Наноструктуралар ва наноматериаллар ҳАҚида умумий тушунчалар

НАНОСТРУКТУРАЛАР ВА НАНОМАТЕРИАЛЛАР ҲАҚИДА УМУМИЙ ТУШУНЧАЛАР

Раббимов Э, Жўраева Н, Арзиқулов Ф.

Жиззах политехника институти


Нанотехнология ва нанофизика, нанохимия, наноэлектроника уч ўлчовли фазонинг ҳечбўлмаганда битта йўналишида наноўлчамга (1÷100 нм) эга бўлган конденсацияланган моддалар билан ишкўради. Ҳозирги вақтда нанокристаллар ёки наноматериаллар ҳақидаги билимлар қаттиқ жисмлар физикасининг алоҳида йўналиши сифатида шаклланиб бормоқда. Наноструктураларнинг физика-химиясини алоҳида олинган (яккаланган) атомни ўрганувчи атом физикаси билан атомлар сони чексиз бўлган қаттиқ жисмларнинг хоссаларини ўрганувчи физика-химия орасидаги кўприк деб қараш мумкин. Моҳияти бўйича наноструктура – бу қаттиқ жисмнинг кичик бир бўлагидир (фрагментидир). Аммо бундай кичик ўлчамларда наноструктураларнинг хоссалари макромасштабдаги материалларнинг хоссаларидан кучли даражада фарқ қилади. Зарра наноўлчамга ўтиши билан фаза тушунчаси бир мунча ноаниқроқ маъно касб этади: гомоген ва гетероген фазалар орасидаги, аморф ва кристаллик холатлари орасидаги чегараларни аниқлаш қийин бўлади. “Таркиб-хосса», «структура-функция» каби физика-кимёвий тушунчалар“ўлчам” “ўзини ўзи ташкиллаштириш” (самоорганизация) терминлари билан бойийди [1].Нанокристаллар ёки наносистемалар илгари қаттиқ жисмларда кузатилмаган кўпгина физикавий ва кимёвий хоссаларга эга. Наносистемаларнинг одатий бўлмаган хоссалар намоён қилишининг сабаби нимада?- деган савол туғилади. Қисқа қилиб айтадиган бўлсак, бунинг қуйидаги икки сабаби бўлиши мумкин. Бири уларнинг термодинамикавий ҳолатининг классик ҳолатидан фарқ қилиши бўлса, иккинчиси структура элементларининг характерли ўлчамларининг кичкиналашуви билан вужудга келадиган квант эффектларининг пайдо бўлишидир. Модданинг турига қараб 1-5 нм ўлчамли нанозаррада 1000 тагача атом, 5-100 нм ўлчамли нанозаррада эса 10³-10⁸ тагача атом бўлиши мумкин. Нанозарра ёки нанокристалл номлари уларнинг ўлчамлари туфайлигина эмас, балки моддалар 1-100 нм ўлчамларда хоссаларини макроскопик ўлчамларидаги хоссаларига нисбатан кескин, ғайриоддий ўзгаргартирганлиги учун берилган. Нанокристалларнинг ўлчамлари олиниш технологиясига қараб 1 нм дан 100 нм гача, баъзан ундан ҳам каттароқ бўлиши мумкин. Кўп ҳолларда металл ва керамика нанокристаллари учун бу ўлчам 100 нм дан, олмос ва графит учун 50 нм дан, яримўтказгич учун 10 нм дан катта бўлмаслиги кузатилади. Наноматериалларни қуйидаги асосий турларга бўладилар: бириккан наноматериаллар, нано-яримўтказгичлар, нано-полимерлар, нано-биоматериаллар, фуллеренлар ва табуляр ёки нано-тубулен. Бириккан (консолидирланган) наноматериалларга порошокли технология, аморф ҳолатдан кристалланишни назорат қиладиган интенсив пластик деформация ва плёнка ҳамда қопламалар ҳосил қилишнинг турли усуллари билан олинган металлардан, қотишмалардан ва бирикмалардан ташкил топган компакт материаллар, плёнкалар ва қопламалар киради.Нано-яримўтказгичлар, нано-полимерлар ва нано-биоматериаллар яккаланган ҳолатда ҳам, шунингдек, гибрид (аралаш) материаллар ҳосил қилиб, қисман бириккан ҳолатда ҳам бўлиши мумкин. Фуллеренлар Крото, Керли ва Смоли томонидан 1985 йилда графитни гелий оқимида 10000°С температурада буғлатиш йўли билан ҳосилқилган углероднинг аллотроп модификациясидир. Бу кашфиёт учун улар Нобел мукофотини (1996 й.) олганлар.1991 йилда япон олими С. Ишима томонидан графитнинг электр ёйининг буғларида углерод нанонайларинингкашф қилиниши нанокристаллар соҳасидаги яна бир катта ютуқ бўлди. Углероднинг икки ўлчамли модификацияси бўлган графендан ташкил топган кенглиги 10-100 нм бўлган нанолента фавқулотда ноёб хоссаларга эга. Графен 2004 йили кашф қилинган. Графеннинг ноёб хоссаларини биринчи бўлиб курсатган А.К. Гейм ва К.С. Новосёловга 2010 йили физика бўйича Нобел мукофоти такдим этилган. Нанокристаллнинг ўлчами кичиклаша бориб, 1 нм дан кичкина бўлиши билан таркибида ўнтадан бир неча мингтагача атомлар бўлган кластерга айлана бошлайди. Нанокластерлар ва нанокристаллар атомларнинг ёки молекулаларнинг наноўлчамдаги комплексларидир.
1-расм.

Тақсимланиш характери	Кристаллитли			Матрицали
Химиявий таркиби