Nanozarrachalar 10 6 yoki undan ham kamroq atomlardan iborat bo'lganligi sababli ularning xossalari quyma moddada bog'langan bir xil atomlarning xossalaridan farq qiladi. Ko'pgina jismoniy hodisalarni tavsiflovchi kritik uzunliklardan kichikroq bo'lgan nanozarrachalarning o'lchamlari ularga o'ziga xos xususiyatlarni beradi va ularni turli xil ilovalar uchun juda qiziqarli qiladi. Umuman olganda, ko'pgina jismoniy xususiyatlar ma'lum bir kritik uzunlik bilan belgilanadi, masalan, termal diffuziyaning xarakterli masofasi yoki tarqalish uzunligi. Metallning elektr o'tkazuvchanligi ko'p jihatdan elektronning qattiq jismdagi tebranish atomlari yoki nopoklik atomlari bilan ikkita to'qnashuvi orasidagi masofaga bog'liq. Bu masofa o'rtacha erkin yo'l yoki xarakterli tarqalish uzunligi deb ataladi. Agar zarracha hajmi ma'lum bir xarakterli uzunlikdan kichikroq bo'lsa, yangi fizik va kimyoviy xususiyatlar paydo bo'lishi mumkin.

Metall nanoklasterlar

Nanoklasterlarning xususiyatlarini hisoblash uchun foydalaniladigan model ularni molekulalar sifatida ko'rib chiqadi va hisob-kitoblarga zichlik funktsional nazariyasi kabi mavjud molekulyar orbital nazariyalarni qo'llaydi. Ushbu yondashuv kichik metall klasterlarning haqiqiy geometrik va elektron tuzilishini hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. Vodorod atomining kvant nazariyasida yadro atrofida aylanadigan elektron to'lqin sifatida qaraladi. Eng kam energiyaga ega bo'lgan strukturani hisoblash usullari bilan topish mumkin, bu molekulaning muvozanat geometriyasini aniqlaydi. Bunday molekulyar orbital usullar ba'zi modifikatsiyalari bilan metall nanozarrachalarga ham tegishli.

Metall nanozarrachalarni olishning keng tarqalgan usullaridan biri atomlarning sirtdan lazer bug'lanishidir (33-rasm).

Guruch. 33. Atomlarni sirtdan lazerli bug'lantirish yo'li bilan metall nanozarrachalar olish uchun o'rnatish.

Olingan qo'rg'oshin nanozarralari oqimining massa spektrlarini o'rganish shuni ko'rsatdiki, 7 va 10 atomli klasterlar boshqalarga qaraganda ko'proq. Bu shuni anglatadiki, ular boshqa klaster o'lchamlariga qaraganda ancha barqaror. Bu raqamlar (ular boshqa elementlar uchun turli ma'nolarga ega bo'lishi mumkin) elektron sehrli raqamlar deb ataladi. Ularning mavjudligi klasterlarni superatomlar sifatida ko'rib chiqishga imkon beradi, bu esa metall klasterlarni shakllantirish uchun "jelli model" ning paydo bo'lishiga olib keldi.

Jelly modelida atomlar klasteri bitta katta atom sifatida ko'rib chiqiladi. Klasterdagi har bir atom yadrosining musbat zaryadi klaster hajmiga teng hajmda sferada bir tekis taqsimlangan deb hisoblanadi. Bunday sferik simmetrik potentsial quduq elektronlarning yadrolar bilan o'zaro ta'sir qilish potentsialini modellashtiradi. Shunday qilib, klasterning energiya darajalarini vodorod atomi uchun qanday bajarilganiga o'xshash tasvirlangan tizim uchun Shredinger tenglamasini echish orqali olish mumkin. Shaklda. 33-rasmda vodorod atomi va musbat zaryadning sferik simmetrik taqsimotiga ega tizimning energiya darajalarining diagrammalari keltirilgan. Yuqori belgilar ma'lum energiya darajasini to'ldiruvchi elektronlar sonini bildiradi. Elektron sehrli raqamlar yuqori energiya darajasi to'liq to'ldirilgan superatomdagi elektronlarning umumiy soniga mos keladi. E'tibor bering, jele modelidagi darajalar tartibi vodorod atomidagidan farq qiladi. Ushbu modelda sehrli raqamlar elektronlarni o'z ichiga olgan barcha darajalar to'liq to'ldirilgan o'lchamdagi klasterlarga mos keladi.

Guruch. 34. Jel modelida vodorod atomi va kam atomli klasterning energiya darajalarini solishtirish. He, Ne, Ar, Kr atomlarining elektron sehrli raqamlari mos ravishda 2, 10, 18, 36 (Kr darajalari rasmda ko'rsatilmagan) va klasterlar uchun 2, 18, 40 ga teng.

Klasterlarning xususiyatlarini hisoblash uchun ishlatiladigan muqobil model ularni molekulalar sifatida ko'rib chiqadi va mavjud molekulyar orbital nazariyalarni, masalan, zichlik funktsional nazariyasini hisob-kitoblarga qo'llaydi.

Nanozarrachaning kristall strukturasi odatda quyma materialnikiga o‘xshaydi, lekin panjara parametri biroz boshqacha (35-rasm).

80 nm alyuminiy zarrasi uchun rentgen nurlari diffraktsiyasi shaklda ko'rsatilgan fcc panjarasining birlik hujayrasini ko'rsatadi. 35 a, quyma alyuminiy bilan bir xil. Biroq, ba'zi hollarda o'lchamlari bo'lgan kichik zarralar< 5 нм могут иметь другую структуру. Интересно рассмотреть алюминиевый кластер из 13 атомов, так как это - магическое число. На рис. 35 б показаны три возможных расположения атомов в кластере. На основе критерия максимизации количества связей при минимизации объема, а также того факта, что в объеме структурой алюминия является ГЦК, можно ожидать, что структура такой наночастицы также будет ГЦК. Однако вычисления молекулярных орбиталей по методу функционалов плотности предсказывают, что наименьшую энергию имеет икосаэдрическая форма, то есть вероятно изменение структуры.

Guruch. 35. Geometrik tuzilish. (a) - quyma alyuminiy birlik hujayrasi, (b) - Al13 klasterining uchta mumkin bo'lgan tuzilishi

Shuni ta'kidlash kerakki, ajratilgan nanozarrachaning tuzilishi ligand-stabillangan strukturadan farq qilishi mumkin.

Turli o'lchamdagi klasterlar turli xil elektron tuzilmalarga ega va shunga mos ravishda darajalar orasidagi turli masofalar. O'rtacha energiya atomlarning kimyoviy tabiati bilan emas, balki zarrachaning kattaligi bilan belgilanadi.

Nanozarrachaning elektron tuzilishi uning kattaligiga bog'liq bo'lganligi sababli, boshqa moddalar bilan reaksiyaga kirishish qobiliyati ham uning hajmiga bog'liq bo'lishi kerak. Bu fakt katalizatorlarni loyihalash uchun katta ahamiyatga ega.

Oltin standartga 20 yil qoldi

Rossiyalik olimlar oyoqlari ostidan konlarni topdilar

"Muhandis Garinning giperboloidi" romanidagi iqtisodiy dahshatli tush amalga oshishi mumkin. Valyuta bozori mutaxassislari qaytish haqida gapirayotgan oltin standarti hech qachon qayta tiklanmasdan o'lishi mumkin. Va barchasi rus olimlarining kashfiyoti tufayli

Oddiy qilib aytganda, akademik Aleksandr Xanchuk boshchiligida Rossiya Fanlar akademiyasining Uzoq Sharq bo‘limining Uzoq Sharq geologiya instituti, Kimyo instituti, Tektonika va geofizika instituti va Konchilik instituti rossiyalik olimlari boshqargan. Qimmatbaho metal konlarining yangi turini kashf qilish: "grafit tarkibidagi oltin va platinoidlarning organometalik nanoklasterlari". Bunday konlar dunyoda keng tarqalgan va eng muhimi, rivojlangan infratuzilmaga ega aholi punktlarida joylashgan.

Va og'irliklar oltin!

Grafit konlari uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan va ilgari ko'rinib turganidek, yaxshi o'rganilgan. Geologlar, shuningdek, ulardagi oltin va boshqa qimmatbaho metallarning izlarini "tutib olishdi" - oz miqdorda. Ammo turli jinslardagi oltin izlari odatda ishonilganidek kam emas - savol konsentratsiyasi va qazib olish qulayligi nimada.

• Mahalliy oltin konlari (masalan, qora slanets) qimmatlidir, chunki oltin qazib olishning butun jarayoni, mohiyatiga ko'ra, mavjud oltinni hamrohlik qiluvchi jinslardan tozalashdan iborat. Oltinni ajratib olishning kimyoviy usuli allaqachon qimmatroq va ko'p mehnat talab qiladi, bu erda sanoat oltin qazib olish faqat oltinning yuqori konsentratsiyasi bilan oqlanadi. Grafit konlarida hozirgacha faqat oltin va platina guruhi metallarining kichik izlari topilgan. Shu bilan birga, ular grafit bilan bog'liq holatda, ya'ni kimyoviy qazib olish texnologiyalari talab qilinadi. Foydali emas.

Xanchuk guruhi an'anaviy kimyoviy probirka usulidan emas, balki ion massa spektrometriyasi va neytron faollashuv tahlilidan foydalangan holda grafit konlarini sinab ko'rganida hamma narsa o'zgardi. Ion massa spektrometri, xususan, grafitda "yashirin" oltin va platina guruhi metallarining nanoformalarini ko'rishga yordam berdi. Ular an'anaviy kimyoviy tahlil paytida aniqlanmagan, chunki oltin grafitning "yopishishi" dan ajralib chiqmagan.

• Nima berdi? Grafit konlarida asil metallarning kontsentratsiyasini tushunishda to'liq o'zgarish. Shunday qilib, Xanchuk guruhi Primorye, Xabarovsk o'lkasi va Yahudiy avtonom okrugidagi uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan grafit konlaridan tosh namunalarini o'rganib chiqdi. Bundan tashqari, Primoryeda kon 50-yillardan beri ma'lum bo'lib, uni ochiq usulda qazib olish, ya'ni qimmatbaho qazib olish ishlarisiz foydalanish mumkin.

Olimlar guruhi tomonidan tekshirilgan namunalarning an'anaviy kimyoviy tahlili bir tonna uchun 3,7 g oltin konsentratsiyasini, spektrografik tahlil - 17,8 g / t gacha bo'lgan oltin konsentratsiyasini berdi. Platina uchun: 0,04-3,56 g / t "in vitro" va 18,55 g / t gacha - spektrometrda. Metall qotishmalarining xossalarini yaxshilaydigan qimmatbaho katalizator va qo‘shimcha bo‘lgan palladiy an’anaviy tahlil usulida 0,02-0,55 g/t o‘rniga 18,55 g/t gacha konsentratsiyada topilgan. Ya'ni, ilgari o'ylanganidan ko'p marta qimmatbaho metallar mavjud edi.

• Biroq, oltin va platina guruhi metallarining bunday konsentratsiyasi konning amaliy qiziqish uyg'otishi uchun etarlimi? akademik Vitaliy Filonyuk, oltin konlari bo'yicha mutaxassis, Irkutsk davlat texnika universiteti va yer qa'ridan foydalanish instituti professori bunday taqqoslashlarni amalga oshiradi. Rossiyada oltinning minimal konsentratsiyasi Kuranax konlari guruhida (Janubiy Yakutiyaning Aldan viloyati): 1,5 g/t. Kondan 30 yil avval 5-7 g/t dan foydalanish boshlangan, jami 130 tonna oltin qazib olingan. Oltinning maksimal kontsentratsiyasi yangi Kupol konida (Chukotka), tugatilgan Kubaka konida (Magadan viloyati) - 20 g/t gacha va undan ko'p. Ya'ni o'rganilayotgan konlar konsentratsiyasi o'rtachadan yuqori bo'lgan guruhga kiradi.

Aleksandr Xanchuk

Oyog'ing ostida Eldorado

Oyog‘imiz ostida deyarli oltin yotibdi: o‘rganilgan grafit konlari butun dunyoda keng tarqalgan – yirik konlar bor, masalan, Leningrad viloyatida, AQShda, Yevropada... Shu paytgacha bu hech kimning xayoliga kelmagan edi. innovatsion usullar yordamida oltin uchun ularni sinash uchun, u Xanchuk tan. Qimmatbaho metall rudalarining deyarli yangi shakli kashf etilgandan so'ng, bunday tadqiqotlar hamma joyda bo'ladi deb o'ylash kerak. Uzoq Sharq olimlari esa oltin va platina guruhi metallarining solishtirma konsentratsiyalarda topilishiga shubha qilmaydi: konlarning turi bir xil.

• To'g'ri, grafitdan olijanob metallarning bunday nanoqo'shimchalarini olish texnologiyalari endigina ishlab chiqilmoqda. Ga binoan Aleksandra Xanchuk, sanoat rivojlanishi boshlanishidan oldin yigirma yil kerak bo'ladi. Va texnologiyalar, ehtimol, an'anaviylardan qimmatroq bo'ladi - va grafitdan olingan platinoidlar oltindan og'irroqdir.

Ammo, Xanchukning ta'kidlashicha, konlarning o'zi foydalanish mumkin bo'lganligi, rivojlangan infratuzilmaga ega hududlarda joylashganligi va sirt usuli yordamida ishlab chiqarish mumkinligi sababli xarajatlar kamayadi. Vitaliy Filonyuk Uzoq Sharq olimlari ishining natijalariga shubha bilan qaraydi, uning fikricha, hozircha keng qamrovli xulosalar uchun ma'lumotlar etarli emas, lekin u sanoat ishlab chiqarishini 20 yildan keyin amalga oshirish mumkinligiga rozi.

"Oltinni bochkalarga soling"

Biroq, qiziq ilmiy fakt va olimlar uchun muhokamaga sabab bo'lgan narsa - bu jahon iqtisodiyoti uchun pichoqdir. O'zingiz uchun hukm qiling. Dollarning zaifligi butun dunyoga ayon bo'lgan bugun, hamma yangi jahon valyutasi zarurligi haqida gapirmoqda - iqtisodchilardan tortib valyuta chayqovlarigacha. Jorj Soros, Jahon bankidan tortib turli mamlakatlar hukumatlarigacha. Bundan tashqari, ko'pincha tarozilar oltin standartga qaytish zarurati tomon ag'dariladi. Zero, jahon valyutalarining almashuv kurslarini moslashuvchan oʻzaro oʻzgartirish gʻoyasiga AQShning emissiya siyosati putur yetkazdi: endi yangi jahon valyutasi uni muomalaga chiqarayotgan hukumat siyosati devalvatsiyasiga uchramasligiga kim kafolat beradi?

• Bu ma'noda oltin ancha barqaror - butun dunyo bo'ylab markaziy banklardagi oltinning umumiy zaxiralari 2008 yil iyul holatiga ko'ra 29 822,6 tonna (barcha aktivlarning 20%) deb baholangan. To'g'ri, xususiy mulkda oltin ancha ko'p - masalan, Hindiston har yili 700-800 tonna oltin import qiladi va oltin taqinchoqlar an'anaviy to'y sovg'asi bo'lgan bu mamlakatda umumiy shaxsiy zaxiralar 15-20 ming tonnaga baholanadi. . Ammo dunyoda hali ham oltin kam. Va eng muhimi, uning ishlab chiqarish hajmi hozirgacha barqaror edi.

.

So'nggi 6 000 yil ichida insoniyat taxminan 145 000 tonna oltin qazib oldi. Bundan tashqari, 1848 yilgacha chuqurlikdan 10 000 tonnadan kamroq qazib olingan - qazib olingan oltinning 90% dan ortig'i so'nggi bir yarim asrga to'g'ri kelgan. Bu oltin mashhurligining pasayishiga hissa qo'shgan yangi texnologiyalar tufayli oltin qazib olishning ko'payishi edi. Biroq, oltin qazib olishning ilg'or usullari ham tasdiqlangan oltin zahiralarining cheklanishini bartaraf eta olmadi. AQSH Geologiya va mineral resurslar boshqarmasi maʼlumotlariga koʻra, qazib olish mumkin boʻlgan va iqtisodiy jihatdan maqsadga muvofiq boʻlgan tasdiqlangan jahon oltin zahiralari hajmi bor-yoʻgʻi 47 ming tonnani tashkil etadi.Shu bilan birga, bir necha oʻn yillar davomida jahonda oltin qazib olish taxminan 2,5 ming tonnani tashkil etadi. yiliga ming tonna oltin. Bu ko'rsatkich faqat pastga qarab o'rnatiladi: eski oltin konlari quriydi, yangilari esa deyarli paydo bo'lmayapti.

“Nanoklasterlar va nanokristallar atomlar yoki molekulalarning nano oʻlchamdagi komplekslaridir. Ularning asosiy farqi joylashuvning tabiatidadir...”.

NANOKLUSTLAR VA NANOKRISTALLAR

Nanoklasterlar va nanokristallar atomlar yoki molekulalarning nanometrli komplekslaridir. Ularning orasidagi asosiy farq shundaki

ularni hosil qiluvchi atomlar yoki molekulalarning joylashishi tabiati, shuningdek ular orasidagi kimyoviy bog'lanishlar.

Nanoklasterlar tuzilishining tartiblanish darajasiga ko'ra bo'linadi

tartibli, aks holda sehrli va tartibsiz deb ataladi.

Sehrli nanoklasterlarda atomlar yoki molekulalar ma'lum bir tartibda joylashtirilgan va bir-biri bilan juda kuchli bog'langan. Bu sehrli nanoklasterlarning nisbatan yuqori barqarorligini va ularning tashqi ta'sirlarga qarshi immunitetini ta'minlaydi. Sehrli nanoklasterlar barqarorligi bo'yicha nanoklasterlarga o'xshaydi. Shu bilan birga, sehrli nanoklasterlarda atomlar yoki molekulalar ularning joylashuvida nanokristallarga xos kristall panjara hosil qilmaydi.

Tartibsiz nanoklasterlar atomlar yoki molekulalarning joylashuvida tartibsizlik va zaif kimyoviy bog'lanishlar bilan tavsiflanadi. Bu ularni sehrli nanoklasterlardan va nanokristallardan sezilarli darajada farq qiladi. Shu bilan birga, tartibsiz nanoklasterlar nanokristallarning hosil bo'lishida alohida rol o'ynaydi.

4.1. Nanoklasterlar 4.1.1. Tartibli nanoklasterlar Tartibli yoki sehrli nanoklasterlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, ular o'zboshimchalik bilan emas, balki qat'iy belgilangan, energiya jihatidan eng qulaylari - atomlar yoki molekulalarning sehrli raqamlari bilan tavsiflanadi. Natijada, ular o'z xususiyatlarining o'lchamga monoton bo'lmagan bog'liqligi bilan tavsiflanadi, ya'ni. ularni hosil qiluvchi atomlar yoki molekulalar soni bo'yicha.

Sehrli klasterlarga xos bo'lgan barqarorlikning oshishi ularning atomik yoki molekulyar konfiguratsiyasining qattiqligi bilan bog'liq bo'lib, u yaqin qadoqlash talablarini qondiradi va ma'lum turdagi tugallangan geometrik shakllarga mos keladi.

Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, printsipial jihatdan, zich joylashgan atomlarning turli xil konfiguratsiyalari mavjudligi mumkin va bu konfiguratsiyalarning barchasi atomlar bir-biridan teng masofada joylashgan va teng qirrali uchburchakni tashkil etadigan uchta atom guruhlarining turli kombinatsiyalarini ifodalaydi ( 4.1-rasm).

a b c d e g h rasm. 4.1. N yaqin atomlarning nanoklasterlarining konfiguratsiyasi: a – tetraedr (N = 4); b – trigonal bipiramida (N = 5) ikkita tetraedr birikmasi sifatida;

c – kvadrat piramida (N = 5); d – uch tetraedradan tashkil topgan tripiramida (N = 6); d – oktaedr (N = 6); e – besh burchakli bipiramida (N = 7); g – yulduzsimon tetraedr (N = 8) beshta tetraedrdan tashkil topgan - markaziy tetraedrning 4 ta yuzining har biriga boshqa tetraedr biriktirilgan; h - ikosahedr (N = 13) 20 ta teng yonli birlashtirilgan 12 atom bilan o'ralgan markaziy atomni o'z ichiga oladi.

–  –  –

To'rt atomdan iborat eng kichik nanoklasterga mos keladigan ushbu konfiguratsiyalarning eng oddiyi tetraedrdir (6.1-rasm, a), u boshqa, murakkabroq konfiguratsiyalarning tarkibiy qismi sifatida kiritilgan. Rasmda ko'rinib turganidek. 6.1, nanoklasterlar kristallografik simmetriyaga ega bo'lishi mumkin, bu 5-tartibli simmetriya o'qlari bilan tavsiflanadi.

Bu ularni kristalllardan tubdan ajratib turadi, ularning tuzilishi kristall panjara mavjudligi bilan tavsiflanadi va faqat 1, 2, 3, 4 va 6 tartibli simmetriya o'qlariga ega bo'lishi mumkin. Xususan, bitta 5-tartibli simmetriya oʻqiga ega boʻlgan eng kichik barqaror nanoklaster yetti atomni oʻz ichiga oladi va beshburchakli bipiramida shakliga ega (4.1-rasm, f), oltita 5-tartibli simmetriya oʻqiga ega keyingi barqaror konfiguratsiya esa 5-tartibli simmetriya oʻqi shaklidagi nanoklasterdir. 13 atomli ikosahedr (4.1-rasm, h).

Bir-biriga yaqin joylashgan metall atomlarining konfiguratsiyasi ligand metall nanoklasterlari deb ataladigan shakllarda paydo bo'lishi mumkin, ularning asosini ligandlar qobig'i bilan o'ralgan metall yadro - molekulyar birikmalar birliklari tashkil etadi. Bunday nanoklasterlarda metall yadroning sirt qatlamlarining xususiyatlari atrofdagi ligand qobig'i ta'sirida o'zgarishi mumkin. Tashqi muhitning bunday ta'siri ligandsiz nanoklasterlarda sodir bo'lmaydi. Ular orasida eng keng tarqalgani ligandsiz metall va uglerod nanoklasterlari bo'lib, ular ham ularni tashkil etuvchi atomlarning yaqin qadoqlanishi bilan tavsiflanishi mumkin.

Ligand metall nanoklasterlarida yadrolar atomlarning qat'iy belgilangan sehrli sonidan iborat bo'lib, u formula (10n3 15n 2 11n 3), N (4.1) bo'yicha aniqlanadi, bu erda n - markaziy atom atrofidagi qatlamlar soni. (6.1) ga ko'ra, eng barqaror nanoklaster yadrolariga mos keladigan sehrli sonlar to'plami quyidagicha bo'lishi mumkin: N = 13, 55, 147, 309, 561, 923, 561, 1415, 2057, 2869 va boshqalar. Minimal o'lchamdagi yadro 13 atomdan iborat: markazda bitta atom va birinchi qatlamda 12 atom. Masalan, 13 atomli (bir qatlamli) nanoklasterlar (NO3)4, 55 atomli (ikki qatlamli) nanoklasterlar Rh55(PPh3)12Cl6, 561 atomli (besh qatlamli) nanoklasterlar Pd561phen680(OAc) ma'lum. fen - fenatrolin), 1415 atomli (etti qatlamli) nanoklasterlar Pd1415 phen 60O1100 va boshqalar. Rasmda ko'rinib turganidek. 6.1h, N = 13 bo'lgan eng kichik barqaror ligand metall nanoklasterining konfiguratsiyasi 12 cho'qqili ko'pburchak - ikosahedr shakliga ega.

Ligandsiz metall nanoklasterlarning barqarorligi odatda ikkita sehrli raqamlar seriyasi bilan belgilanadi, ulardan biri geometrik omil bilan bog'liq, ya'ni. atomlarning zich o'rashi (ligand nanoklasterlari kabi), ikkinchisi esa ikkita quyi tizimdan iborat bo'lgan nanoklasterlarning maxsus elektron tuzilishiga ega: yadroga birlashtirilgan musbat zaryadlangan ionlar va ularni o'rab turgan elektronlar, ular atomdagi elektron qobiqlarga o'xshash elektron qobiqlarni hosil qiladi. . Nanoklasterlarning eng barqaror elektron konfiguratsiyasi elektron qobiqlar to'liq to'ldirilgan holda shakllanadi, bu elektronlarning ma'lum soniga - "elektron sehrli" raqamlarga to'g'ri keladi.

–  –  –

Guruch. 4.3. Chapda joylashgan Al atomlarining o'z-o'zini tashkil etishi natijasida Si (111) yuzasida olingan sehrli klasterlarning tartiblangan qatori - massivning umumiy ko'rinishini aks ettiruvchi STM tasviri;

o'ng tomonda sehrli klasterlarning atom tuzilishi diagrammasi mavjud: har bir klaster oltita Al atomidan (tashqi doiralar) va uchta Si atomidan (ichki doiralar) iborat.

Bu holda sehrli nanoklasterlarning shakllanishi ikkita muhim omil bilan izohlanadi. Birinchi omil Al va Si atomlari konfiguratsiyasining maxsus xususiyatlari bilan bog'liq bo'lib, ularda barcha kimyoviy bog'lanishlar yopiq, buning natijasida u yuqori barqarorlikka ega. Bir yoki bir nechta atomlarni qo'shish yoki olib tashlash orqali bunday barqaror atom konfiguratsiyasi yuzaga kelmaydi. Ikkinchi omil Si (111) sirtining maxsus xususiyatlari bilan bog'liq bo'lib, nanoyorollarning yadrolanishi va o'sishiga tartibli ta'sir ko'rsatadi. Bunday holda, Al6Si3 sehrli nanoklasterning o'lchami yuzaning birlik katakchasining o'lchamiga muvaffaqiyatli to'g'ri keladi, buning natijasida hujayraning har bir yarmida aniq bitta nanoklaster joylashadi. Natijada, sehrli nanoklasterlarning deyarli ideal tartiblangan qatori hosil bo'ladi.

4.1.2. Tartibsiz nanoklasterlar va nanokristallikning pastki chegarasi

Tartibsiz nanoklasterlar beqaror shakllanishlar bo'lib, tuzilishi jihatidan van der Vaals molekulalari deb ataladigan molekulalarga o'xshash - van der Vaals kuchlarining zaif o'zaro ta'siri natijasida paydo bo'ladigan oz miqdordagi molekulalar (atomlar) klasterlari. Ular suyuqlik kabi harakat qiladilar va o'z-o'zidan parchalanishga moyil.

Tartibsiz nanoklasterlar nanokristallarning shakllanishida asosiy rol o'ynaydi, aslida nanokristallarning prototiplari bo'lib, aks holda kristalli nanozarralar deb ataladi, ular atomlar yoki molekulalarning tartibli joylashishi va kuchli kimyoviy bog'lanishlar - massiv kristallar (makrokristallar) kabi xarakterlanadi.

Nanokristallarning o'lchamlari 10 nm yoki undan ko'p bo'lishi mumkin va shunga mos ravishda juda ko'p miqdordagi atomlar yoki molekulalarni o'z ichiga oladi (bir necha mingdan bir necha yuz minggacha va undan ko'p). Nanokristallar hajmining pastki chegarasiga kelsak, bu masala alohida muhokama qilishni talab qiladi. Shu munosabat bilan kristallanishning klaster mexanizmlarini tahlil qilish alohida qiziqish uyg'otadi.

Misol tariqasida o'ta to'yingan eritmaning kristallanishini ko'rib chiqamiz. Yadrolanishning uchta asosiy modeli mavjud: fluktuatsiya (FMZ), klaster (KMZ) va dalgalanma-klaster (FCMZ).

- ularning har birida embrion shakllanishining asosiy manbai sifatida qabul qilingan narsaga muvofiq.

FMS ma'lumotlariga ko'ra, yadrolar eritmaning zichligidagi dalgalanmalar natijasida paydo bo'ladi, ya'ni. Yadrolarning to'g'ridan-to'g'ri manbai erigan moddaning atomlarining dalgalanma klasterlari - eritmaning Vf hajmli mahalliy joylari f m yuqori zichlikli, bu erda m - o'zgarishlarga tobe bo'lmagan eritmaning asosiy hajmidagi zichlik - matritsa. Umumiy holatda tebranishlar Vc turli hajmdagi nanoklasterlarning shakllanishiga olib keladi. Vc (cr) ma'lum bir kritik hajm bo'lgan Vc Vc(cr) bo'lgan nanoklasterlar darhol dastlabki atomlarga parchalanadi. Vc Vc(cr) ga ega nanoklasterlar o‘sishda davom eta oladigan barqaror yadrolarga aylanadi.

Vc = Vc(cr) boʻlgan nanoklasterlar beqaror muvozanat holatida boʻlgan muhim yadrolardir: ular parchalanadi yoki barqaror yadrolarga aylanadi.

CMS ma'lumotlariga ko'ra, yadrolar nanoklasterlardan hosil bo'ladi, ular o'z navbatida fluktuatsiya klasterlaridan kelib chiqadi. KMS ning o'ziga xos xususiyati shundaki, u Vc Vc(cr) ga ega bo'lgan klasterlarga ma'lum bir umrga ega bo'lish imkoniyatini beradi, bu vaqt davomida nanoklasterlar o'z hajmini o'zgartirishi mumkin, to'liq parchalanishgacha kamayadi yoki barqaror yadrolarga aylanmaguncha ko'payadi. Nanoklasterlar hajmining o'zgarishi yoki matritsadan alohida atomlarning ularga biriktirilishi yoki atomlarning ulardan ajralishi va matritsaga o'tishi yoki o'zaro to'qnashuvlar paytida nanoklasterlarning birlashishi tufayli o'zgaradi, deb ishoniladi.

FKMZ ma'lumotlariga ko'ra, kristall yadrolanishi ilgari hosil bo'lgan nanoklasterlarning Vc Vc(cr) va fluktuatsiya klasterlari bilan o'zaro ta'siri orqali sodir bo'ladi. Bunday o'zaro ta'sir qilish imkoniyati muhit hajmida nanoklasterlarning uzluksiz migratsiyasi va tebranishlarning fazoviy-vaqtincha taqsimlanishining bir xil emasligi bilan bog'liq, buning natijasida nanoklasterlarning migratsiyasi davrida paydo bo'ladigan tebranishlarning joylashuvi tasodifiy mos kelishi mumkin. nanoklasterlarning joylashuvi bilan. Natijada, nanoklasterlar fluktuatsiya klasterlaridan atomlarning qo'shilishi hisobiga sezilarli darajada kattalashishi mumkin.

Shunday qilib, kristalli fazaning shakllanishi uchun zaruriy shart - bu muhim yadrolarning paydo bo'lishi, ya'ni. ma'lum o'lchamdagi tartibsiz nanoklasterlar, bunda ular potentsial kristallanish markazlariga aylanadi. Bundan kelib chiqadiki, tanqidiy yadrolarning o'lchamini, bir tomondan, nanokristal holatning pastki chegarasi sifatida ko'rib chiqish mumkin, ya'ni. kristallanish natijasida hosil bo'lishi mumkin bo'lgan nanokristallarning minimal mumkin bo'lgan o'lchami sifatida va, boshqa tomondan, nanoklaster holatining yuqori chegarasi sifatida, ya'ni. tartibsiz nanoklasterlarning maksimal mumkin bo'lgan o'lchami sifatida ular barqaror holatga o'tadi va nanokristallarga aylanadi. Hisoblangan ma'lumotlarga ko'ra, tanqidiy yadrolarning o'lchamlari 1 nm. Shuni ta'kidlash kerakki, har qanday modda uchun tanqidiy yadrolarning qat'iy belgilangan kattaligi yo'q, chunki bu o'lcham kristallanish muhitining xususiyatlariga, xususan, uning termodinamik muvozanat holatidan og'ish darajasiga bog'liq. eritmalar, ularning o'ta to'yinganlik darajasi bo'yicha).

Ideal holatda, kristallanish jarayonida hosil bo'lgan nanokristallar mukammal bir kristalli tuzilishga ega bo'lib, ular kristallangan moddaning alohida atomlari yoki molekulalarining ketma-ket qo'shilishi natijasida klasterlarning o'sishi natijasida yuzaga kelishi mumkin. Haqiqatda nanokristallarning tuzilishi turli nuqsonlar bilan tavsiflanishi mumkin: vakansiyalar, dislokatsiyalar va boshqalar. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, bu nuqsonlarning paydo bo'lish ehtimoli juda past va nanozarrachalar hajmining pasayishi bilan sezilarli darajada kamayadi. Xususan, baholash hisobi shuni ko'rsatadiki, o'lchami 10 nm dan kam bo'lgan nanozarrachalar deyarli bo'sh joyni o'z ichiga olmaydi. Kichik o'lchamli kristallar strukturasining yuqori mukammalligi uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan haqiqatdir: bunga odatiy misol - tartibli diametrli tayoqchalar shakliga ega bo'lgan mo'ylovli kristallar ("mo'ylovlar" deb ataladi). 1 mikron yoki undan kam va amalda nuqsonlarni o'z ichiga olmaydi.

Klaster mexanizmi bo'yicha nanokristallarning hosil bo'lishi, ya'ni bir qator nanoklasterlarni birlashtirib, heterojen, blokli strukturaning shakllanishiga olib kelishi mumkin. Nanokristallarning bunday tuzilishining mavjudligi ularning tuzilishi monokristallarga ham, polikristallarga ham mos kelishi mumkinligini ko'rsatuvchi diffraksion tahlil va elektron mikroskopiya usullaridan foydalangan holda o'rganish natijalari bilan tasdiqlanadi. Xususan, ZrO2 asosidagi keramik nanozarrachalar ustida olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, ular bir-biridan farq qiluvchi bir nechta strukturaviy bo'laklardan iborat bo'lishi mumkin.

Nanokristallarning kristall strukturasining xususiyatlarini tahlil qilish asosida ularning mumkin bo'lgan minimal hajmini baholashning yana bir usuli mavjud. Nanokristallarda, shuningdek, makrokristallarda atomlar fazoviy joylashuvida kristall panjara hosil qiladi. Kristal panjaraning eng muhim xususiyatlaridan biri koordinatsion raqam, ya'ni. berilgan atomga eng yaqin qo'shni atomlar soni.

Eng yaqin qo'shni atomlar to'plami 1-koordinatsion sferani tashkil qiladi. Xuddi shu narsani 2, 3, 4 va boshqalar haqida ham aytish mumkin. muvofiqlashtirish sohalari. Nanokristalning o'lchami kamayishi bilan, kristalning ma'lum bir turiga xos bo'lgan simmetriya elementlari yo'q bo'lib ketadigan vaziyat yuzaga kelishi mumkin, ya'ni. atomlarning joylashishidagi uzoq masofali tartib buziladi va shunga mos ravishda koordinatsion sohalar soni kamayadi. An'anaviy ravishda nanokristal holatining pastki chegarasi nanokristallarning o'lchamlari uchta koordinatsion sfera bilan solishtirish mumkin bo'lganda yuzaga keladi, deb qabul qilinadi (masalan, Ni uchun bu 0,6 nm ga to'g'ri keladi). Hajmining yanada kamayishi bilan nanokristallar nanoklasterlarga aylanadi, ularning nanokristallardan eng muhim ajralib turadigan xususiyati kristal tuzilishiga xos simmetriyaning yo'qolishidir.

4.2. Nanokristallar 4.2.1. Noorganik nanokristallar Noorganik tarkibli nanokristallar tabiatda ham, texnikada ham juda keng tarqalgan. Mavjud usullar turli xil kompozitsiyalarning noorganik nanokristallarini olish imkonini beradi:

metallar va qotishmalar (ko'pincha Fe ga asoslangan);

oddiy oksidlarga asoslangan keramika (Al2O3, Cr2O3 va boshqalar), qo'sh oksidlar (shpinellar CoO Al2O3 va boshqalar), uchlik oksidlar (kordierit 2MgO 2Al2O3 5Al2O3), nitridlar (AlN, TiN va boshqalar), oksinitridlar (Si3N-Al2O3-4) AlN va boshqalar), karbidlar (TiC, ZrC va boshqalar);

uglerod (olmos, grafit);

yarimo'tkazgichlar (CdS, CdSe, InP va boshqalar).

Bundan tashqari, kompozit noorganik nanokristallarni olish mumkin, masalan, WC-Co kompozitsiyasi.

Olingan nanokristallarning o'lchamlari juda keng diapazonda o'zgarishi mumkin: nanokristallarning turiga va ularni tayyorlash usullariga qarab 1 dan 100 nm gacha yoki undan ko'p. Aksariyat hollarda ular metallar va keramika uchun 100 nm, olmos va grafit uchun 50 nm, yarim o'tkazgichlar uchun 10 nm dan oshmaydi.

Ko'pincha noorganik nanokristallar nano kukunlar shaklida olinadi. Nanosuspenziyalarni tayyorlash jarayonida individual kristalli nanozarrachalar hosil bo'lishi mumkin, bu erda ular dispers faza rolini o'ynaydi. Bundan tashqari, ular nanokompozitlar matritsasining bir qismi bo'lishi mumkin. Bunday nanokristallar matritsalilar deyiladi.

Noorganik moddalarning kristalli nanozarralari tabiatda ancha keng tarqalgan. Ko'pincha ular atmosferada tarqalib, nanoaerozollarni hosil qiladi. Nanozarrachalar odatda taxminan 400 ° S haroratga ega bo'lgan gidrotermal eritmalarda sezilarli miqdorda topiladi. Biroq, eritmalar sovutilganda (sovuq suv bilan birlashishi natijasida) nanozarrachalar kattalashib, ko'zga ko'rinadigan bo'ladi.

Ular toshlar va magmalarda ham mavjud. Togʻ jinslarida nanozarrachalar kremniy oksidi, aluminosilikatlar, magnetitlar va boshqa turdagi minerallarning kimyoviy nurash jarayonlari natijasida hosil boʻladi. Yer yuzasiga quyiladigan magma, uning chuqurligida bo'lib, yuqori haroratli geologik jarayonlarda ishtirok etdi va nanozarrachalar bosqichidan o'tdi, keyinchalik ular yirik minerallar kristallari va oddiy silikatlarning o'sishi uchun embrionga aylandi. er qobig'ini hosil qiladi.

Bundan tashqari, kristalli nanozarralar kosmosda mavjud bo'lib, ular jismoniy jarayonlar, jumladan zarba (portlash) mexanizmlari, shuningdek, quyosh tumanligida sodir bo'ladigan elektr zaryadlari va kondensatsiya reaktsiyalari natijasida hosil bo'ladi. 1980-yillarning oxirida amerikaliklar o'zlarining kosmik kemalarida protoplanetar changni to'plashdi. Er usti laboratoriyalarida o'tkazilgan tahlillar shuni ko'rsatdiki, bu chang 10 dan taxminan 150 nm gacha o'zgarib turadi va uglerodli xondritlarga tegishli. Yer mantiyasi tarkibidagi minerallar ham xuddi shunday tarkibga ega.Bu erdan xulosa qilishimiz mumkinki, hech bo'lmaganda Quyosh sistemasining quruqlikdagi sayyoralari tarkibi uglerodli xondritlarga mos keladigan nanozarrachalardan kelib chiqqan.

Nanokristallar bir qator noodatiy xususiyatlarga ega bo'lib, ularning eng muhim xususiyati o'lcham effektlarining namoyon bo'lishidir.

Nanokristallar sezilarli o'ziga xos sirt maydoniga ega, bu ularning reaktivligini sezilarli darajada oshiradi. Diametri d va sirt qatlami qalinligi bo'lgan sferik nanozarra uchun sirt qatlamining umumiy hajmidagi V ulushi ifoda bilan aniqlanadi.

–  –  –

d = 10-20 nm va = 0,5-1,5 nm (bu 3-4 atom monoqatlamiga to'g'ri keladi) nanozarrachaning umumiy moddasining 50% gacha sirt qatlamini tashkil qiladi. Makrozarrachalarning sirt energiyasi haqidagi an'anaviy g'oyalar 10 nm dan katta nanozarralar uchun juda maqbuldir, deb ishoniladi. 1 nm dan kam o'lchamda deyarli butun nanopartikul sirt qatlamining xususiyatlarini olishi mumkin, ya'ni. makrozarrachalar holatidan farqli maxsus holatga o'tish. 1-10 nm oraliq o'lchamdagi nanozarrachalar holatining tabiati har xil turdagi nanozarralar uchun turli yo'llar bilan o'zini namoyon qilishi mumkin.

Energetik nuqtai nazardan, nanokristallar uchun ularning sirt energiyasi kamayadigan holatlarni qabul qilish foydalidir. Eng yaqin qadoqlash bilan tavsiflangan kristalli tuzilmalar uchun sirt energiyasi minimaldir, shuning uchun nanokristallar uchun yuz markazli kub (FCC) va olti burchakli qalin o'ralgan (HCP) tuzilmalar eng ko'p afzallik beriladi (4.4-rasm).

Masalan, elektron difraksion tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, bir qator metallarning (Nb, Ta, Mo, W) o'lchamlari 5-10 bo'lgan nanokristallarida fcc yoki hcp panjarasi yo'q, normal holatda esa bu metallar tanasi- markazlashtirilgan (bcc) panjara.

Eng zich o'ramlarda (4.4-rasm) har bir to'p (atom) o'n ikkita shar (atom) bilan o'ralgan, shuning uchun bu o'ramlarning koordinatsion raqami 12 ga teng. Kubli o'rash uchun koordinatsion poliedr kuboktaedr, olti burchakli uchun qadoqlash - olti burchakli kuboktaedr.

Massiv kristallardan nanokristallarga o'tish atomlararo masofalar va kristall panjara davrlarining o'zgarishi bilan birga keladi. Masalan, elektron diffraktsiyadan foydalanib, Al nanokristallarining o'lchamlarini 20 dan 6 nm gacha kamaytirish panjara davrining 1,5% ga qisqarishiga olib kelishi aniqlandi. Ag va Au zarrachalarining kattaligi 40 dan 10 nm gacha kamayganda panjara davridagi xuddi shunday 0,1% ga pasayish kuzatildi (4.5-rasm). Panjara davrining kattalik ta'siri nafaqat metallar, balki birikmalar, xususan, titan, tsirkoniy va niobiy nitridlari uchun ham qayd etilgan.

Ushbu ta'sirning mumkin bo'lgan sabablari sirt tarangligi natijasida hosil bo'lgan ortiqcha Laplas bosimi p = 2 / r ta'siri deb hisoblanadi, uning qiymati zarrachalar hajmining pasayishi bilan ortadi r; shuningdek, nanozarrachalar ichida joylashgan atomlardan farqli o'laroq, sirt atomlarining atomlararo bog'lanishlarining nisbatan kichik nanozarralari uchun kompensatsiyalanishi va buning natijasida nanozarrachalar yuzasiga yaqin atom tekisliklari orasidagi masofalarning qisqarishi.

Nanozarrachalarning panjara davridagi o'zgarishlarni tahlil qilganda, nanozarrachalarning o'lchamlari kamayib borishi sababli, yuqorida aytib o'tilgan kamroq zich tuzilmalardan yanada zichroq tuzilmalarga o'tish imkoniyatini hisobga olish kerak. Masalan, elektron diffraktsiya ma'lumotlariga ko'ra, Gd, Tb, Dy, Er, Eu va Yb nanozarrachalarining diametri d 8 dan 5 nm gacha qisqartirilganda, quyma metallarga xos bo'lgan hcp tuzilishi va panjara parametrlari saqlanib qolgan va nanozarrachalar hajmining yanada kamayishi, panjara parametrlarining sezilarli pasayishi kuzatildi; ammo, shu bilan birga, elektron diffraktsiya naqshlarining ko'rinishi o'zgardi, bu strukturaviy o'zgarishlarni ko'rsatdi - hcp panjarasi parametrlarining pasayishi emas, balki hcp dan zichroq fcc tuzilishiga o'tish. Shunday qilib, nanozarrachalarning panjara davriga o'lcham ta'sirini ishonchli aniqlash uchun strukturaviy o'zgarishlar imkoniyatini ham hisobga olish kerak.

A A B B C A A

–  –  –

Nanokristallarning sirt energiyasining o'lchamiga bog'liqligi erish haroratining mos keladigan bog'liqligini oldindan belgilaydi, izometrik nanokristallar holatida taxminan formula bilan tavsiflanishi mumkin.

–  –  –

4.7-rasmda turli o'lchamdagi Pd nanozarrachalarining issiqlik sig'imining haroratga bog'liqligi ko'rsatilgan.

Nanokristallar maxsus elektron, magnit va optik xususiyatlar bilan ajralib turadi, ular turli kvant mexanik hodisalari tufayli yuzaga keladi.

Nanokristallarning elektron xossalarining o'ziga xos xususiyatlari erkin zaryad tashuvchilarning (elektronlarning) lokalizatsiya mintaqasining o'lchamlari de Broyl to'lqin uzunligiga mutanosib bo'lganda paydo bo'la boshlaydi.

h/2m * E, (4,3) B

Bu erda m* - elektronlarning samarali massasi, uning qiymati elektronlar harakatining xususiyatlari bilan belgilanadi.

1 -2 C/T, J mol K kristall, E - elektron energiya, h - Plank doimiysi. Bunday holda, o'lchamning elektron xususiyatlarga ta'siri turli tarkibdagi nanokristallar uchun har xil bo'lishi mumkin. Masalan, metallar uchun B = 0,1-1,0 nm, ya'ni. o'lchamning ta'siri faqat juda kichik nanokristallar uchun sezilarli bo'ladi, T, K esa yarim metallar (Bi) va yarim o'tkazgichlar uchun (ayniqsa, tor 4.7-rasm. Bandning haroratga bog'liqligi - InSb) 100 nm da, ya'ni.

issiqlik sig'imi C Pd nanopartikullari 1, 2 - o'lchamlari 3 nm va 6,6 nm bo'lgan nanozarralar, o'lchamning ta'siri juda keng diapazondagi nanokristallar uchun massiv palladiy timo tomonidan sezilishi mumkin.

Nanokristallarning magnit xususiyatlarining maxsus namoyon bo'lishining odatiy misoli nanokristal hajmining pasayishi bilan magnit sezuvchanlik va koerstivlikning o'zgarishidir.

Magnit sezuvchanlik magnit maydonidagi moddaning magnit holatini tavsiflovchi M magnitlanish o'rtasidagi munosabatni o'rnatadi va magnitlanishning elementar tashuvchilari magnit momentlarining birlik hajmdagi vektor yig'indisi va magnitlanish maydonining kuchi H (M = H) . Magnit maydon kuchiga va haroratga bog'liqligining qiymati va tabiati moddalarni magnit xususiyatlariga ko'ra dia-, para-, ferro- va antiferromagnitlarga, shuningdek ferrimagnetlarga bo'lish mezoni bo'lib xizmat qiladi. Ushbu holatni hisobga olgan holda, o'lchamning magnit sezuvchanlikka ta'siri har xil turdagi magnit moddalarning nanokristallari uchun har xil bo'lishi mumkin. Masalan, nanokristallar hajmining 1000 dan 1 nm gacha kamayishi Se holatida diamagnetizmning kuchayishiga va Te holatida paramagnetizmning pasayishiga olib keladi.

Majburiy kuch magnitlanish egri chizig'ining muhim xarakteristikasi bo'lib, son jihatdan Hc maydon kuchiga teng bo'lib, qoldiq magnitlanishni olib tashlash uchun magnitlanish maydonining yo'nalishiga teskari yo'nalishda qo'llanilishi kerak. Hc qiymati magnitlanishning to'liq tsikli - demagnetizatsiya jarayonida hosil bo'lgan magnit histerezis halqasining kengligini aniqlaydi, bunda qaysi magnit materiallar qattiq magnit (keng histerezis halqali, qayta magnitlanishi qiyin) va yumshoq magnit (magnitlanish qiyin) ga bo'linadi. tor histerezis pastadir, osongina qayta magnitlangan).

Bir qator moddalarning ferromagnit nanokristallarini o'rganish natijalari shuni ko'rsatadiki, nanokristallar ma'lum bir kritik o'lchamgacha kamayishi bilan majburlash kuchi ortadi. Xususan, o'rtacha diametri 20-25, 50-70 va 20 e bo'lgan Fe, Ni va Cu nanokristallari uchun maksimal Hc qiymatlariga erishiladi.

Nanokristallarning optik xususiyatlari, xususan, yorug'likning tarqalishi va yutilishi, ularning o'lchamlari radiatsiya to'lqin uzunligidan sezilarli darajada kichikroq bo'lishi sharti bilan o'lchamga bog'liqlik mavjudligidan iborat bo'lgan xususiyatlarini sezilarli darajada namoyon qiladi. 10-15 nm dan oshmasligi kerak.

Aksariyat hollarda nanokristallarning kvant mexanik hodisalari tufayli xossalari nanozarrachalar ansambllarida, xususan, nanokristalli materiallarda yoki matritsali nanokompozitlarda yaqqol namoyon bo‘ladi.

Kristalli nanozarrachalarni ishlab chiqarish texnologiyalari juda xilma-xildir. Ular odatda nano changlar shaklida sintezlanadi.

Ko'pincha nanozarrachalar sintezi mos ravishda bug'lanish-kondensatsiya va plazma-kimyoviy sintez texnologiyalaridan foydalangan holda bug'-gaz fazasidan yoki plazmadan amalga oshiriladi.

Bug'lanish-kondensatsiya texnologiyasiga ko'ra, nanozarrachalar past bosimli inert gaz atmosferasida (Ar, He, H2,) nazorat qilinadigan haroratda boshlang'ich materialning bug'lanishi natijasida hosil bo'lgan bug'-gaz aralashmasidan kristallanish yo'li bilan hosil bo'ladi. keyin yaqinida yoki sovuq yuzada kondensatsiyalanadi. Bundan tashqari, vakuumda bug'lanish va kondensatsiya paydo bo'lishi mumkin. Bunday holda, nanozarrachalar toza bug'dan kristallanadi.

Bug'lanish-kondensatsiya texnologiyasidan metallarning nanozarralari (Al, Ag, Au, Cd, Cu, Zn) va qotishmalar (Au-Cu, Fe-Cu), keramika (metall karbidlari, oksidlari va nitridlari) ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. yarimo'tkazgichlar (Se, As).

Materialni bug'lantirish uchun turli xil isitish usullari qo'llaniladi. Masalan, metallarni elektr pechga joylashtirilgan tigelda qizdirish mumkin. Bundan tashqari, metall simni elektr toki orqali o'tkazish orqali isitish mumkin. Bug'langan materialni energiya bilan ta'minlash plazmadagi elektr yoyi, yuqori va o'ta yuqori chastotali oqimlar bilan induksion isitish, lazer yoki elektron nurlar orqali amalga oshirilishi mumkin. Oksidlar, karbidlar va nitridlarning nanozarrachalari metallarni siyraklashtirilgan atmosferada reaktiv gaz - kislorod O2 (oksidlar uchun), metan CH4 (karbidlar uchun), azot N2 yoki ammiak NH3 (holatda) isitish orqali hosil bo'ladi. nitridlar). Bunday holda, isitish uchun impulsli lazer nurlanishidan foydalanish samarali bo'ladi.

Bug '-gaz fazasi prekursorlar (boshlang'ich materiallar) sifatida ishlatiladigan organometalik birikmalarning termal parchalanishi natijasida ham shakllanishi mumkin. Shaklda. 4.8. neytral tashuvchi gaz bilan birga isitiladigan quvurli reaktorga yuboriladigan bunday prekursorlardan foydalangan holda ishlaydigan o'rnatish diagrammasi ko'rsatilgan.

Reaktorda hosil bo'lgan nanozarrachalar aylanadigan sovutilgan silindrga yotqiziladi va u erdan kollektorga chiqariladi. Ushbu o'rnatish oksidlarning (Al2O3, CeO3, Fe2O3, In2O3, TiO2, ZnO, ZrO2, Y2O3), shuningdek karbidlar va nitridlarning nano changlarini sanoat ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Yuqori haroratli bug '-gaz aralashmasi sovuq inert gaz bilan to'ldirilgan katta hajmli kameraga kirganda kondensatsiyalanishi mumkin. Bunday holda, bug '-gaz aralashmasi kengayish va sovuq inert atmosfera bilan aloqa qilish tufayli sovutiladi. Ikkita reaktivni kameraga koaksiyal ravishda kiritishga asoslangan kondensatsiya usuli ham mumkin: bug '-gaz aralashmasi eksa bo'ylab oziqlanadi va uning periferiyasi bo'ylab sovuq inert gazning halqali oqimi oqadi.

Bug '-gaz fazasini kondensatsiya qilish orqali o'lchamlari 2 dan bir necha yuz nanometrgacha bo'lgan zarrachalarni olish mumkin. Nanozarrachalarning hajmi va tarkibi atmosferaning bosimi va tarkibini (inert gaz va reagent gazi), isitishning intensivligi va davomiyligini, bug'langan material va bug' kondensatsiyalanadigan sirt orasidagi harorat gradientini o'zgartirish orqali o'zgarishi mumkin. Agar nanozarrachalarning o'lchamlari juda kichik bo'lsa, ular sirtda cho'kmasdan gazda muallaq qolishi mumkin. Bunday holda, hosil bo'lgan kukunlarni to'plash uchun maxsus filtrlar qo'llaniladi, markazdan qochma cho'kindi yoki suyuqlik plyonkasi bilan ushlash amalga oshiriladi.

Guruch. 4.8. Keramika nano kukunlarini ishlab chiqarish uchun o'rnatish sxemasi 1 - gaz tashuvchisi, 2 - prekursor manbai, 3 - nazorat klapanlari, 4 - ish kamerasi, isitiladigan quvurli reaktor, 6 - sovutilgan aylanadigan silindr, 7 - kollektor, 8 - qirg'ich.

–  –  –

Mexanik ta'sir natijasida qattiq moddaning aloqa joylarida kuchlanish maydoni hosil bo'ladi, uning bo'shashishi issiqlik chiqishi, yangi sirt hosil bo'lishi, kristallarda turli nuqsonlarning paydo bo'lishi va qattiq fazada kimyoviy reaksiyalarning qo'zg'alishi.

Materiallarni silliqlash paytida mexanik ta'sir impulsli, shuning uchun kuchlanish maydonining paydo bo'lishi va uning keyingi bo'shashishi faqat zarrachalar to'qnashuvi paytida va undan qisqa vaqt o'tgach sodir bo'ladi. Bundan tashqari, mexanik ta'sir mahalliydir, chunki u qattiq jismning butun massasida emas, balki faqat kuchlanish maydoni paydo bo'lgan va keyin bo'shashgan joyda sodir bo'ladi.

Mexanik abraziv turli xil materiallardan: metallar, qotishmalar, intermetallik birikmalar, keramika, kompozitlardan iborat nano kukunlarni ommaviy ishlab chiqarish uchun yuqori samarali usuldir. Mexanik ishqalanish va mexanik qotishma natijasida muvozanat sharoitida o'zaro eruvchanligi ahamiyatsiz bo'lgan bunday elementlar uchun qattiq holatda to'liq eruvchanlikka erishish mumkin.

Mexanokimyoviy sintez uchun 200 dan 5-10 nm gacha bo'lgan hosil bo'lgan kukunlarning o'rtacha hajmini ta'minlaydigan sayyoraviy, sharli va tebranish tegirmonlari qo'llaniladi.

Detonatsiya sintezi zarba to'lqini energiyasidan foydalanishga asoslangan. O'rtacha zarracha hajmi 4 nm bo'lgan olmos kukunlarini ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladi - grafitning metallar bilan aralashmalarini zarba to'lqinida bir necha o'n GPa gacha bo'lgan bosimda zarba to'lqini bilan qayta ishlash. Bundan tashqari, tarkibida uglerod miqdori yuqori va kislorod miqdori nisbatan past bo'lgan organik moddalarni portlatish orqali olmos kukunlarini olish mumkin.

Detonatsiya sintezi Al, Mg, Ti, Zr, Zn va boshqa metallar oksidlarining nano kukunlarini olish uchun ishlatiladi. Bunday holda, boshlang'ich material sifatida metallar ishlatiladi, ular faol kislorodli muhitda qayta ishlanadi (masalan, O2 + N2). Bunday holda, metall kengayish bosqichida uning yonishi nanodispers oksidi hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi. Detonatsiya sintezi texnologiyasi, shuningdek, mo'ylovga o'xshash MgO kristallarini olish imkonini beradi, ularning o'rtacha diametri 60 nm va uzunlik va diametrga nisbati 100 ga etadi. Bundan tashqari, uglerodli CO2 atmosferasidan foydalangan holda nanotubalarni sintez qilish mumkin. .

Metall va qotishmalarning nano kukunlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan elektroportlash sintezi diametri 0,1-1,0 mm bo'lgan ingichka metall simni u orqali kuchli tok impulsining qisqa muddatli o'tishi bilan elektr portlashi jarayonidir. Elektr portlashi zarba to'lqinlarining paydo bo'lishi bilan birga keladi va metallarning 1107 K / s dan yuqori tezlikda 104 K dan yuqori haroratgacha tez qizdirilishiga olib keladi. Metall erish nuqtasidan yuqori qizib ketadi va bug'lanadi. Tez kengayadigan bug 'oqimida kondensatsiya natijasida hajmi 50 nm gacha yoki undan kam bo'lgan zarrachalar hosil bo'ladi.

Kristalli nanozarrachalar issiqlik bilan stimulyatsiya qilingan reaksiyalarda sintezlanishi mumkin. Termik parchalanish jarayonida murakkab elementar va organometalik birikmalar, gidroksidlar, karbonillar, formatlar, nitratlar, oksalatlar, amidlar va metallarning amidlari odatda boshlang'ich material sifatida ishlatiladi, ular ma'lum bir haroratda sintezlangan moddaning hosil bo'lishi va ajralish bilan ajralib turadi. gaz fazasi.

Temir, kobalt, nikel, mis formatlarini vakuumda yoki inert gazda 470-530 K haroratda pirolizlash orqali o'rtacha zarracha hajmi 100-300 nm bo'lgan metall kukunlari olinadi.

Amaliy nuqtai nazardan, zarba trubkasida sodir bo'ladigan gazni zarba bilan isitish orqali organometalik birikmalarning termal parchalanishi qiziqish uyg'otadi. Shok to'lqinining old qismida harorat 1000 -2000 K ga yetishi mumkin. Natijada yuqori darajada to'yingan metall bug'lari tezda kondensatsiyalanadi. Shu tariqa temir, vismut, qoʻrgʻoshin va boshqa metallarning nano kukunlari olinadi. Xuddi shunday, piroliz paytida, hosil bo'lgan bug'larning kameradan nozul orqali vakuumga tez chiqishi hosil bo'ladi. Bug'ning kengayishi bilan u soviydi va o'ta to'yingan holatga o'tadi, natijada nozuldan aerozol shaklida oqib chiqadigan nano changlar hosil bo'ladi.

Termik parchalanish polikarbosilanlar, polikarbosilokeanlar va polisilazanlardan kremniy karbid va nitridning nano changlarini hosil qiladi; alyuminiy poliamidimiddan bor karbid alyuminiy nitridi (ammiakda); bor karbid, polivinilpentaboran bor karbid va boshqalar.

Metall nano kukunlarini olishning samarali usuli bu vodorod oqimida 500 K dan past haroratda metall birikmalarini (gidroksidlar, xloridlar, nitratlar, karbonatlar) kamaytirishdir.

Kolloid eritmalar yordamida nano kukunlarni olish texnologiyalari keng qo'llaniladi, ular eritmaning boshlang'ich reagentlaridan nanozarrachalar sintezini va ma'lum bir vaqtning o'zida reaktsiyani to'xtatishni, shundan so'ng dispers tizimni suyuq kolloid holatiga o'tkazishni o'z ichiga oladi. tarqalgan qattiq. Misol uchun, kadmiy sulfid nano kukuni kadmiy perxlorat va natriy sulfid eritmasidan cho'ktirish orqali olinadi. Bunday holda, nanozarrachalar hajmining o'sishi eritmaning pH ning keskin oshishi bilan to'xtatiladi.

Kolloid eritmalardan cho'ktirish jarayoni juda selektivdir va juda tor o'lchamdagi taqsimotga ega nanozarrachalarni hosil qiladi. Jarayonning nochorligi - hosil bo'lgan nanopartikullarning birlashishi xavfi bo'lib, ularning oldini olish uchun turli xil polimer qo'shimchalari qo'llaniladi. Shu tarzda olingan oltin, platina va palladiyning metall klasterlari odatda 300 dan 2000 gacha atomlarni o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, yuqori dispersli kukunlarni olish uchun aglomeratsiyalangan nanozarrachalardan tashkil topgan kolloid eritmalarning cho'kindilari kaltsiylanadi. Masalan, kremniy karbid nano kukuni (zarrachalar hajmi 40 nm) organik kremniy tuzlarini gidrolizlash, so‘ngra argonda 1800 K da kalsinlash yo‘li bilan olinadi.

Ayrim hollarda kolloid oksid zarrachalarini sintez qilish uchun metall tuzlarining gidrolizlanishidan foydalaniladi. Masalan, titan, tsirkoniy, alyuminiy va itriy oksidining nano kukunlari tegishli xloridlar yoki gipoxloritlarni gidrolizlash yo'li bilan olinishi mumkin.

Kolloid eritmalardan yuqori dispersli kukunlarni olish uchun kriogen quritish ham qo'llaniladi, bunda eritma kriyojenik muhitga ega bo'lgan kameraga püskürtülür, bu erda eritma tomchilari mayda zarrachalar shaklida muzlaydi. Keyin gazsimon muhitning bosimi muzlatilgan erituvchi ustidagi muvozanat bosimidan kamroq bo'lishi uchun kamayadi va erituvchini sublimatsiya qilish uchun material doimiy nasos bilan isitiladi. Natijada, bir xil tarkibdagi g'ovakli granulalar hosil bo'ladi, ular nanopunchalar hosil qilish uchun kaltsiylanadi.

Matritsalardagi kristall nanozarrachalarning sintezi alohida qiziqish uyg'otadi. Matritsali nanokristallarni olishning mumkin bo'lgan usullaridan biri tez qotib qoladigan amorf qotishmalarning qisman kristallanishiga asoslangan. Bunday holda, amorf faza va amorf fazada chiqarilgan kristalli nanozarrachalarni o'z ichiga olgan struktura hosil bo'ladi. Shaklda. 4.10-rasmda tez qotib qolgan amorf Al94.5Cr3Ce1Co1.5 qotishmasining mikrografigi koʻrsatilgan, kristal fazaning dispers qoʻshilishlari va qotishmaning ayrim joylaridan olingan elektron difraksiya naqshlari.

Metalllarga qo'shimcha ravishda polimerlar matritsalar sifatida keng qo'llaniladi, xususan, metall, keramika yoki uglerod nanopartikullari kiritilishi mumkin bo'lgan poliolefinlar va poliamidlar. Matritsa nanozarralarini, shuningdek, nanog'ovak matritsa riallarini eritmalar bilan singdirish, so'ngra veRisni cho'ktirish orqali ham olish mumkin. 4.10. Raseamorf qotishma Al94.5Cr3Ce1Co1.5 eritmalarida mavjud bo'lgan tez qotib qolgan moddalarning tuzilishi, teshiklarda. Shu tarzda kristall nanozarrachalar B, D va boshqalar amorf matritsa Cda taqsimlanadi. zeolindagi metall zarralarining o'rtacha kattaligi bilan; b, c va d - maydonlardan fraktogrammalar, max - mos ravishda B, C va D hududlariga tegishli aluminosilikatlar.

muntazam gözenekli tuzilishga ega ishqoriy yoki ishqoriy tuproq metallari. Bunday holda, hosil bo'lgan nanozarrachalarning o'lchamlari zeolitlarning g'ovak o'lchamlari (1-2 nm) bilan belgilanadi. Odatda, matritsali nanopartikullar maxsus tayyorlangan ommaviy nanokompozitlarning strukturaviy elementlari sifatida ishlaydi.

4.2.2. Organik nanokristallar

Organik nanokristallar noorganiklarga qaraganda ancha kam uchraydi. Ular orasida polimer nanokristallari eng mashhuri hisoblanadi.

Ular eritmalar yoki eritmalardan polimerlarning qisman kristallanishi natijasida hosil bo'lgan matritsa tipidagi nanokristallardir. Bunda hosil bo'lgan polimer strukturasi amorf matritsa va uning hajmida tarqalgan kristalli nanozarrachalardan iborat. Kristal fazaning hajm ulushi polimerlarning kristallik darajasini aniqlaydi, bu polimer turiga va qotib qolish sharoitlariga qarab, juda keng chegaralarda o'zgarishi mumkin. Masalan, poliamidda kristallik darajasi 0 dan 50% gacha o'zgarishi mumkin.

Ularning tuzilishidagi polimer nanokristallari egiluvchan makromolekulalar H –  –  – hosil qiluvchi lamellarni ifodalaydi.

WELLS I.N. Eltsov, G.V. Nesterova, A.A. Kashevarov nomidagi Neft va gaz geologiyasi va geofizikasi instituti. A.A. Trofimuk SO RA..."Sayohatchi sotuvchi muammosi algoritmlari Aleksandr Kulikov nomidagi matematika institutining Sankt-Peterburg bo'limi. V. A. Steklova Rossiya Fanlar Akademiyasi Kompyuter fanlari klubi 2012 yil 24 fevral A. Kulikov (POMI RAS) Sayohatchi sotuvchi muammosi algoritmlari 2012 yil 24 fevral 1 / 55 Kirish Evristika Tarmoq va chegara usuli Mahalliy usul..."

2017 www.site - "Bepul elektron kutubxona - turli materiallar"

Ushbu saytdagi materiallar faqat ma'lumot olish uchun joylashtirilgan, barcha huquqlar ularning mualliflariga tegishli.
Agar materialingiz ushbu saytda joylashtirilganiga rozi bo'lmasangiz, iltimos, bizga yozing, biz uni 1-2 ish kuni ichida o'chirib tashlaymiz.

Nanoklasterlar va nanokristallar atomlar yoki molekulalarning nanometrli komplekslaridir. Ularning asosiy farqi ularni tashkil etuvchi atomlar yoki molekulalarning joylashishi, shuningdek, ular orasidagi kimyoviy bog'lanishlarning tabiatidadir.

Tuzilishning tartiblilik darajasiga ko'ra, nanoklasterlar tartibli, aks holda sehrli deb ataladigan va tartibsiz bo'linadi.

Sehrli nanoklasterlarda atomlar yoki molekulalar ma'lum bir tartibda joylashtirilgan va bir-biri bilan juda kuchli bog'langan. Bu sehrli nanoklasterlarning nisbatan yuqori barqarorligini va ularning tashqi ta'sirlarga qarshi immunitetini ta'minlaydi. Sehrli nanoklasterlar barqarorligi bo'yicha nanoklasterlarga o'xshaydi. Shu bilan birga, sehrli nanoklasterlarda atomlar yoki molekulalar ularning joylashuvida nanokristallarga xos kristall panjara hosil qilmaydi.

Tartibsiz nanoklasterlar atomlar yoki molekulalarning joylashuvida tartibsizlik va zaif kimyoviy bog'lanishlar bilan tavsiflanadi. Bu ularni sehrli nanoklasterlardan va nanokristallardan sezilarli darajada farq qiladi. Shu bilan birga, tartibsiz nanoklasterlar nanokristallarning hosil bo'lishida alohida rol o'ynaydi.

4.1. Nanoklasterlar

4.1.1. Buyurtma qilingan nanoklasterlar

Tartibli yoki sehrli nanoklasterlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, ular o'zboshimchalik bilan emas, balki qat'iy belgilangan, energiya jihatidan eng qulay - atomlar yoki molekulalarning sehrli raqamlari bilan tavsiflanadi. Natijada, ular o'z xususiyatlarining o'lchamga monoton bo'lmagan bog'liqligi bilan tavsiflanadi, ya'ni. ularni hosil qiluvchi atomlar yoki molekulalar soni bo'yicha.

Sehrli klasterlarga xos bo'lgan barqarorlikning oshishi ularning atom yoki molekulyar konfiguratsiyasining qattiqligi bilan bog'liq.

qattiq qadoqlash talablariga javob beradi va tugallangan geometrik shakllarning ayrim turlariga mos keladi.

Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, printsipial jihatdan, zich joylashgan atomlarning turli xil konfiguratsiyalari mavjudligi mumkin va bu konfiguratsiyalarning barchasi atomlar bir-biridan teng masofada joylashgan va teng qirrali uchburchakni tashkil etadigan uchta atom guruhlarining turli kombinatsiyalarini ifodalaydi ( 4.1-rasm).

Guruch. 4.1. N yaqin o'ralgan atomlarning nanoklasterlarining konfiguratsiyasi

a – tetraedr (N = 4); b – trigonal bipiramida (N = 5) ikkita tetraedr birikmasi sifatida;

V - kvadrat piramida ( N = 5); d – uch tetraedradan tashkil topgan tripiramida (N = 6); d – oktaedr (N = 6); e – besh burchakli bipiramida (N = 7); g – yulduzsimon tetraedr (N = 8) beshta tetraedrdan tashkil topgan - markaziy tetraedrning 4 ta yuzining har biriga boshqa tetraedr biriktirilgan; h - ikosahedr (N = 13) 20 ta teng qirrali uchburchakda joylashgan 12 atom bilan o'ralgan markaziy atomni o'z ichiga oladi va oltitadan iborat.

5-tartibdagi simmetriya o'qlari.

To'rt atomdan iborat eng kichik nanoklasterga mos keladigan ushbu konfiguratsiyalarning eng oddiyi tetraedrdir (6.1-rasm, a), u boshqa, murakkabroq konfiguratsiyalarning tarkibiy qismi sifatida kiritilgan. Rasmda ko'rinib turganidek. 6.1, nanoklasterlar kristallografik simmetriyaga ega bo'lishi mumkin, bu 5-tartibli simmetriya o'qlari bilan tavsiflanadi. Bu ularni kristalllardan tubdan ajratib turadi, ularning tuzilishi kristall panjara mavjudligi bilan tavsiflanadi va faqat 1, 2, 3, 4 va 6 tartibli simmetriya o'qlariga ega bo'lishi mumkin. Xususan, bitta 5-tartibli simmetriya oʻqiga ega boʻlgan eng kichik barqaror nanoklaster yetti atomni oʻz ichiga oladi va beshburchakli bipiramida shakliga ega (4.1-rasm, f), oltita 5-tartibli simmetriya oʻqiga ega keyingi barqaror konfiguratsiya esa 5-tartibli simmetriya oʻqi shaklidagi nanoklasterdir. 13 atomli ikosahedr (4.1-rasm, h).

Bir-biriga yaqin joylashgan metall atomlarining konfiguratsiyasi ligand metall nanoklasterlari deb ataladigan shakllarda paydo bo'lishi mumkin, ularning asosini ligandlar qobig'i bilan o'ralgan metall yadro - molekulyar birikmalar birliklari tashkil etadi. Bunday nanoklasterlarda metall yadroning sirt qatlamlarining xususiyatlari atrofdagi ligand qobig'i ta'sirida o'zgarishi mumkin. Tashqi muhitning bunday ta'siri ligandsiz nanoklasterlarda sodir bo'lmaydi. Ular orasida eng keng tarqalgani ligandsiz metall va uglerod nanoklasterlari bo'lib, ular ham ularni tashkil etuvchi atomlarning yaqin qadoqlanishi bilan tavsiflanishi mumkin.

Ligand metall nanoklasterlarida yadrolar qat'iy belgilangan sehrli atomlar sonidan iborat bo'lib, ular formula bilan aniqlanadi.

bu erda n - markaziy atom atrofidagi qatlamlar soni. (6.1) ga binoan, eng barqaror nanoklastik yadrolarga mos keladigan sehrli raqamlar to'plami.

xandaq, quyidagicha bo'lishi mumkin: N = 13, 55, 147, 309, 561, 923, 561, 1415, 2057,

2869 va boshqalar. Minimal o'lchamdagi yadro 13 atomdan iborat: markazda bitta atom va birinchi qatlamda 12 atom. Masalan, 13 atomli (bir qatlamli) nanoklasterlar (NO3)4, 55 atomli (ikki qatlamli) nanoklasterlar Rh55 (PPh3)12 Cl6, 561 atomli (besh qatlamli) nanoklasterlar Pd561 phen60 (OAc) ma'lum. 180 (fen - fenatrolin), 1415 - atomik (etti qatlamli) nanoklasterlar Pd1415 phen 60 O1100 va boshqalar. Rasmda ko'rinib turganidek. 6.1h, N = 13 bo'lgan eng kichik barqaror ligand metall nanoklasterining konfiguratsiyasi 12 cho'qqili ko'pburchak - ikosahedr shakliga ega.

Ligandsiz metall nanoklasterlarning barqarorligi odatda ikkita sehrli raqamlar seriyasi bilan belgilanadi, ulardan biri geometrik omil bilan bog'liq, ya'ni. atomlarning zich o'rashi (ligand nanoklasterlari kabi), ikkinchisi esa ikkita quyi tizimdan iborat bo'lgan nanoklasterlarning maxsus elektron tuzilishiga ega: yadroga birlashtirilgan musbat zaryadlangan ionlar va ularni o'rab turgan elektronlar, ular atomdagi elektron qobiqlarga o'xshash elektron qobiqlarni hosil qiladi. . Nanoklasterlarning eng barqaror elektron konfiguratsiyasi elektron qobiqlar to'liq to'ldirilgan holda shakllanadi, bu elektronlarning ma'lum soniga - "elektron sehrli" raqamlarga to'g'ri keladi.

Guruch. 4.2. Nanoorol massivi,

SiO ning yupqa qatlami bilan qoplangan Si (100) yuzasiga beshta monoatomik Si qatlamini sepish orqali olinadi. 2

STM tasviri

Uglerod nanoklasterlarining barqarorligi uglerod atomlarining sehrli soni bilan belgilanadi. Kichik uglerod nanoklasterlari mavjud (N< 24) и большие (с N ≥ 24) . Малые нанокластеры проявляют устойчивость при нечетных магических числах (N = 3, 7, 11, 19, 23), среди них наиболее стабильными являются нанокластеры с N = 7, 11, 19, 23. В свою очередь, большие нанокластеры проявляют устойчивость при четных магических числах (N = 24, 28, 32, 36, 50, 60, 70, …), среди них наиболее стабильными являются нанокластеры с N = 60 и 70. Углеродные нанокластеры с N ≥ 24 иначе называют фуллеренами, которые принято обозначать символом СN . Таким образом, наиболее стабильными являются фуллерены С60 и С70 . Следует заметить, что фуллерены также рассматриваются как полиморфные модификации углерода (наряду с графитом и алмазом). Это означает, что они представляют собой особые по структуре нанокристаллы. Итак, можно сказать, что на сегодняшний день имеется двойственный подход к определению фуллеренов – как нанокластеров, с одной стороны, и как нанокристаллов, с другой. Более того, довольно часто фуллерены рассматривают как гигантские молекулы углерода, что может быть обусловлено наличием аналогии в структуре фуллеренов и сложных молекул ряда органических соединений, характеризующихся пространственной конфигурацией, а также в характере проявления химических свойств тех и других.

Sehrli nanoklasterlar turli sharoitlarda, ham kondensatsiya qiluvchi muhitning asosiy qismida, ham substrat yuzasida paydo bo'lishi mumkin, bu esa nanoklasterlarning shakllanishi tabiatiga ma'lum ta'sir ko'rsatishi mumkin.

Qattiq jism yuzasida yot atomlarni cho'ktirish jarayonida nano o'lchamdagi orollarning hosil bo'lish xususiyatlarini misol tariqasida ko'rib chiqamiz. To'plangan atomlar sirt ustida ko'chib o'tadi va bir-biri bilan bog'lanib, orollarni hosil qiladi. Bu jarayon stokastik (tasodifiy) xarakterga ega. Shuning uchun orollar o'lchamlari bo'yicha farqlanadi va yer yuzasida tengsiz taqsimlanadi.

o'lchovli (4.2-rasm). Biroq, ma'lum sharoitlarda, barcha orollar bir xil o'lchamda va bir hil massivni va ideal tarzda tartiblangan davriy tuzilmani hosil qilganda, amaliy jihatdan juda kerakli effektga erishish mumkin. Xususan, agar alyuminiyning bir atomli qatlamining taxminan 1/3 qismi o'ta yuqori vakuum sharoitida (~ 10-10 Torr) taxminan 550 ° C haroratda atomik toza kremniy yuzasiga Si (111) yotqizilgan bo'lsa, u holda yer yuzasida nanoklasterlarning tartiblangan massivi - atom kattaligidagi orollar hosil bo'ladi (4.3-rasm). Barcha nanoklasterlar bir xil bo'lib chiqadi: ularning har biri 6 ga teng Al atomlarining qat'iy belgilangan sonini o'z ichiga oladi, bu nanoklasterlar uchun sehrdir. Bundan tashqari, Al atomlari Si atomlari bilan o'zaro ta'sir qiladi. Natijada oltita Al atomi va uchta Si atomidan iborat konfiguratsiya paydo bo'ladi. Shunday qilib, Al6 Si3 tipidagi maxsus nanoklasterlar hosil bo'ladi.

Guruch. 4.3. Sirtda olingan sehrli klasterlarning tartibli qatori

Si (111) yotqizilgan Al atomlarining o'z-o'zini tashkil etishi natijasida

chap tomonda massivning umumiy ko'rinishini aks ettiruvchi STM tasviri; o'ng tomonda sehrli klasterlarning atom tuzilishi diagrammasi: har bir klaster oltitadan iborat.

uchta Al atomi (tashqi doiralar) va uchta Si atomi (ichki doiralar).

Bu holda sehrli nanoklasterlarning shakllanishi ikkita muhim omil bilan izohlanadi. Birinchi omil Al va Si atomlari konfiguratsiyasining maxsus xususiyatlari bilan bog'liq bo'lib, ularda barcha kimyoviy bog'lanishlar yopiq, buning natijasida u yuqori barqarorlikka ega. Bir yoki bir nechta atomlarni qo'shish yoki olib tashlash orqali bunday barqaror atom konfiguratsiyasi yuzaga kelmaydi. Ikkinchi omil Si (111) sirtining maxsus xususiyatlari bilan bog'liq bo'lib, nanoyorollarning yadrolanishi va o'sishiga tartibli ta'sir ko'rsatadi. Bunday holda, sehrli nanoklasterning o'lchami

Al6 Si3 sirt birlik katakchasining o'lchamiga muvaffaqiyatli mos keladi, buning natijasida hujayraning har bir yarmida aniq bitta nanoklaster joylashtirilgan. Natijada, sehrli nanoklasterlarning deyarli ideal tartiblangan qatori hosil bo'ladi.

4.1.2. Tartibsiz nanoklasterlar va nanokristallikning pastki chegarasi

Tartibsiz nanoklasterlar beqaror shakllanishlar bo'lib, tuzilishi jihatidan van der Vaals molekulalari deb ataladigan molekulalarga o'xshash - van der Vaals kuchlarining zaif o'zaro ta'siri natijasida paydo bo'ladigan oz miqdordagi molekulalar (atomlar) klasterlari. Ular suyuqlik kabi harakat qiladilar va o'z-o'zidan parchalanishga moyil.

Tartibsiz nanoklasterlar nanokristallarning shakllanishida asosiy rol o'ynaydi, aslida nanokristallarning prototiplari bo'lib, aks holda kristalli nanozarralar deb ataladi, ular atomlar yoki molekulalarning tartibli joylashishi va kuchli kimyoviy bog'lanishlar - massiv kristallar (makrokristallar) kabi xarakterlanadi.

Nanokristallarning o'lchamlari 10 nm yoki undan ko'p bo'lishi mumkin va shunga mos ravishda juda ko'p miqdordagi atomlar yoki molekulalarni o'z ichiga oladi (bir necha mingdan bir necha yuz minggacha va undan ko'p). Nanokristallar hajmining pastki chegarasiga kelsak, bu masala alohida muhokama qilishni talab qiladi. Shu munosabat bilan kristallanishning klaster mexanizmlarini tahlil qilish alohida qiziqish uyg'otadi.

Misol tariqasida o'ta to'yingan eritmaning kristallanishini ko'rib chiqamiz. Yadrolanishning uchta asosiy modeli mavjud: fluktuatsiya (FMZ), klaster (KMZ) va dalgalanma-klaster (FCMZ).

- ularning har birida embrion shakllanishining asosiy manbai sifatida qabul qilingan narsaga muvofiq.

FMS ma'lumotlariga ko'ra, yadrolar eritmaning zichligidagi dalgalanmalar natijasida paydo bo'ladi, ya'ni. yadrolarning to'g'ridan-to'g'ri manbai erigan modda atomlarining dalgalanma klasterlari - eritmaning V f hajmli mahalliy joylari, zichligi r f > r m, bu erda r m - eritmaning asosiy hajmidagi zichlik. tebranishlarga - matritsa. Umumiy holatda dalgalanmalar turli hajmdagi nanoklasterlarning shakllanishiga olib keladi V c . V c bilan nanoklasterlar< V c(cr) , где V c(cr) – некоторый критический

hajmi, darhol dastlabki atomlarga parchalanadi. Vc > Vc(cr) bo‘lgan nanoklasterlar o‘sishini davom ettira oladigan barqaror yadrolarga aylanadi. V c = V c(cr) bo'lgan nanoklasterlar beqaror muvozanat holatida bo'lgan muhim yadrolardir: ular parchalanadi yoki barqaror yadrolarga aylanadi.

CMS ma'lumotlariga ko'ra, yadrolar nanoklasterlardan hosil bo'ladi, ular o'z navbatida fluktuatsiya klasterlaridan kelib chiqadi. KMZ ning o'ziga xos xususiyati shundaki, u V c bo'lgan klasterlarga ruxsat beradi< V c(cr) возможность некоторого времени жизни, в течение которого нанокластеры способны изменяться в своем объеме, уменьшаясь вплоть до полного распада либо увеличиваясь вплоть до перехода в устойчивые зародыши. Считается, что нанокластеры изменяются в объеме либо за счет присоединения к ним отдельных атомов из матрицы или же отрыва от них атомов и их перехода в матрицу либо за счет объединения нанокластеров в ходе взаимных столкновений.

FKMZ ma'lumotlariga ko'ra, kristall yadrolanishi ilgari hosil bo'lgan nanoklasterlarning V c bilan o'zaro ta'siri orqali sodir bo'ladi.< V c(cr) и флуктуационных скоплений. Возможность такого взаимодействия обусловлена непрерывной миграцией нанокластеров в объеме среды и неоднородностью пространст- венно-временного распределения флуктуаций, в результате чего местоположение флуктуаций, возникающих в период миграции нанокластеров, может случайным образом совпадать с местоположением нанокластеров. Как следствие, нанокластеры способны существенно укрупняться за счет присоединения к ним атомов из флуктуационных скоплений.

Shunday qilib, kristalli fazaning shakllanishi uchun zaruriy shart - bu muhim yadrolarning paydo bo'lishi, ya'ni. ma'lum o'lchamdagi tartibsiz nanoklasterlar, bunda ular potentsial kristallanish markazlariga aylanadi. Bundan kelib chiqadiki, tanqidiy yadrolarning o'lchamini, bir tomondan, nanokristal holatning pastki chegarasi sifatida ko'rib chiqish mumkin, ya'ni. kristallanish natijasida hosil bo'lishi mumkin bo'lgan nanokristallarning minimal mumkin bo'lgan o'lchami sifatida va, boshqa tomondan, nanoklaster holatining yuqori chegarasi sifatida, ya'ni. tartibsiz nanoklasterlarning maksimal mumkin bo'lgan o'lchami sifatida ular barqaror holatga o'tadi va nanokristallarga aylanadi. Hisoblangan ma'lumotlarga ko'ra, tanqidiy yadrolarning o'lchamlari 1 nm. Shuni ta'kidlash kerakki, har qanday modda uchun tanqidiy yadrolarning qat'iy belgilangan o'lchamlari mavjud emas, chunki bu o'lcham kristallanish muhitining xususiyatlariga, xususan, uning og'ish darajasiga bog'liq.

termodinamik muvozanat holatiga bog'liq (eritmalar holatida, ularning o'ta to'yinganlik darajasiga).

Ideal holatda, kristallanish jarayonida hosil bo'lgan nanokristallar mukammal bir kristalli tuzilishga ega bo'lib, ular kristallangan moddaning alohida atomlari yoki molekulalarining ketma-ket qo'shilishi natijasida klasterlarning o'sishi natijasida yuzaga kelishi mumkin. Haqiqatda nanokristallarning tuzilishi turli nuqsonlar bilan tavsiflanishi mumkin: vakansiyalar, dislokatsiyalar va boshqalar. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, bu nuqsonlarning paydo bo'lish ehtimoli juda past va nanozarrachalar hajmining pasayishi bilan sezilarli darajada kamayadi. Xususan, baholash hisobi shuni ko'rsatadiki, o'lchami 10 nm dan kam bo'lgan nanozarrachalar deyarli bo'sh joyni o'z ichiga olmaydi. Kichik o'lchamli kristallar strukturasining yuqori mukammalligi uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan haqiqatdir: bunga odatiy misol - tartibli diametrli tayoqchalar shakliga ega bo'lgan mo'ylovli kristallar ("mo'ylovlar" deb ataladi). 1 mikron yoki undan kam va amalda nuqsonlarni o'z ichiga olmaydi.

Klaster mexanizmi bo'yicha nanokristallarning hosil bo'lishi, ya'ni bir qator nanoklasterlarni birlashtirib, heterojen, blokli strukturaning shakllanishiga olib kelishi mumkin. Nanokristallarning bunday tuzilishining mavjudligi ularning tuzilishi monokristallarga ham, polikristallarga ham mos kelishi mumkinligini ko'rsatuvchi diffraksion tahlil va elektron mikroskopiya usullaridan foydalangan holda o'rganish natijalari bilan tasdiqlanadi. Xususan, ZrO2 asosidagi keramik nanozarrachalar ustida olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, ular bir-biridan farq qiluvchi bir nechta strukturaviy bo'laklardan iborat bo'lishi mumkin.

Nanokristallarning kristall strukturasining xususiyatlarini tahlil qilish asosida ularning mumkin bo'lgan minimal hajmini baholashning yana bir usuli mavjud. Nanokristallarda, shuningdek, makrokristallarda atomlar fazoviy joylashuvida kristall panjara hosil qiladi. Kristal panjaraning eng muhim xususiyatlaridan biri koordinatsion raqam, ya'ni. berilgan atomga eng yaqin qo'shni atomlar soni. Eng yaqin qo'shni atomlar to'plami 1-koordinatsion sferani tashkil qiladi. Xuddi shu narsani 2, 3, 4 va boshqalar haqida ham aytish mumkin. muvofiqlashtirish sohalari. Nanokristalning o'lchami kamayishi bilan, kristalning ma'lum bir turiga xos bo'lgan simmetriya elementlari yo'q bo'lib ketadigan vaziyat yuzaga kelishi mumkin, ya'ni. Atomlarning joylashishidagi uzoq masofali tartib buziladi va shunga mos ravishda koordinatsion sohalar soni ortadi.

qisqarish. An'anaviy ravishda nanokristal holatining pastki chegarasi nanokristallarning o'lchamlari uchta koordinatsion sfera bilan solishtirish mumkin bo'lganda yuzaga keladi, deb qabul qilinadi (masalan, Ni uchun bu 0,6 nm ga to'g'ri keladi). Hajmining yanada kamayishi bilan nanokristallar nanoklasterlarga aylanadi, ularning nanokristallardan eng muhim ajralib turadigan xususiyati kristal tuzilishiga xos simmetriyaning yo'qolishidir.

4.2. Nanokristallar

4.2.1. Noorganik nanokristallar

Noorganik tarkibli nanokristallar tabiatda ham, texnikada ham juda keng tarqalgan. Mavjud usullar turli xil kompozitsiyalarning noorganik nanokristallarini olish imkonini beradi:

metallar va qotishmalar (ko'pincha Fe ga asoslangan);

oddiy oksidlarga asoslangan keramika (Al2 O3, Cr2 O3 va boshqalar), qo'sh oksidlar (shpinel CoO Al2 O3 va boshqalar), uchlik oksidlar (kordierit 2MgO 2Al2 O3 5Al2 O3), nitridlar (AlN, TiN va boshqalar), oksinitridlar (Si3 N4 -Al2 O3 -AlN va

boshqalar), karbidlar (TiC, ZrC va boshqalar); uglerod (olmos, grafit);

yarimo'tkazgichlar (CdS, CdSe, InP va boshqalar).

Bundan tashqari, kompozit noorganik nanokristallarni olish mumkin, masalan, WC-Co kompozitsiyasi.

Olingan nanokristallarning o'lchamlari juda keng diapazonda o'zgarishi mumkin: nanokristallarning turiga va ularni tayyorlash usullariga qarab 1 dan 100 nm gacha yoki undan ko'p. Aksariyat hollarda ular metallar va keramika uchun 100 nm, olmos va grafit uchun 50 nm, yarim o'tkazgichlar uchun 10 nm dan oshmaydi.

Ko'pincha noorganik nanokristallar nano kukunlar shaklida olinadi. Nanosuspenziyalarni tayyorlash jarayonida individual kristalli nanozarrachalar hosil bo'lishi mumkin, bu erda ular dispers faza rolini o'ynaydi. Bundan tashqari, ular nanokompozitlar matritsasining bir qismi bo'lishi mumkin. Bunday nanokristallar matritsalilar deyiladi.

Noorganik moddalarning kristalli nanozarralari tabiatda ancha keng tarqalgan. Ko'pincha ular atmosferada tarqalib, nanoaerozollarni hosil qiladi. Nanozarrachalar odatda taxminan 400 ° S haroratga ega bo'lgan gidrotermal eritmalarda sezilarli miqdorda topiladi. Biroq, eritmalar sovutilganda (sovuq suv bilan birlashishi natijasida) nanozarrachalar kattalashib, ko'zga ko'rinadigan bo'ladi. Ular toshlar va magmalarda ham mavjud. Togʻ jinslarida nanozarrachalar kremniy oksidi, aluminosilikatlar, magnetitlar va boshqa turdagi minerallarning kimyoviy nurash jarayonlari natijasida hosil boʻladi. Yer yuzasiga quyiladigan magma, uning chuqurligida bo'lib, yuqori haroratli geologik jarayonlarda ishtirok etdi va nanozarrachalar bosqichidan o'tdi, keyinchalik ular yirik minerallar kristallari va oddiy silikatlarning o'sishi uchun embrionga aylandi. er qobig'ini hosil qiladi.

Bundan tashqari, kristalli nanozarralar kosmosda mavjud bo'lib, ular jismoniy jarayonlar, jumladan zarba (portlash) mexanizmlari, shuningdek, quyosh tumanligida sodir bo'ladigan elektr zaryadlari va kondensatsiya reaktsiyalari natijasida hosil bo'ladi. 1980-yillarning oxirida amerikaliklar o'zlarining kosmik kemalarida protoplanetar changni to'plashdi. Er usti laboratoriyalarida o'tkazilgan tahlillar shuni ko'rsatdiki, bu chang 10 dan taxminan 150 nm gacha o'zgarib turadi va uglerodli xondritlarga tegishli. Yer mantiyasi tarkibidagi minerallar ham xuddi shunday tarkibga ega.Bu erdan xulosa qilishimiz mumkinki, hech bo'lmaganda Quyosh sistemasining quruqlikdagi sayyoralari tarkibi uglerodli xondritlarga mos keladigan nanozarrachalardan kelib chiqqan.

Nanokristallar bir qator noodatiy xususiyatlarga ega bo'lib, ularning eng muhim xususiyati o'lcham effektlarining namoyon bo'lishidir.

Nanokristallar sezilarli o'ziga xos sirt maydoniga ega, bu ularning reaktivligini sezilarli darajada oshiradi. Diametri d va sirt qatlami qalinligi d bo'lgan sferik nanozarra uchun sirt qatlamining umumiy hajmidagi V ulushi ifoda bilan aniqlanadi.

d = 10-20 nm va d = 0,5-1,5 nm da (bu 3-4 atom monoqatlamiga to'g'ri keladi) nanozarrachaning umumiy moddasining 50% gacha sirt qatlamini tashkil qiladi. Bu yuzaki haqida an'anaviy g'oyalar, deb ishoniladi

Makrozarrachalarning energiyalari 10 nm dan katta nanozarralar uchun juda maqbul bo'lib chiqadi. 1 nm dan kam o'lchamda deyarli butun nanopartikul sirt qatlamining xususiyatlarini olishi mumkin, ya'ni. makrozarrachalar holatidan farqli maxsus holatga o'tish. 1-10 nm oraliq o'lchamdagi nanozarrachalar holatining tabiati har xil turdagi nanozarralar uchun turli yo'llar bilan o'zini namoyon qilishi mumkin.

Energetik nuqtai nazardan, nanokristallar uchun ularning sirt energiyasi kamayadigan holatlarni qabul qilish foydalidir. Eng yaqin qadoqlash bilan tavsiflangan kristalli tuzilmalar uchun sirt energiyasi minimaldir, shuning uchun nanokristallar uchun yuz markazli kub (FCC) va olti burchakli qalin o'ralgan (HCP) tuzilmalar eng ko'p afzallik beriladi (4.4-rasm).

Masalan, elektron difraksion tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, bir qator metallarning (Nb, Ta, Mo, W) o'lchamlari 5-10 bo'lgan nanokristallarida fcc yoki hcp panjarasi yo'q, normal holatda esa bu metallar tanasi- markazlashtirilgan (bcc) panjara.

IN eng yaqin o'ramlarda (4.4-rasm), har bir to'p (atom) o'n ikkita shar (atom) bilan o'ralgan, shuning uchun bu o'ramlarning koordinatsion raqami 12 ga teng. Kub o'rash uchun koordinatsion ko'pburchak kuboktaedr, olti burchakli uchun qadoqlash - olti burchakli kuboktaedr.

Massiv kristallardan nanokristallarga o'tish atomlararo masofalar va kristall panjara davrlarining o'zgarishi bilan birga keladi.

. Masalan, elektron diffraktsiyadan foydalanib, Al nanokristallarining o'lchamlarini 20 dan 6 nm gacha kamaytirish panjara davrining 1,5% ga qisqarishiga olib kelishi aniqlandi. Ag va Au zarrachalarining kattaligi 40 dan 10 nm gacha kamayganda panjara davridagi xuddi shunday 0,1% ga pasayish kuzatildi (4.5-rasm). Panjara davrining kattalik ta'siri nafaqat metallar, balki birikmalar, xususan, titan, tsirkoniy va niobiy nitridlari uchun ham qayd etilgan.

IN Ushbu ta'sirning mumkin bo'lgan sabablari:

sirt tarangligi natijasida hosil bo'lgan ortiqcha Laplas bosimining ta'siri p = 2 / r, uning qiymati zarrachalar hajmining kamayishi bilan ortadi r; shuningdek, nanozarrachalar ichida joylashgan atomlardan farqli o'laroq, sirt atomlarining atomlararo bog'lanishlarining nisbatan kichik nanozarralari uchun kompensatsiyalanishi va buning natijasida nanozarrachalar yuzasiga yaqin atom tekisliklari orasidagi masofalarning qisqarishi.

Nanozarrachalarning panjara parametridagi o'zgarishlarni tahlil qilishda yuqorida qayd etilgan kamroq zichlikdan o'tish imkoniyatini hisobga olish kerak.

nanozarrachalar hajmi kamayganligi sababli tuzilmalar yanada zichroq bo'ladi. Masalan, elektron diffraktsiya ma'lumotlariga ko'ra, Gd, Tb, Dy, Er, Eu va Yb nanozarrachalarining diametri d 8 dan 5 nm gacha qisqartirilganda, quyma metallarga xos bo'lgan hcp tuzilishi va panjara parametrlari saqlanib qolgan va nanozarrachalar hajmining yanada kamayishi, panjara parametrlarining sezilarli pasayishi kuzatildi; ammo, shu bilan birga, elektron diffraktsiya naqshlarining ko'rinishi o'zgardi, bu strukturaviy o'zgarishlarni ko'rsatdi - hcp panjarasi parametrlarining pasayishi emas, balki hcp dan zichroq fcc tuzilishiga o'tish. Shunday qilib, nanozarrachalarning panjara parametriga kattalik ta'sirini ishonchli aniqlash uchun strukturaviy o'zgarishlar imkoniyatini ham hisobga olish kerak.

Guruch. 4.4. Eng zichlikka ega kristall tuzilmalar

atomlarning o'ramlari

A – uch qavatli kubikli qadoqlash,... ABCAWSAWS...,

b - ikki qavatli olti burchakli qadoqlash, ... AVAVAV...

Nanokristallarning sirt energiyasining o'lchamiga bog'liqligi erish haroratining mos keladigan bog'liqligini oldindan belgilaydi, izometrik nanokristallar holatida taxminan formula bilan tavsiflanishi mumkin.

Nanokristallarning harorat effekti asosan elektron diffraktsiya usuli yordamida bir qator metallarning orol plyonkalarini eritish jarayonida o'rganildi. Orol plyonkalari metallning bug'lanishi va keyinchalik substratga yotqizilishi orqali olingan. Bunday holda, substratda taxminan 5 nm o'lchamdagi orollar ko'rinishidagi nanokristallar hosil bo'lgan. Erish haroratining pasayishi eksperimental ravishda turli moddalarning nanokristallari uchun kuzatildi: Ag, Al, Au, Bi, Cu, Ga, In, Pb, Sn va boshqalar. Shaklda. 4.6-rasmda oltin nanokristallari uchun odatiy T mr bog'liqligi ko'rsatilgan.

Erish nuqtasining kattalik ta'sirining sabablari hali to'liq tushunilmagan. Yuzaki erish mexanizmi deb ataladigan narsaga ko'ra, nanokristallar suyuqlik qobig'ini hosil qilish uchun sirtdan eriy boshlaydi, shundan so'ng erish old qismi hajmga chuqur tarqaladi. Bunday holda, kristall yadro va uning atrofidagi suyuqlik qobig'i orasidagi muvozanat harorati nanokristalning erish harorati sifatida qabul qilinadi. Nanokristal erishining tebranish mexanizmi deb ataladigan narsaga ko'ra, harorat oshishi bilan atomlarning kristall panjarasidagi muvozanat holatiga yaqin issiqlik tebranishlarining amplitudasi ortadi va u ma'lum bir darajaga etganida.

qo'shni atomlarning muvozanat pozitsiyalari orasidagi masofaning kritik qismi, tebranishlar nanokristal mexanik jihatdan beqaror bo'ladigan tarzda o'zaro aralasha boshlaydi. Bunday holda, erish harorati tasodifiy xarakterga ega va uning eng ehtimoliy qiymatlari erish energiya to'sig'ini engib o'tishning xarakterli tebranish vaqti bilan bog'liq qiymat bilan belgilanadi.

ularning haroratining tegishli o'zgarishiga. Nanokristallarning issiqlik sig'imi nafaqat ularning kattaligiga, balki tarkibiga ham bog'liq. Masalan, metall bo'lmagan materiallarda issiqlik sig'imiga eng katta hissa kristall panjara tugunlarida joylashgan atomlar yoki molekulalarning termal tebranishlari energiyasidan (panjara issiqlik sig'imi), metallarda esa nisbatan kichikdir. issiqlik sig'imiga hissa o'tkazuvchanlik elektronlari (elektron issiqlik sig'imi) tomonidan amalga oshiriladi.

Nanokristallarning issiqlik sig'imini o'rganish asosan metallar misolida amalga oshirildi. Aniqlanishicha, ~20 nm o'lchamdagi Ni nanozarrachalarining issiqlik sig'imi 300-800K haroratdagi quyma nikelning issiqlik sig'imidan deyarli 2 baravar yuqori. Xuddi shunday, ~50 nm o'lchamdagi Cu nanozarralarining issiqlik sig'imi 450K dan past haroratlarda quyma misning issiqlik sig'imidan deyarli 2 baravar katta. Magnit oqimi zichligi 6 T gacha bo'lgan magnit maydonda juda past haroratlar 0,05-10,0 K mintaqasida 10 nm o'lchamdagi Ag nanozarrachalarining issiqlik sig'imini o'lchash natijalari shuni ko'rsatadiki, T > 1 K da issiqlik sig'imi Ag nanozarrachalari qattiq kumushning issiqlik sig'imidan 3-10 baravar yuqori. Shaklda.

T 2, K 2

Guruch. 4.7. Haroratga bog'liqlik

Pd nanozarrachalarining issiqlik sig'imi C

1, 2 - o'lchamlari 3 nm va 6,6 nm bo'lgan nanozarralar, 3 - massiv palladiy

S/T, J mol -1 K -2

4.7-rasmda turli o'lchamdagi Pd nanozarrachalarining issiqlik sig'imining haroratga bog'liqligi ko'rsatilgan.

Nanokristallar maxsus elektron, magnit va optik xususiyatlar bilan ajralib turadi, ular turli kvant mexanik hodisalari tufayli yuzaga keladi.

Nanokristallarning elektron xossalarining o'ziga xos xususiyatlari erkin zaryad tashuvchilarning (elektronlarning) lokalizatsiya mintaqasining o'lchamlari de Broyl to'lqin uzunligiga mutanosib bo'lganda paydo bo'la boshlaydi.

Bu erda m * - elektronlarning samarali massasi, uning qiymati kristaldagi elektronlar harakatining o'ziga xos xususiyatlari bilan belgilanadi, E - elektronlar energiyasi, h - Plank doimiysi. Bunday holda, o'lchamning elektron xususiyatlarga ta'siri turli tarkibdagi nanokristallar uchun har xil bo'lishi mumkin. Masalan, metallar uchun lB = 0,1-1,0 nm, ya'ni. hajmining ta'siri faqat juda kichik nanokristallar uchun sezilarli bo'ladi

yarim metallar (Bi) va yarimo'tkazgichlar uchun (ayniqsa, tor bo'shliqlar - InSb) lB ≈ 100 nm, ya'ni. o'lchamning ta'siri adolatli nanokristallar uchun sezilarli bo'lishi mumkin

lekin keng o'lchamlarda.

Nanokristallarning magnit xususiyatlarining maxsus namoyon bo'lishining odatiy misoli nanokristal hajmining pasayishi bilan magnit sezuvchanlik va koerstivlikning o'zgarishidir.

Magnit sezuvchanlik ch magnit maydonidagi moddaning magnit holatini tavsiflovchi va birlik hajmdagi magnitlanishning elementar tashuvchilari magnit momentlarining vektor yig'indisi bo'lgan magnitlanish M o'rtasidagi munosabatni o'rnatadi va magnitlanish maydonining kuchi H (M = chH) ). ch qiymati va uning magnit maydon kuchi va haroratga bog'liqligi mezon bo'lib xizmat qiladi.

moddalarni magnit xossalariga ko'ra dia-, para-, ferro- va antiferromagnitlarga, shuningdek ferrimagnetlarga ajratish uchun mo'ljallangan. Ushbu holatni hisobga olgan holda, o'lchamning magnit sezuvchanlikka ta'siri har xil turdagi magnit moddalarning nanokristallari uchun har xil bo'lishi mumkin. Masalan, nanokristallar hajmining 1000 dan 1 nm gacha kamayishi Se holatida diamagnetizmning kuchayishiga va Te holatida paramagnetizmning pasayishiga olib keladi.

Majburiy kuch magnitlanish egri chizig'ining muhim xarakteristikasi bo'lib, son jihatdan Hc maydon kuchiga teng bo'lib, qoldiq magnitlanishni olib tashlash uchun magnitlanish maydonining yo'nalishiga teskari yo'nalishda qo'llanilishi kerak. H c qiymati magnitlanishning to'liq tsikli - demagnetizatsiya jarayonida hosil bo'lgan magnit histerezis halqasining kengligini aniqlaydi, bunda qaysi magnit materiallar qattiq magnitga (keng histerezis halqali, qayta magnitlanishi qiyin) va yumshoq magnitga (bilan) bo'linadi. tor histerezis pastadir, osongina qayta magnitlangan). Bir qator moddalarning ferromagnit nanokristallarini o'rganish natijalari shuni ko'rsatadiki, nanokristallar ma'lum bir kritik o'lchamgacha kamayishi bilan majburlash kuchi ortadi. Xususan, Hc ning maksimal qiymatlari mos ravishda o'rtacha diametri 20-25, 50-70 va 20 e bo'lgan Fe, Ni va Cu nanokristallari uchun erishiladi.

Nanokristallarning optik xususiyatlari, xususan, yorug'likning tarqalishi va yutilishi, ularning o'lchamlari radiatsiya to'lqin uzunligidan sezilarli darajada kichikroq bo'lishi sharti bilan o'lchamga bog'liqlik mavjudligidan iborat bo'lgan xususiyatlarini sezilarli darajada namoyon qiladi. dan oshmasligi kerak

Aksariyat hollarda nanokristallarning kvant mexanik hodisalari tufayli xossalari nanozarrachalar ansambllarida, xususan, nanokristalli materiallarda yoki matritsali nanokompozitlarda yaqqol namoyon bo‘ladi.

Kristalli nanozarrachalarni ishlab chiqarish texnologiyalari juda xilma-xildir. Ular odatda nano changlar shaklida sintezlanadi.

Ko'pincha nanozarrachalar sintezi mos ravishda bug'lanish-kondensatsiya va plazma-kimyoviy sintez texnologiyalaridan foydalangan holda bug'-gaz fazasidan yoki plazmadan amalga oshiriladi.

Bug'lanish-kondensatsiya texnologiyasiga ko'ra, nanozarrachalar past bosimli inert gaz atmosferasida (Ar, He, H2,) boshqariladigan haroratda boshlang'ich materialning bug'lanishi paytida hosil bo'lgan bug'-gaz aralashmasidan kristallanish orqali hosil bo'ladi. va keyin yaqinida kondensatsiyalanadi

yoki sovuq yuzada. Bundan tashqari, vakuumda bug'lanish va kondensatsiya paydo bo'lishi mumkin. Bunday holda, nanozarrachalar toza bug'dan kristallanadi.

Metalllarning nanozarrachalari (Al, Ag, Au, Cd, Cu, Zn) va qotishmalar (Au-Cu, Fe-Cu) olish uchun bug'lanish-kondensatsiya texnologiyasi keng qo'llaniladi.

ramkalar (metall karbidlar, oksidlar va nitridlar), shuningdek, yarim o'tkazgichlar

Materialni bug'lantirish uchun turli xil isitish usullari qo'llaniladi. Masalan, metallarni elektr pechga joylashtirilgan tigelda qizdirish mumkin. Bundan tashqari, metall simni elektr toki orqali o'tkazish orqali isitish mumkin. Bug'langan materialni energiya bilan ta'minlash plazmadagi elektr yoyi, yuqori va o'ta yuqori chastotali oqimlar bilan induksion isitish, lazer yoki elektron nurlar orqali amalga oshirilishi mumkin. Oksidlar, karbidlar va nitridlarning nanozarrachalari metallarni siyraklashtirilgan atmosferada reaktiv gaz - kislorod O2 (oksidlar uchun), metan CH4 (karbidlar uchun), azot N2 yoki ammiak NH3 (holatda) isitish orqali hosil bo'ladi. nitridlar). Bunday holda, isitish uchun impulsli lazer nurlanishidan foydalanish samarali bo'ladi.

Bug '-gaz fazasi prekursorlar (boshlang'ich materiallar) sifatida ishlatiladigan organometalik birikmalarning termal parchalanishi natijasida ham shakllanishi mumkin. Shaklda. 4.8. neytral tashuvchi gaz bilan birga isitiladigan quvurli reaktorga yuboriladigan bunday prekursorlardan foydalangan holda ishlaydigan o'rnatish diagrammasi ko'rsatilgan. Reaktorda hosil bo'lgan nanozarrachalar aylanadigan sovutilgan silindrga yotqiziladi va u erdan kollektorga chiqariladi. Ushbu o'rnatish oksidli nano kukunlarni sanoat ishlab chiqarish uchun ishlatiladi

(Al2 O3, CeO3, Fe2 O3, In2 O3, TiO2, ZnO, ZrO2, Y2 O3), shuningdek karbidlar va azot

Yuqori haroratli bug '-gaz aralashmasi sovuq inert gaz bilan to'ldirilgan katta hajmli kameraga kirganda kondensatsiyalanishi mumkin. Bunday holda, bug '-gaz aralashmasi kengayish va sovuq inert atmosfera bilan aloqa qilish tufayli sovutiladi. Ikkita reaktivni kameraga koaksiyal ravishda kiritishga asoslangan kondensatsiya usuli ham mumkin: bug '-gaz aralashmasi eksa bo'ylab oziqlanadi va uning periferiyasi bo'ylab sovuq inert gazning halqali oqimi oqadi.

Bug '-gaz fazasini kondensatsiya qilish orqali o'lchamlari 2 dan bir necha yuz nanometrgacha bo'lgan zarrachalarni olish mumkin. Nanozarrachalarning hajmi va tarkibi

atmosferaning bosimi va tarkibini (inert gaz va reagent gazi), isitishning intensivligi va davomiyligini, bug'langan material va bug 'kondensatsiyalanadigan sirt orasidagi harorat gradientini o'zgartirish orqali o'zgarishi mumkin. Agar nanozarrachalarning o'lchamlari juda kichik bo'lsa, ular sirtda cho'kmasdan gazda muallaq qolishi mumkin. Bunday holda, hosil bo'lgan kukunlarni to'plash uchun maxsus filtrlar qo'llaniladi, markazdan qochma cho'kindi yoki suyuqlik plyonkasi bilan ushlash amalga oshiriladi.

Guruch. 4.8. Keramika nano kukunlarini ishlab chiqarish uchun o'rnatish sxemasi

1 - tashuvchi gaz ta'minoti, 2 - prekursor manbai, 3 - nazorat klapanlari, 4 - ish kamerasi, isitiladigan quvurli reaktor, 6 - sovutilgan aylanadigan

tsilindr, 7 - kollektor, 8 - qirg'ich

Plazma-kimyoviy sintez texnologiyasiga ko'ra, nanozarrachalar past haroratli (4000-8000 K) azot, ammiak, uglevodorod yoki argon plazmasida yoy, yuqori chastotali (HF) yoki mikroto'lqinli razryadlarda hosil bo'ladi. Sintez jarayonining tabiati sezilarli darajada plazmatron turiga - plazma hosil bo'ladigan qurilmaga bog'liq. Ark plazma mash'alalari samaraliroq, ammo RF va ayniqsa, mikroto'lqinli plazma mash'alalari yanada nozik va toza kukunlarni ta'minlaydi (4.9-rasm).

TiN). Oksidlarning sintezi metallning bug'lanishi, so'ngra bug'larning oksidlanishi yoki kisloroddagi metall zarrachalarining oksidlanishi orqali elektr yoyi radiusining plazmasida amalga oshiriladi. Metalllarning karbidlari, bor va kremniy odatda tegishli elementlarning xloridlarini vodorod va metan yoki boshqa uglevodorodlar bilan argon yoyi yoki HF plazmasida, nitridlarni xloridlarni ammiak yoki mikroto'lqinli plazmadagi azot va vodorod aralashmasi bilan reaksiyaga solish orqali olinadi. Metall nano kukunlari plazmakimyoviy sintez orqali ham olinadi. Misol uchun, mis nano kukunlari argon elektr yoyi plazmasida mis xloridni vodorod bilan kamaytirish orqali ishlab chiqariladi. O‘tga chidamli metallarning plazma-kimyoviy sintezi ayniqsa istiqbolli hisoblanadi

(W, Mo va boshqalar). Sintezlangan nanozarralar odatda 10 dan 100-200 nm gacha yoki undan ko'p o'lchamlarga ega.

Yuqori energiyali mexanik ta'sirlardan foydalanishga asoslangan kristalli nanozarrachalarni ishlab chiqarish texnologiyalari yuqori samaradorlikka ega. Bularga mexanokimyoviy, detonatsion va elektroportlovchi sintez kiradi.

Mexanokimyoviy sintez qattiq aralashmalarni qayta ishlashga asoslanadi, buning natijasida materiallarning maydalanishi va plastik deformatsiyasi, massa almashinuvi va aralashma komponentlarini atom darajasida aralashtirish kuchayadi, qattiq reagentlarning kimyoviy o'zaro ta'siri faollashadi.

Mexanik ta'sir natijasida qattiq moddaning aloqa joylarida kuchlanish maydoni hosil bo'ladi, uning bo'shashishi issiqlik chiqishi, yangi sirt hosil bo'lishi, kristallarda turli nuqsonlarning paydo bo'lishi va qattiq fazada kimyoviy reaksiyalarning qo'zg'alishi.

Materiallarni silliqlash paytida mexanik ta'sir impulsli, shuning uchun kuchlanish maydonining paydo bo'lishi va uning keyingi bo'shashishi faqat zarrachalar to'qnashuvi paytida va undan qisqa vaqt o'tgach sodir bo'ladi. Bundan tashqari, mexanik ta'sir mahalliydir, chunki u qattiq jismning butun massasida emas, balki faqat kuchlanish maydoni paydo bo'lgan va keyin bo'shashgan joyda sodir bo'ladi.

Mexanik abraziv turli xil materiallardan: metallar, qotishmalar, intermetallik birikmalar, keramika, kompozitlardan iborat nano kukunlarni ommaviy ishlab chiqarish uchun yuqori samarali usuldir. Mexanik ishqalanish va mexanik qotishma natijasida muvozanat sharoitida o'zaro eruvchanligi ahamiyatsiz bo'lgan bunday elementlar uchun qattiq holatda to'liq eruvchanlikka erishish mumkin.

Mexanokimyoviy sintez uchun 200 dan 5-10 nm gacha bo'lgan hosil bo'lgan kukunlarning o'rtacha hajmini ta'minlaydigan sayyoraviy, sharli va tebranish tegirmonlari qo'llaniladi.

Detonatsiya sintezi zarba to'lqini energiyasidan foydalanishga asoslangan. O'rtacha zarracha hajmi 4 nm bo'lgan olmos kukunlarini ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladi - grafitning metallar bilan aralashmalarini zarba to'lqinida bir necha o'n GPa gacha bo'lgan bosimda zarba to'lqini bilan qayta ishlash. Bundan tashqari, tarkibida uglerod miqdori yuqori va kislorod miqdori nisbatan past bo'lgan organik moddalarni portlatish orqali olmos kukunlarini olish mumkin.

Detonatsiya sintezi Al, Mg, Ti, Zr, Zn va boshqa metallar oksidlarining nano kukunlarini olish uchun ishlatiladi. Bunday holda, boshlang'ich material sifatida metallar ishlatiladi, ular faol kislorodli muhitda qayta ishlanadi (masalan, O2 + N2). Bunday holda, metall kengayish bosqichida uning yonishi nanodispers oksidi hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi. Detonatsiya sintezi texnologiyasi, shuningdek, mo'ylovga o'xshash MgO kristallarini olish imkonini beradi, ularning o'rtacha diametri 60 nm va uzunlik va diametrga nisbati 100 ga etadi. Bundan tashqari, uglerodli CO2 atmosferasidan foydalangan holda nanotubalarni sintez qilish mumkin. .

Metall va qotishmalarning nano kukunlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan elektroportlash sintezi diametri 0,1-1,0 mm bo'lgan ingichka metall simni u orqali kuchli tok impulsining qisqa muddatli o'tishi bilan elektr portlashi jarayonidir. Elektr portlashi zarba to'lqinlarining paydo bo'lishi bilan birga keladi va metallarning 1107 K / s dan yuqori tezlikda 104 K dan yuqori haroratgacha tez qizdirilishiga olib keladi. Metall erish nuqtasidan yuqori qizib ketadi va bug'lanadi. Tez kengayadigan bug 'oqimida kondensatsiya natijasida hajmi 50 nm gacha yoki undan kam bo'lgan zarrachalar hosil bo'ladi.

Kristalli nanozarrachalar issiqlik bilan stimulyatsiya qilingan reaksiyalarda sintezlanishi mumkin. Termik parchalanish jarayonida murakkab elementar va organometalik birikmalar, gidroksidlar, karbonillar, formatlar, nitratlar, oksalatlar, amidlar va metallarning amidlari odatda boshlang'ich material sifatida ishlatiladi, ular ma'lum bir haroratda sintezlangan moddaning hosil bo'lishi va ajralish bilan ajralib turadi. gaz fazasi. Temir, kobalt, nikel, mis formatlarini vakuumda yoki inert gazda 470-530 K haroratda pirolizlash orqali o'rtacha zarracha hajmi 100-300 nm bo'lgan metall kukunlari olinadi.

Amaliy nuqtai nazardan, zarba trubkasida sodir bo'ladigan gazni zarba bilan isitish orqali organometalik birikmalarning termal parchalanishi qiziqish uyg'otadi. Shok to'lqinining old qismida harorat 1000 -2000 K ga yetishi mumkin. Natijada yuqori darajada to'yingan metall bug'lari tezda kondensatsiyalanadi. Shu tariqa temir, vismut, qoʻrgʻoshin va boshqa metallarning nano kukunlari olinadi. Xuddi shunday, piroliz paytida, hosil bo'lgan bug'larning kameradan nozul orqali vakuumga tez chiqishi hosil bo'ladi. Bug'ning kengayishi bilan u soviydi va o'ta to'yingan holatga o'tadi, natijada nozuldan aerozol shaklida oqib chiqadigan nano changlar hosil bo'ladi.

Termik parchalanish polikarbosilanlar, polikarbosilokeanlar va polisilazanlardan kremniy karbid va nitridning nano changlarini hosil qiladi; alyuminiy poliamidimiddan bor karbid alyuminiy nitridi (ammiakda); bor karbid, polivinilpentaboran bor karbid va boshqalar.

Metall nano kukunlarini olishning samarali usuli bu vodorod oqimida 500 K dan past haroratda metall birikmalarini (gidroksidlar, xloridlar, nitratlar, karbonatlar) kamaytirishdir.

Kolloid eritmalar yordamida nanokuchalar sintezini o'z ichiga olgan nano kukunlarni olish texnologiyalari keng qo'llaniladi.

eritmaning dastlabki reagentlaridan zarrachalar va reaksiyani ma'lum bir vaqtda to'xtatib turadi, shundan so'ng dispers tizim suyuq kolloid holatdan dispers qattiq holatga o'tadi. Misol uchun, kadmiy sulfid nano kukuni kadmiy perxlorat va natriy sulfid eritmasidan cho'ktirish orqali olinadi. Bunday holda, nanozarrachalar hajmining o'sishi eritmaning pH ning keskin oshishi bilan to'xtatiladi.

Kolloid eritmalardan cho'ktirish jarayoni juda selektivdir va juda tor o'lchamdagi taqsimotga ega nanozarrachalarni hosil qiladi. Jarayonning nochorligi - hosil bo'lgan nanopartikullarning birlashishi xavfi bo'lib, ularning oldini olish uchun turli xil polimer qo'shimchalari qo'llaniladi. Shu tarzda olingan oltin, platina va palladiyning metall klasterlari odatda 300 dan 2000 gacha atomlarni o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, yuqori dispersli kukunlarni olish uchun aglomeratsiyalangan nanozarrachalardan tashkil topgan kolloid eritmalarning cho'kindilari kaltsiylanadi. Masalan, kremniy karbid nano kukuni (zarrachalar hajmi 40 nm) organik kremniy tuzlarini gidrolizlash, so'ngra argonda kaltsiylash yo'li bilan olinadi.

Ayrim hollarda kolloid oksid zarrachalarini sintez qilish uchun metall tuzlarining gidrolizlanishidan foydalaniladi. Masalan, titan, tsirkoniy, alyuminiy va itriy oksidining nano kukunlari tegishli xloridlar yoki gipoxloritlarni gidrolizlash yo'li bilan olinishi mumkin.

Kolloid eritmalardan yuqori dispersli kukunlarni olish uchun kriogen quritish ham qo'llaniladi, bunda eritma kriyojenik muhitga ega bo'lgan kameraga püskürtülür, bu erda eritma tomchilari mayda zarrachalar shaklida muzlaydi. Keyin gazsimon muhitning bosimi muzlatilgan erituvchi ustidagi muvozanat bosimidan kamroq bo'lishi uchun kamayadi va erituvchini sublimatsiya qilish uchun material doimiy nasos bilan isitiladi. Natijada, bir xil tarkibdagi g'ovakli granulalar hosil bo'ladi, ular nanopunchalar hosil qilish uchun kaltsiylanadi.

Matritsalardagi kristall nanozarrachalarning sintezi alohida qiziqish uyg'otadi. Matritsali nanokristallarni olishning mumkin bo'lgan usullaridan biri tez qotib qoladigan amorf qotishmalarning qisman kristallanishiga asoslangan. Bunday holda, amorf faza va amorf fazada chiqarilgan kristalli nanozarrachalarni o'z ichiga olgan struktura hosil bo'ladi. Shaklda. 4.10-rasmda tez qotib qolgan amorf Al qotishmasining mikrografi ko'rsatilgan 94,5

eritmalardagi riallar, so'ngra eritmalar tarkibidagi moddalarning teshiklarga cho'kishi. Shu tarzda, masalan, metall nanozarrachalari zeolitlarda - gidroksidi yoki ishqoriy tuproq aluminosilikatlarida sintezlanadi.

muntazam gözenekli tuzilishga ega bo'lgan metallar. Bunday holda, hosil bo'lgan nanozarrachalarning o'lchamlari zeolitlarning g'ovak o'lchamlari (1-2 nm) bilan belgilanadi. Odatda, matritsali nanopartikullar maxsus tayyorlangan ommaviy nanokompozitlarning strukturaviy elementlari sifatida ishlaydi.

4.2.2. Organik nanokristallar

Organik nanokristallar noorganiklarga qaraganda ancha kam uchraydi. Ular orasida polimer nanokristallari eng mashhuri hisoblanadi. Ular eritmalar yoki eritmalardan polimerlarning qisman kristallanishi natijasida hosil bo'lgan matritsa tipidagi nanokristallardir. Bunda hosil bo'lgan polimer strukturasi amorf matritsa va uning hajmida tarqalgan kristalli nanozarrachalardan iborat. Kristal fazaning hajm ulushi polimerlarning kristallik darajasini aniqlaydi, bu polimer turiga va qotib qolish sharoitlariga qarab, juda keng chegaralarda o'zgarishi mumkin. Masalan, poliamidda kristallik darajasi 0 dan farq qilishi mumkin

ly, gar kabi yig'ilib-

midges (4.11-rasm). Lamellalarning qalinligi

Guruch. 4.11. Katlangan model

taxminan 10 nm, esa

polimer nanokristal

uzunligi bir nechtaga yetishi mumkin

H ≈ 10 nm

yuzlab nanometrlar. Menga qarab -

kristallanish mexanizmi, nanokristallarning shakli romboid (polietilen), olti burchakli (poliformaldegid), tetragonal (polietilen oksidi), parallelogramm shaklida (poliakrilonitril) va boshqalar bo'lishi mumkin.

kristallanish yadrosi rolini o'ynab, ekstruziya yo'nalishida va lamellar tekisliklariga perpendikulyar joylashgan.