A'zolar: Igor Vladimirovich Melixov

Nanokimyo tadqiqot ob'ektlari- bug 'kondensatsiyasi va eritmalardan cho'ktirish natijasida olingan o'ta nozik moddalar; aerozollar va kolloid eritmalar, ko'p atomli molekulalardan tashkil topgan tabiiy moddalar; polimerizatsiya mahsulotlari, qattiq moddalarni mayda maydalash yoki kuchli suyuqlik purkash; blokli qattiq jismlar, ularda bloklarning chegaralari shunchalik aniqki, bloklarning o'zini kvazi-zarralar deb hisoblash mumkin; gil va dengiz suspenziyalari; pastki cho'kindi va boshqalar.
Nanotizimlar nazariyasi“birinchi tamoyillar” asosida nanobodlarning xatti-harakatlarini hisoblash usullarini ishlab chiqadi. Ko'rib chiqish X i parametrlari bo'yicha nanobodliklar (nanozarrachalar) taqsimotining ph (X i, t) funktsiyasi uchun evolyutsiya tenglamasiga, ularning holatiga asoslangan bo'lib, u nanotizimning evolyutsiya tezligi kabi ko'rsatkichlarni o'z ichiga oladi. t momentida X i holat parametrlarining yo'nalishli o'zgarish sur'atlari va tebranish koeffitsientlari to'plami. Bunda X i holat parametrlari to‘plami fazoviy koordinatalar va tezliklarni, massani, saqlash kodlari yordamida har bir nanozarracha tarkibining xarakteristikalari, shakli va tuzilishini o‘z ichiga oladi.
Holat parametrlarining yo‘naltirilgan o‘zgarish sur’atlari va tebranish koeffitsientlari nanozarrachalar atrofidagi muhitning holat parametrlari p i funksiyasi sifatida berilgan. Nanozarrachalarning fazoviy koordinatalari va tezligiga nisbatan qo'llanilganda, bu funksiyalar klassik mexanikada harakat qonunlari sifatida ifodalanadi. Massa va shakl xususiyatlariga nisbatan qo'llaniladigan bu funktsiyalar atomlarning nanozarrachalardan qo'shilish va ajralish chastotalarida ifodalanadi. Chastotalar odatda atomlar atomlararo o'zaro ta'sirlarning ma'lum bir potentsialida klassik mexanika qonunlariga muvofiq harakat qiladi degan faraz asosida hisoblanadi. Nanozarrachalarning tarkibi va tuzilishini hisoblashda nanozarracha atomlarining yadrolari Shredinger tenglamasi bilan tavsiflangan elektron-yadro muhitida klassik mexanika qonunlariga muvofiq (kvant mexanik tuzatishlar bilan) harakat qiladi deb taxmin qilinadi. Ushbu taxmin atomlararo o'zaro ta'sirlarning potentsiali va atomlarning elektron-yadroviy xususiyatlari o'rtasidagi bog'liqlikni aniqlash va keyinchalik "birinchi tamoyillar" dan evolyutsiya tezligini hisoblashga o'tish imkoniyatini ochadi. Hozircha bunday hisob-kitob uzoqda, ammo nanotizimlar nazariyasi jadal rivojlanmoqda.
Tajriba nanotizimlar harakatining yuzlab qonuniyatlarini ochib berdi. Biz ulardan ikkitasini ajratamiz, bizning fikrimizcha, eng keng tarqalgan.
1. Tabiiy va texnogen nanosistemalarning ko‘pchiligi muvozanatdan uzoqda bo‘lib, muvozanat tomon harakat qilganda ularning holati doimo o‘zgarib turadi.
Nanotizimlar ikki yo'nalish bo'yicha hosil bo'ladi: kondensatsiya va dispersiya. Birinchi holda, dastlabki jismlar bug'lanadi yoki eriydi, shundan so'ng hosil bo'lgan bug'lar kondensatsiyalanadi va eritmadan o'ta nozik modda cho'kadi. Ikkinchi holda, mexanik energiya boshlang'ich jismlarga ularning nanozarrachalarga parchalanishi uchun etarli miqdorda beriladi. Ikkala marshrutni ham amalga oshirish dastlabki tizimga intensiv energiya oqimini talab qiladi, shuning uchun nanozarrachalar paydo bo'lgandan so'ng darhol tizim muvozanatdan uzoqda bo'ladi. Energiya oqimi to'xtashi bilanoq, tizim muvozanat tomon rivojlanadi.
Tizim evolyutsiyasining eng oddiy misoli bir xil atomlardan tashkil topgan va uning to'yingan bug'ining yopiq hajmida joylashgan monokristalning kondensatsiyalanish yo'nalishi bo'lishi mumkin. Agar bunday monokristal erishga qadar qizdirilsa va eritmaning keyinchalik bug'lanishi va keyin hosil bo'lgan bug' tizimning boshlang'ich haroratigacha tez sovutilsa, tizim sovishi bilan nanozarrachalar hosil bo'ladi va qo'pollashadi. Ular buyurtma qilingan agregatlarga birlashtiriladi. Agregatlardagi nanozarralar orasidagi chegaralar yo'qoladi va ular mikrokristallarga aylanadi. Mikrokristallar uzoq vaqt davomida bug'da saqlansa, eng kichik va nuqsonlilari bug'lanadi, kattaroq va mukammalroqlari esa o'sishda davom etadi. Va shunga o'xshash tizimda asl monokristal qayta yaratilmaguncha. Nanozarrachalarning sezilarli miqdori bug'da to'plangan paytdan boshlab nanozarrachalarning ko'pchiligi 100 nm o'lchamiga yetguncha butun vaqt oralig'ida tizim nanostatda bo'ladi. Keyin - muqarrar ravishda muvozanatga kiradi, nanozarrachalarning paydo bo'lishi to'xtaydi va bundan tashqari, paydo bo'lgan zarralar, agar ularni saqlash uchun sun'iy shart-sharoitlar yaratilmasa, parchalanish bosqichiga ham o'tishi mumkin.
Mexanik energiyaning etarli darajada statsionar oqimi sharoitida yagona kristallning tarqalish yo'li bilan, monokristal parchalanadigan bo'laklarning o'lchami parchalarning yo'q qilinishiga olib keladigan jarayonlar ularning yig'ilishi va o'sishi bilan qoplanmaguncha kamayadi. .
Agar mexanik energiya oqimi shunchalik katta bo'lsa, bunday kompensatsiya bilan fragmentlarning aksariyati nanometr o'lchamiga ega bo'lsa, u holda tizim energiya oqimi kamayguncha statsionar nanostat holatda qoladi. Oqim to'xtaganda, bo'laklar birlasha boshlaydi va kattalashadi. Ushbu vazn tizimda asl yagona kristall qayta yaratilgunga qadar davom etadi. Agar tizimda kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lsa, tizim evolyutsiyasining kondensatsiya va spergektsiya yo'llari murakkabroq bo'ladi.
2. Bir qator tajribalar jarayonida aniqlangan nanotizimlarning mavjudligi va paydo bo'lishining ikkinchi qonuniyatini qisqacha ifodalash mumkin, garchi bu juda muhim kashfiyot: nanosistemalar o'zgaruvchan. Bu shuni anglatadiki, tizimda bir vaqtning o'zida joylashgan nanobodlar turli xil xususiyatlarga ega va xususiyatlarning "tarqalishi" katta va asosan tizimning harakatini belgilaydi.
Nanozarrachalar har xil o'lcham, shakl va fazoviy harakat tezligiga ega bo'lib, ular, masalan, Broun harakatida namoyon bo'ladi. Nanozarrachalarning kimyoviy tarkibi har xil miqdordagi o'rta molekulalarning sorbsiyasi tufayli ham o'zgaruvchan. O'zgaruvchanlikning asosiy sababi issiqlik harakatidir, ammo atomlarning kooperativ o'zaro ta'siri tufayli termal dalgalanmalar sinxronlashtiriladi. Sinxronizatsiya darajasi tizimga moddalar va energiyaning yo'naltirilgan ta'minoti bilan ortadi. Agar tizim muvozanatsiz bo'lsa, nanozarralarning har bir xossasi suyuqlik oqimidagi jismning harakati kabi o'zgaradi: u yo'naltirilgan harakat traektoriyasi bo'ylab tasodifiy yurishlar paytida oqim tomonidan olib tashlanadi. Bunday holda, har bir xususiyatning yo'naltirilgan o'zgarish tezligi G i qiymati bilan tavsiflanadi va sargardonlik intensivligi - D i qiymati bilan. Nanozarrachalarning fazoviy siljishiga nisbatan G i qiymati o'rtacha drift tezligiga, D i qiymati esa Broun diffuziya koeffitsientiga mos keladi. Nanozarrachalar massasiga nisbatan G i qiymati ularning kattalashishining o‘rtacha tezligiga yaqin, D i qiymati esa o‘rta molekulalarning nanozarrachalarga biriktirilish chastotalarining tebranishlarini tavsiflaydi. G i va D i qiymatlari haqidagi ma'lumotlar unchalik ko'p emas, ammo mavjud ma'lumotlar D i qiymatlari juda katta ekanligini ko'rsatadi.
Tartibli tuzilishga ega nanozarrachaga muhit atomlarining (molekulalarining) biriktirilish chastotasi monoton bo'lmagan holda uning tarkibidagi atomlar soniga bog'liq. Zarrachadagi atomlar soni zarrachaning tuzilishi bilan belgilanadigan "sehrli sonlardan" biriga tenglashganda u keskin kamayadi. Atomlarning ikosahedral joylashuviga ega bo'lgan klasterlar uchun "sehrli raqamlar" markaziy atom atrofidagi ketma-ket koordinatsion sohalardagi atomlar soniga mos keladi. Fasetli nanokristallarda, agar ilgari qo'shilgan atomlar soni uning yuzlarida bir qatlam hosil qilish uchun etarli bo'lsa, atomning biriktirilish ehtimoli sezilarli darajada kamayadi va klaster o'sishi davrida nanokristalga yangi atomlarning biriktirilish ehtimoli. yuqori bo'ladi va qatlamlar hosil bo'lishi orasidagi davrlarda u kichik, shuning uchun "sehrli ni raqamlari ikki o'lchovli klasterlarning yadrolanishi ti lahzalarida nanokristaldagi atomlar soniga mos keladi. DNK matritsasida hosil bo'lgan peptid molekulalarida. peptidning atomlari va molekulalari soni DNK talablariga javob berishni to'xtatgandan so'ng, yangi aminokislotalarning qo'shilish chastotasi nolga aylanadi.
Ushbu qonuniyatlar nanotizimlarni o'rganishni juda ko'p fan talab qiladigan vazifaga aylantiradi. Nanotizimlarning o‘zgaruvchanligi nanozarrachalar to‘plami holatining parametrlarini o‘lchash zaruratini keltirib chiqaradi va ularning evolyutsion tabiati vaqt o‘tishi bilan ushbu to‘plam xususiyatlarining o‘zgarishini kuzatish zaruriyatini keltirib chiqaradi. Bunday holda, ko'p o'lchovli funktsiyani aniqlash kerak ph (X i , t) o'rta xususiyatlarning keng doirasi. Deyarli barcha nanosistemalar bo'laklarga bo'lingan holda o'rganilganligi ajablanarli emas va fragmentlar ularning xatti-harakatining to'liq rasmini keltirmaydi. Shunga qaramay, nanokimyo doirasida minglab amaliy masalalar yechilgan.