|
Nanomateriallar
Fullerenlar tabiatda uglerod mavjudligining yangi shakli sifatida, uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan olmos va grafit bilan bir qatorda, 1985 yilda astrofiziklar yulduzlararo chang spektrlarini tushuntirishga harakat qilganlarida kashf etilgan. Ma'lum bo'lishicha, uglerod atomlari yuqori simmetrik C 60 molekulasini hosil qilishi mumkin. Bunday molekula diametri taxminan bir nanometr bo'lgan sharda joylashgan 60 ta uglerod atomidan iborat bo'lib, futbol to'piga o'xshaydi (6-rasm). L. Eyler teoremasiga koʻra, uglerod atomlari 12 ta muntazam beshburchak va 20 ta muntazam olti burchak hosil qiladi. Molekula beshburchak va olti burchakli uy qurgan arxitektor R.Fuller sharafiga nomlangan. Dastlab, C 60 oz miqdorda olingan, keyin esa 1990 yilda ularni keng miqyosda ishlab chiqarish texnologiyasi kashf etilgan.
Fulleritlar. C 60 molekulalari, o'z navbatida, yuz markazli kubik panjarali va ancha zaif molekulalararo bog'langan fullerit kristalini hosil qilishi mumkin. Bu kristall oktaedral va tetraedral bo'shliqlarni o'z ichiga oladi, ularda begona atomlar joylashishi mumkin. Agar oktaedral bo'shliqlar ishqoriy metall ionlari bilan to'ldirilgan bo'lsa (¦ = K (kaliy), Rb (rubidiy), Cs (seziy)), u holda xona haroratidan past haroratlarda bu moddalarning tuzilishi qayta tartibga solinadi va yangi polimer material ¦1C60 hosil bo'ladi. shakllangan. Agar tetraedral bo'shliqlar ham to'ldirilgan bo'lsa, u holda kritik harorati 20-40 K bo'lgan Y3C60 o'ta o'tkazuvchan material hosil bo'ladi.O'ta o'tkazuvchan fulleritlarni o'rganish, xususan, institutda olib boriladi. Shtutgartdagi Maks Plank. Materialga o'ziga xos xususiyatlarni beradigan boshqa qo'shimchalar bilan fulleritlar mavjud. Masalan, C60 etilen ferromagnit xususiyatlarga ega. Kimyoning yangi sohasidagi yuqori faollik 1997 yilga kelib 9000 dan ortiq fulleren birikmalari mavjudligiga olib keldi.
Uglerod nanotubalari. Ugleroddan siz juda ko'p atomli molekulalarni olishingiz mumkin. Bunday molekula, masalan, C = 1 000 000, diametri taxminan bir nanometr va uzunligi bir necha o'nlab mikron bo'lgan bir qatlamli naycha bo'lishi mumkin (7-rasm). Naycha yuzasida uglerod atomlari muntazam olti burchakli uchlarida joylashgan. Naychaning uchlari oltita muntazam beshburchak bilan yopilgan. dan tashkil topgan ikki o'lchovli yuzalarning hosil bo'lishida muntazam ko'pburchaklar tomonlari sonining rolini ta'kidlash kerak.
Guruch. 7. Nonxiral nanotubalar: a - C (n ", n) - metall;
B-C (n, 0): mod (n, 3) = 0 - yarim metall
mod (n, 3)! = 0 - yarimo'tkazgich.
Guruch. 8. Egri trubka
uch o'lchovli fazoda uglerod atomlari. Muntazam olti burchakli tekis grafit varag'idagi hujayra bo'lib, uni turli xil chirallikdagi (m, n) quvurlarga o'rash mumkin. Muntazam beshburchaklar (heptagonlar) grafit varag'idagi mahalliy nuqsonlar bo'lib, uning ijobiy (salbiy) egriligini olish imkonini beradi. Shunday qilib, muntazam beshburchaklar, olti burchaklar va ettiburchaklar kombinatsiyasi uch o'lchamli fazoda uglerod sirtlarining turli shakllarini olish imkonini beradi (8-rasm). Ushbu nanostrukturalarning geometriyasi ularning noyob fizik-kimyoviy xususiyatlarini va shuning uchun ularni ishlab chiqarish uchun printsipial jihatdan yangi materiallar va texnologiyalarning mavjudligini aniqlaydi. Yangi uglerodli materiallarning fizik-kimyoviy xossalarini bashorat qilish molekulyar dinamika doirasida ham kvant modellari, ham hisoblar yordamida amalga oshiriladi. Bir qatlamli quvurlar bilan bir qatorda ko'p qatlamli quvurlarni yaratish mumkin. Nanotubalarni ishlab chiqarish uchun maxsus katalizatorlar qo'llaniladi.
Yangi materiallarning o'ziga xosligi nimada? Keling, faqat uchta muhim xususiyatga to'xtalib o'tamiz.
Og'ir yuk materiallari. Grafit varag'idagi uglerod atomlari orasidagi bog'lanishlar eng kuchli ma'lum, shuning uchun nuqsonsiz uglerod quvurlari po'latdan ikki baravar kuchliroq va po'latdan taxminan to'rt baravar engilroqdir! Yangi uglerodli materiallar sohasida eng muhim texnologik muammolardan biri bu "cheksiz" uzunlikdagi nanotubalarni yaratishdir. Bunday quvurlar yangi asr texnologiyasi ehtiyojlari uchun eng yuqori quvvatga ega engil kompozit materiallarni tayyorlash uchun ishlatilishi mumkin. Bular ko'priklar va inshootlarning yuk ko'taruvchi elementlari, ixcham samolyotlarning yuk ko'taruvchi konstruktsiyalari, turbinalar elementlari, yoqilg'i sarfi juda past bo'lgan dvigatellarning quvvat bloklari va boshqalar. Ayni paytda ular diametri bir nanometrga teng bo'lgan o'nlab mikron uzunlikdagi quvurlar yasashni o'rgandilar.
Yuqori o'tkazuvchan materiallar. Ma'lumki, kristalli grafitda qatlam tekisligi bo'ylab o'tkazuvchanlik ma'lum materiallar orasida eng yuqori va aksincha, varaqga perpendikulyar yo'nalishda past bo'ladi. Shu sababli, nanotubalardan tayyorlangan elektr kabellari xona haroratida mis kabellardan ikki baravar yuqori elektr o'tkazuvchanligiga ega bo'lishi kutilmoqda. Etarli uzunlikdagi va etarli miqdorda quvurlarni ishlab chiqarish texnologiyasiga bog'liq,
Nanoklasterlar
Ko'pgina nanoob'ektlar o'nlab, yuzlab yoki minglab atomlardan tashkil topgan o'ta kichik zarralarni o'z ichiga oladi. Klasterlarning xususiyatlari bir xil tarkibdagi materiallarning makroskopik hajmlarining xususiyatlaridan tubdan farq qiladi. Nanoklasterlardan ham, yirik qurilish bloklaridan ham maqsadli ravishda aniqlangan xususiyatlarga ega yangi materiallarni loyihalash va ularni katalitik reaktsiyalarda, gaz aralashmalarini ajratish va gazlarni saqlash uchun ishlatish mumkin. Masalan, Zn 4 O (BDC) 3 (DMF) 8 (C 6 H 5 Cl) 4. O'tish metallari, lantinoidlar, aktinidlar atomlaridan tashkil topgan magnit klasterlar katta qiziqish uyg'otadi. Ushbu klasterlar o'zlarining magnit momentlariga ega, bu ularning xususiyatlarini tashqi magnit maydon yordamida boshqarish imkonini beradi. Masalan, yuqori spinli organometall molekulasi Mn 12 O 12 (CH 3 COO) 16 (H 2 O) 4. Ushbu oqlangan dizayn tetraedrning uchlarida joylashgan to'rtta spinli 3/2 Mn 4+ ionlaridan va tetraedrni o'rab turgan sakkizta spinli 2 Mn 3+ ionlaridan iborat. Marganets ionlari orasidagi o'zaro ta'sir kislorod ionlari tomonidan amalga oshiriladi. Mn 4+ va Mn 3+ ionlari spinlarining antiferromagnit oʻzaro taʼsiri 10 ga teng boʻlgan ancha katta umumiy spinga olib keladi. Asetat guruhlari va suv molekulalari Mn 12 klasterlarini molekulyar kristallda bir-biridan ajratib turadi. Kristaldagi klasterlarning o'zaro ta'siri juda kichik. Nanomagnitlar kvant kompyuterlari uchun protsessorlarni loyihalashda qiziqish uyg'otadi. Bundan tashqari, ushbu kvant tizimini o'rganish bistabillik va histerezis hodisalarini aniqladi. Molekulalar orasidagi masofa taxminan 10 nanometr ekanligini hisobga olsak, bunday tizimdagi xotira zichligi kvadrat santimetr uchun 10 gigabaytga teng bo'lishi mumkin.
Do'stlaringiz bilan baham: |
