Особый интерес представляют супрамолекулярные материалы, которые, по сути, являются большими молекулами, в которых атомы связаны невалентными межмолекулярными взаимодействиями Ван-дер-Ваальсовыми, электростатическими силами и лиофильными-лиофобными (или гидрофильно-гидрофобными, т.е. основанными на смачивании) [7]. В обычных молекулах преобладают ковалентные и ионные связи.
Так называемые астралены фуллереноподобные материалы и нанотрубки обладают рядом особых характеристик, включая химическую стойкость, высокие прочность, жесткость, ударную вязкость, электро- и теплопроводность. Фуллерены и нанотрубки могут быть диэлектриками, полупроводниками, обладать металлической и высокотемпературной сверхпроводимостью, что определяется особенностями молекулярной симметрии. Эти свойства в сочетании с наномасштабной геометрией делают их почти идеальными для изготовления электрических проводов, сверхпроводящих соединений или устройств, которые с полным основанием можно назвать изделиями молекулярной электроники.
В настоящее время не меньшее значение имеют наноструктурные планарные и одномерные материалы (см. рис. 1). Помимо значительных достижений в создании твердотельных поверхностных и многослойных наноструктур с заданным электронным спектром и необходимыми электрическими, оптическими, магнитными и другими свойствами, ожидается получение суперпроизводительных наноэлектронных вычислительных систем (ультрафиолетовая литография).
Для чего необходимы, например, объемные наноструктурированные материалы конструкционного назначения? Как известно, прогресс в науке и технике немыслим без создания новых типов материалов, отвечающих все более высоким требованиям. Традиционные методы повышения механической прочности материалов путем подбора легирующих элементов и термообработки уже практически исчерпали себя [6]. Создание материалов с элементами структуры размером 10 100 нм позволяет решить данную проблему, причем не только для улучшения их механических характеристик. Разработаны нанокомпозиты с обширным комплексом механических и проводящих свойств, обусловленных уменьшением размера частиц и формированием между ними полукогерентных границ раздела. Материал на таких границах находится в особом аморфном состоянии кристаллитов и является своеобразным буфером в процессах переноса. Это особенно заметно проявляется именно в объемных наноматериалах металлах и сталях, находящихся в ультрамелкозернистом состоянии и имеющих уникальные механические и физические свойства.
Неорганические материалы, которые можно изготовить в виде наноразмерных кристаллитов или составить из наночастиц, охватывают весьма широкий и разнообразный диапазон. Он включает в себя не только фуллерены, углеродные нанотрубки и квантовые точки, но и различные металлы и оксиды металлов, сульфиды, фториды, карбонаты, нитриды, силикаты и некоторые другие материалы. Многие из них можно синтезировать в различных морфологических формах, например, в виде тонкой фольги, нанотрубок (дисульфид молибдена) или нанопроводов (ряд оксидов металлов и нитридов). Другие материалы способны образовывать различные полиморфные формы. Так, диоксид кремния может давать стеклянные наночастицы, кварцевые нанокристаллы или пористые наночастицы, позволяющие осуществить адресную доставку лекарств к клеткам [5]. Частица диоксида титана, расщепленная на турбулярные структуры, показана на фото на стр. (будет указана позже).
Наиболее общая классификация наноматериалов по их структуре на рис. 2.
Перечень наноматериалов, уже применяемых и перспективных для использования в различных сферах производства, представлен на рис. 1.
Большой интерес вызывают технологии, которые либо уже представлены на рынке в виде товара, либо будут использованы в самое ближайшее время. Понятно, что это относится не к фундаментальным исследованиям или работам в области молекулярных компьютеров, наноботов и наноассемблеров.
Сегодня в области наноматериалов проводятся фундаментальные исследования, направленные в основном на изучение особенностей наносостояния (размерный фактор, анизотропия и размерность, морфологические и структурные особенности поверхностей объемных наноматериалов и наноструктур) [2]; разработку новых подходов к созданию наноматериалов, в том числе выявление закономерностей самосборки и самоорганизации [3]; моделирование поведения наноматериалов в различных условиях (деформирование, разрушение, воздействие различных сред и температур) и процессов их формирования.
Как известно, дамасские клинки славились своей исключительной прочностью, витиеватой структурой поверхности и небывалой остротой. Технология их изготовления была утрачена. Согласно легенде, такой клинок мог рассечь надвое упавший на острие лоскут шелка*. Только сложная технология обжига и ковки сравнительно пластичной стали позволяла, видимо, получать композиционную структуру из переплетенных нанотрубок и твердых хрупких карбидных волокон настоящий нанокомпозит ?
Микроструктура дамасской стали:
Электронная микроскопия молекулярной структуры лезвия сабли XVII в. обнаружила включения углеродных нанотрубок и нановолокон из цементита (карбида железа) [1].
Интересен пример из области нанотехнологий, связанный с тайной дамасской стали.
Современная наука развивается, все дальше заглядывая и в глубь материи, и в бесконечные пространства Вселенной. Некоторые понятия переосмысливаются, но уже на новом уровне.
/Академик А.А. Бочвар/
Структура не в меньшей степени определяет свойства, чем состав.
Наноматериалы сегодня
27 октября 2009 г., 19:48
Запомнить
Наноматериалы сегодня - Технологии | Dnevniki.Ykt.Ru
Комментариев нет:
Отправить комментарий