Mavzu: nanopolimerlar

Polimer materiallar
Nanobosma litografiyadan foydalanib, diametri 10 nm va chuqurligi 60 nm bo'lgan polimer shablonlarini (shablonlar) ishlab chiqarish mumkin. Teshiklar 40 nm balandlikdagi kvadrat panjara hosil qiladi va uglerod nanotubalari, katalizatorlar va boshqalar kabi nano-ob'ektlarni joylashtirish uchun mo'ljallangan. Bunday shablonlarni maxsus qoliplar bilan deformatsiya qilish, so'ngra teshiklardan polimer qoldiqlarini reaktiv ion bilan o'chirish yo'li bilan yaratiladi.
Nanostrukturalarning litografik induktsiyali o'z-o'zini yig'ish usullari ham tavsiflangan. Bunday holda, panjara kremniy substratda joylashgan polimer eritmasidan o'sadigan ustunlarning shakllangan matritsasi tufayli hosil bo'ladi. Qayd etilishicha, bu jarayon boshqa materiallarga (yarim o‘tkazgichlar, metallar va biomateriallar) nisbatan ham qo‘llanilishi mumkin, bu esa har xil turdagi xotira qurilmalarini yaratishda muhim ahamiyatga ega.

Inson faoliyatining turli sohalari va sohalari nanomateriallarning iste'molchilari hisoblanadi.

Sanoat uzoq vaqtdan beri nanopartikullarga asoslangan silliqlash pastalari va aşınmaya qarshi vositalardan samarali foydalanmoqda. Ikkinchisi (masalan, bronza asosida) mashinalar va turli mexanizmlarning ishqalanish zonalariga kiritiladi, bu ularning ishlash muddatini sezilarli darajada oshiradi va ko'plab texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlarni yaxshilaydi (masalan, chiqindi gazlardagi CO miqdori 3 ga kamayadi. 6 marta). Ishlash jarayonida ishqalanish juftlari yuzasida aşınmaya qarshi qatlam hosil bo'ladi, u aşınma mahsulotlari va moylash materialiga kiritilgan nanozarrachalarning o'zaro ta'sirida hosil bo'ladi. RiMET tipidagi preparatlar Rossiyada sanoat miqyosida Yuqori dispersli metall kukunlari (Yekaterinburg) ilmiy-ishlab chiqarish korxonasi tomonidan ishlab chiqariladi.
Polimer matritsalariga zarrachalar va tolalar qo'shilishi polimerlarning fizik-mexanik xossalarini, shuningdek, ularning yong'inga chidamliligini oshirishning mashhur usuli hisoblanadi. Avtomobil sanoatida ko'plab metall materiallarni nanozarrachalar bilan mustahkamlangan polimerlar bilan almashtirish avtomobil og'irligi, benzin iste'moli va zararli chiqindilarni kamaytirishga olib keladi.
G'ovakli nanostrukturalar gaz aralashmalarini diffuziya bilan ajratish uchun ishlatiladi (masalan, izotoplar va molekulyar og'irligi bilan farq qiluvchi boshqa murakkab gazlar). An'anaviy zeolitlardagi g'ovak o'lchami ("derazalar" 0,4-1,5 nm oralig'ida o'zgarib turadi va zeolitni hosil qiluvchi tsiklik tuzilmalardagi kislorod atomlari soniga bog'liq. Shuni yodda tutish kerakki, ko'plab g'ovakli nanostrukturalar yuzasining o'zi. katalitik xossaga ega.Har xil ajratish jarayonlarida yuqori selektivlik katalitik hodisalar bilan kuchayadi, bu, masalan, ksilenlar kabi organik birikmalarni izomerlashda ishlatiladi.
Uglerod nanotubalarining katalitik, sorbsion va filtrlash xususiyatlarini o'rganishga ham katta e'tibor beriladi. Misol uchun, ularning yuqori sorbsion xususiyatlari chiqindi gazlarni yo'q qilish qiyin bo'lgan kanserogen dioksinlardan tozalash bilan bog'liq holda qayd etilgan. Fullerenlar va uglerod nanotubalarini vodorodni so'rib olish uchun ishlatish istiqbollari ham jozibali. Bundan tashqari, o'lchamli xususiyatlar (katta uzunlikdan diametrga nisbati va kichik o'lchamlar), keng diapazonda o'zgaruvchan o'tkazuvchanlik imkoniyati va kimyoviy barqarorlik tufayli uglerod nanotubalari yangi avlod elektron qurilmalari uchun tubdan yangi material sifatida ko'rib chiqiladi, shu jumladan. ultraminiatyuralar [ , ].
Nanostrukturali ob'ektlar g'ayrioddiy optik xususiyatlar bilan ajralib turadi, ular dekorativ maqsadlarda ishlatiladi. Najotkor Masihning Moskva sobori gumbazlarining yuzasi titanium nitridi bilan qoplangan titan plitalaridan iborat. Stokiyometriyadan og'ishlarga va uglerod va kislorod aralashmalarining mavjudligiga qarab, TiN x plyonkalarining rangi kulrangdan ko'k rangga o'zgarishi mumkin, bu idishlarni qoplashda ishlatiladi.
Axborotni yozib olish qurilmalari (boshlar, ommaviy axborot vositalari, disklar va boshqalar) magnit nanomateriallarni qo'llashning muhim sohasi hisoblanadi. Ijro qilishning qulayligi, saqlash barqarorligi, yuqori yozib olish zichligi, arzonligi - bu tizimlarga qo'yiladigan talablarning bir qismi. Ko'p qatlamli magnit/magnit bo'lmagan plyonkalarda namoyon bo'ladigan ulkan magnitorezistiv effekt ma'lumotni samarali yozib olish uchun juda foydali ekanligini isbotladi. Ushbu effekt magnit diskli drayverlarning o'qish boshlarida juda zaif magnit maydonlarni ro'yxatdan o'tkazishda qo'llaniladi, bu esa ma'lumotlarni yozish zichligini sezilarli darajada oshirish va o'qish tezligini oshirish imkonini berdi. Ushbu effekt kashf qilinganidan keyin 10 yil ichida 1998 yilda IBM eski texnologiyalarni amalda almashtirib, ushbu hodisaga asoslangan boshli kompyuter qattiq disklarini ishlab chiqarishni 34 milliard dollarga (qiymat jihatidan) oshirdi. Axborotni saqlash zichligi har yili ikki barobar ortib bormoqda.
Hayotning davomiyligi va sifatini oshirish vazifasi umuman biomateriallar va xususan nanobiomateriallar sohasida jadal rivojlanishni rag'batlantiradi. Tibbiyot, biologiya va qishloq xo'jaligida nanomateriallarning asosiy qo'llanilishi juda xilma-xildir:
Jarrohlik va stomatologik asboblar;
Diagnostika, nanomotorlar va nanosensorlar;
Farmakologiya, dori vositalari va ularni berish usullari;
Sun'iy organlar va to'qimalar;
Rag'batlantiruvchi qo'shimchalar, o'g'itlar va boshqalar;
Biologik va radiologik qurollardan himoya qilish.
Dunyo yangi sanoat inqilobi yoqasida turibdi, bu birinchi navbatda nanotexnologiyalar rivojlanishi bilan bog'liq. Etakchi ekspertlarning fikriga ko'ra, uning jamiyatga ta'siri ko'lami bo'yicha, uni XX asrda tranzistor, antibiotiklar va axborot texnologiyalari ixtirosi natijasida yuzaga kelgan inqilob bilan solishtirish mumkin. Bugungi kunda nanotexnologik mahsulotlarning jahon bozori hajmi milliardlab dollar bilan o‘lchanadi (hozircha bu bozor asosan materiallarning xususiyatlarini yaxshilaydigan yangi materiallar va kukunlardan iborat) va 2015-yilga borib, G‘arb ekspertlarining fikricha, u 1 dollardan oshadi. trillion. Yaqin kelajakda rivojlangan mamlakatlarning iqtisodiy, harbiy, ijtimoiy va siyosiy mavqei milliy nanosanoatning rivojlanish darajasi bilan belgilanadi.
Nanotexnologiyalar instituti (Xalqaro konvertatsiya fondi tomonidan tashkil etilgan) direktori Mixail Ananyanning fikricha, nanotexnologiyalar, masalan, elektronika kabi evolyutsion tarzda rivojlanmaydi: avval radio, keyin televizor, keyin kompyuter. Hozirda turli nanoqurilmalar, qurilmalar va boshqalarni modellashtirish jadal olib borilmoqda.Va texnologiya yaratilishi bilanoq keskin sakrash yuz beradi – shunchaki yangi tsivilizatsiya paydo bo'ladi, moddiy va energiya intensivligi keskin pasayadi va yana ko'p narsalar. samarali iqtisodiyot vujudga keladi.
Ammo hamma narsa unchalik oddiy emas, chunki yuqorida aytib o'tganimdek, nanotexnik inqilobni amalga oshirish nafaqat olimlar tomonidan, balki unchalik ko'p emas (ishlanishlar jadal sur'atda), davlat tomonidan sa'y-harakatlar talab etiladi. hokimiyat - boshqa hech bir investor bunday "keng ko'lamli loyihani" tortmaydi. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish milliy dasturini shakllantirishga yondashuvni qonunchilik darajasida tubdan o‘zgartirish zarur. Qolaversa, mamlakatimizda yirik loyihalarni amalga oshirishda katta tajriba to‘plangan.
Eslatib o‘tamiz, tariximizda deyarli barcha tarmoqlarda sifat o‘zgarishlariga olib kelgan uchta loyiha bo‘lgan. Men GOELRO, yadroviy loyiha, kosmik tadqiqotlarni nazarda tutyapman. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish ana shunday milliy darajadagi loyihalarga tegishli, chunki ularni qo'llash iqtisodiyotning istisnosiz barcha tarmoqlarida sifat o'zgarishlariga olib keladi. Dekabr oyida hukumat nanotexnologiyalarni rivojlantirish bo'yicha milliy dasturni shakllantirish to'g'risida qaror qabul qildi, yaqinda Rossiya Prezidenti Federal Assambleyaga yillik murojaatida Rossiya nanotexnologiyalar sohasida etakchiga aylanishi kerakligini ta'kidladi. Umid qilish mumkinki, bu tashabbus (hech qachondan ham kech yaxshi - Rossiya o'zini rivojlangan deb ataydigan va bu sohada o'z dasturiga ega bo'lmagan yagona davlat bo'lib qolmoqda) haqiqiy, faol loyihaga aylanadi va boshqa kampaniyaga aylanmaydi.
Albatta, shuni aytish kerakki, bunday tushuntirish muammoni to'liq hal qilmaydi va jismoniydan ko'ra kimyoviyroqdir. Ammo agar siz yana pastga tushsangiz, hamma narsa atomlar orasidagi bog'lanishlarning shakllanishini tushuntiruvchi fizik hodisaga asoslanganligini ko'rishingiz mumkin.
Kimyoviy bog'lanishning zamonaviy tavsifi fizikaning bir bo'limi bo'lgan kvant mexanikasi asosida amalga oshirilganligini ham ta'kidlaymiz. Kimyoviy bog'lanish zaryadlangan zarralar (yadro va elektronlar) o'rtasidagi o'zaro ta'sir orqali aniqlanadi. Ushbu o'zaro ta'sir elektromagnit deb ataladi.
Nanomateryallarni olish usullari mexanik, fizik, kimyoviy va biologik usullarga bo'linadi. Bular. Ushbu tasnif nanomaterial sintez jarayonining tabiatiga asoslanadi. Mexanik ishlab chiqarish usullari katta deformatsiya qiluvchi yuklarning ta'siriga asoslangan: ishqalanish, bosim, presslash, tebranish, kavitatsiya jarayonlari va boshqalar. Jismoniy ishlab chiqarish usullari fizik transformatsiyalarga asoslanadi: bug'lanish, kondensatsiya, sublimatsiya, tez sovutish yoki isitish, eritmani püskürtme va boshqalar. (Tasniflashning toʻliqligi va maʼlumot uchun) Kimyoviy usullarga asosiy dispersiya bosqichi quyidagilardan iborat boʻlgan usullar kiradi: elektroliz, qaytarilish, termik parchalanish. Olishning biologik usullari oqsil tanalarida sodir bo'ladigan biokimyoviy jarayonlardan foydalanishga asoslangan.
Mexanik usullar kuchlanish maydonining paydo bo'lishi va uning keyingi bo'shashishi zarralar reaktorda bo'lgan butun vaqt davomida emas, balki faqat zarrachalar to'qnashuvi paytida va undan keyin qisqa vaqt ichida sodir bo'ladi. Mexanik ta'sir ham mahalliydir, chunki u qattiq jismning butun massasida emas, balki kuchlanish maydoni paydo bo'lgan va keyin bo'shashgan joyda sodir bo'ladi. Dürtüsellik va mahalliylik tufayli katta yuklar qisqa vaqt davomida materialning kichik joylarida to'planadi. Bu materialda nuqsonlar, kuchlanishlar, kesish chiziqlari, deformatsiyalar va yoriqlar paydo bo'lishiga olib keladi. Natijada, modda eziladi, massa almashinuvi va tarkibiy qismlarni aralashtirish tezlashadi va qattiq reagentlarning kimyoviy o'zaro ta'siri faollashadi. Mexanik ishqalanish va mexanik qotishma natijasida, muvozanat sharoitida mumkin bo'lgandan ko'ra, qattiq holatda ba'zi elementlarning yuqori o'zaro eruvchanligiga erishish mumkin. Silliqlash sharli, sayyoraviy, tebranishli, vorteksli, giroskopik, reaktiv tegirmonlarda, attritorlarda amalga oshiriladi. Ushbu qurilmalarda silliqlash zarbalar va aşınmalar natijasida yuzaga keladi.Mexanik silliqlash usulining o'zgarishi mexanik-kimyoviy usuldir. Har xil komponentlar aralashmasi nozik maydalanganda ular orasidagi o'zaro ta'sir tezlashadi. Bundan tashqari, kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lishi mumkin, agar aloqa silliqlash bilan birga bo'lmasa, bunday haroratlarda umuman sodir bo'lmaydi. Bu reaksiyalar mexanik kimyoviy reaksiyalar deb ataladi. Ommaviy materiallarda nanostrukturani hosil qilish uchun nisbatan past haroratlarda namunalar strukturasida katta buzilishlarga erishish imkonini beruvchi maxsus mexanik deformatsiya sxemalaridan foydalaniladi.Shunday qilib, qattiq plastik deformatsiyaga quyidagi usullar kiradi:
Yuqori bosimli burilish;
Teng kanalli burchakli presslash (ECU-pressing);
Har tomonlama zarb qilish usuli;
Teng kanalli burchakli kaput (ECU-kaput);
Qum soati usuli;
Sürgülü ishqalanish usuli.
Hozirgi vaqtda natijalarning aksariyati dastlabki ikkita usul bilan olingan. So'nggi paytlarda turli xil muhitlarning mexanik ta'siridan foydalangan holda nanomateriallarni olish usullari ishlab chiqildi. Bu usullarga kavitatsion-gidrodinamik, tebranish usullari, zarba to'lqini usuli, ultratovushli silliqlash va detonatsiya sintezi kiradi.
Kavitatsiya-gidrodinamik usul turli dispersion muhitlarda nano changlarning suspenziyalarini olish uchun ishlatiladi. Kavitatsiya - lot.dan. "bo'shliq" so'zlari - gaz, bug 'yoki ularning aralashmasi bilan to'ldirilgan suyuqlikda (kavitatsion pufakchalar yoki g'orlar) bo'shliqlarning shakllanishi. Jarayon davomida suyuqlikda 10-3 - 10-5 s davomida 100 - 1000 MPa tartibli bosimlarda gaz-bug 'mikropufakchalarining paydo bo'lishi va yo'q qilinishi natijasida yuzaga keladigan kavitatsiya effektlari nafaqat suyuqliklarni, balki isitishga olib keladi. qattiq moddalar. Bu harakat qattiq zarrachalarning maydalanishiga olib keladi.
Ultrasonik silliqlash, shuningdek, kavitatsiya ta'sirining siqilish ta'siriga asoslanadi. Nanomateryallarni olishning tebranish usuli jarayonlar davomida minimal energiya sarfini va ko'p fazali muhitning yuqori darajadagi gomogenizatsiyasini ta'minlaydigan effektlar va hodisalarning rezonansli tabiatiga asoslangan. Operatsion printsipi shundaki, har qanday tomir ma'lum bir chastota va amplituda tebranish ta'siriga duchor bo'ladi.
Olmos nanozarralarini detonatsiya sintezi orqali olish mumkin. Usul yuz minglab atmosfera bosimiga va bir necha ming darajagacha bo'lgan haroratga erishgan holda portlash energiyasidan foydalanadi. Bu shartlar olmos fazasining termodinamik barqarorligi hududiga mos keladi. UD materiallarini olishning fizik usullariga purkash usullari, bug'lanish-kondensatsiya jarayonlari, vakuum-sublimatsiya texnologiyasi va qattiq holatni o'zgartirish usullari kiradi.