n раз общая площадь поверхности S при заданном объеме V возрастает в n раз. S 1 ~ V rЗависимость доли атомов на поверхностии в объеме наночастиц от размера частиц Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  13. 13. Размерный эффект Зависимость физических и химических свойств наноматериала от размера составляющих его частиц Зависимость т.пл. золота от размера частицЗависимость цвета золей золота от размера частиц Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  14. 14. Чем объясняется размерный эффект Возрастание удельной поверхности с уменьшением размера частиц Поверхностные эффекты Дополнительное (поверхностное) Увеличение химической давление активности Изменение термодинамических свойств: а) энергии Гиббса; б) давления пара над веществом; в) электродных потенциалов (ок.-восст. активности); г) константы равновесия. Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  15. 15. Основные подходы к синтезу наноструктур Химический Физический (биохимический)«сверху вниз» – дробление более крупных «снизу вверх» – из отдельных частиц, измельчение, дезинтеграция, атомов и молекул диспергирование укрупнение, агломерация, агрегация Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  16. 16. Осаждение из газовой фазы физическое химическоеphysical vapor deposition chemical vapor deposition Mo(CO)6 = Mo + 6CO Реакция, происходящая при химическом осаждении наночастиц молибденаСтруктура и свойства нанообъекта сильно зависят от условий эксперимента Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  17. 17. Физическое осаждениеСхема устройства дляфизического осаждения из газовой фазы Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  18. 18. Химическое осаждение Схема устройства дляхимического осаждения из газовой фазы Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  19. 19. Химические реакции при осажденииОбразование графенового слоя из бензола CH4 = C + 2H2 Формирование нанотрубки Ni(CO)4 = Ni + 4CO на катализаторе Si + O2 = SiO2 TiCl4 + O2 = TiO2 + 2Cl2 Химические реакции, используемые для осаждения наночастиц различного состава Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  20. 20. Реакции в растворах Восстановление солей золота в присутствии ПАВ:а) в воде, стабилизатор – RSH: AuCl4– + 3[H] = Au + 3H+ + 4Cl– Au + RSH = AuSR (защитный слой) + ½H2б) в толуоле, стабилизатор – [N(C8H17)4]+Br– Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  21. 21. Синтез квантовых точек CdSe Квантовая точка Аппаратура для синтеза Кристалл CdSe в защитной оболочке (C17H33COO)2Cd + (C8H17)3PSe CdSeв присутствии «защиты» – олеиновой кислоты растворитель – C6H5OC6H5, t = 130-250 oC Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  22. 22. Распределение по размерам При любом методе синтеза всегда существует распределение по размерам Чем уже это распределение, тем лучше метод синтезаЗависимость доли частиц от их диаметра Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  23. 23. Биохимический метод – самосборка с помощью ДНКСистема нуклеиновых кислот, которая действует вземной жизни, это – оптимизированное (черезэволюцию) воплощение химии. Почему бычеловеку не использовать ее для создания чего-тонового, возможно красивого, может бытьполезного, но однозначно необычного? Р. Хоффман, 1994Идея использовать ДНК как структурный материал Нед Зиман – «отец»для самосборки «снизу-вверх» – Н.Зиман, 1982 ДНК - нанотехнологий В основе самосборки структур из ДНК – комплементарность: A-T, Г-Ц Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  24. 24. Структуры, полученные изнебольших ДНК самосборкой Тетраэдр 20 нм, из 75 нМ раствора Додекаэдр 40 нм, из 50 нМ раствора «Фуллерен» 100 нм, из 500 нМ раствора Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  25. 25. ДНК – оригами модели АСМ- изображения Белый отрезок – 100 нм Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  26. 26. Самосборка наночастиц с помощью ДНК-модификации Структуры можно собирать не только из ДНК, но и с помощью ДНК Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  27. 27. Нанонаука и нанотехнологии Идея (ученые) Инновационный путь от научной идеи к нано-продукту Технология (инженеры) Производство (инженеры)Рынок (маркетологи, менеджеры) Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  28. 28. Практическое применение наноматериалов (настоящее)• Создание конструкционных материалов с улучшенными свойствами – сплавов, керамик, композитов• Материалы и технологии для машиностроения – добавки к топливам, смазочные и абразивные материалы (наноалмазы)• Изготовление покрытий и защитных пленок• Сорбенты – материалы с уникальными адсорбционными свойствами• Фильтры для очистки жидкостей на основе наноструктурированных мембран• Магнитные материалы с повышенной плотностью записи• Катализаторы для очистки выхлопных газов Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  29. 29. Перспективные нанотехнологии Электроника Энергетика Экология СтроительныеСистемы хранения блоки Утилизация СО2 водорода Контакты Фотокатализ Элементы солнечных батарей Медицина Нанокатализаторы Адресная доставка для топливных лекарств элементов Фотодинамическая терапия Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  30. 30. Что мешает быстрому внедрению нанотехнологий? Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  31. 31. Основные выводы. 1.• Приставка «нано» характеризует размер нанообъектов. Их свойства изучает нанонаука, а практические приложения основаны на нанотехнологиях.• Нанообъекты очень разнообразны по структуре и размерам. Основными типами нанообъектов считают кристаллы, кластеры, пленки, нити и трубки (все – с приставкой «нано»).• Вещества, состоящие из наночастиц, характеризуются большой поверхностью и высокой реакционной способностью. Их свойства зависят от размера частиц.• Все методы синтеза нанообъектов подразделяют на два класса: физические («сверху-вниз») и химические («снизу-вверх»). Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  32. 32. Основные выводы. 2.• Объем знаний в нанонауке постоянно растет. Небольшая часть этих знаний может быть трансформирована в технологии, остальные представляют собой достижения фундаментальной науки.• В основе нанотехнологий лежат естественные науки (физика, химия, биология), а также инженерные дисциплины и математика.• Наноматериалы уже сейчас нашли многочисленные применения. В дальнейшем их роль будет только возрастать. Видеолекции - http://binom.vidicor.ru
  33. 33. БлагодарностиВ данной презентации использованы, с разрешенияавторов, материалы лекций акад. Ю.Д. Третьякова,проф. Е.А. Гудилина, проф. А.В. Шевелькова и проф.М.В. Коробова для сотрудников госкорпорацииРОСНАНО. Видеолекции - http://binom.vidicor.ru

×