Нанотехнологиялық зерттеулердің өзекті мәселелері

Өзекті нанотехнологиялық зерттеулер Ташполотов Ы. Бір маңызды және өзекті мәселелерін, қатты дене физикасы, физикалық-химиялық механика дисперсті жүйелер және синергетика зерттеу болып табылады процестер структурообразования (қалыптастыру) жаңа фазаның және бұзылу арасындағы байланыс бөлшектер, элементтері (блоктар, құрылымдық қабаттары, микрообластями және т. б.) біртекті және әртекті жүйелер. Қарамастан маңыздылығы процестерді білім жүйелерінің бірқатар іргелі мәселелерін, осы мәселелер болып қалып отыр әлі күнге дейін шешілмеген. Жоқ қатаң жауап мұндай принципті мәселелер механизмі ретінде структурообразования жаңа фазаның өсуі, пленкаларды және кристалдардың, коагуляционная агрегаттау нанобөлшектердің процесінде структурообразования.

Бұл түсіндіріледі бір жағынан, многостадийностью және многофакторностью қаралып отырған құбылыстардың, ал екінші жағынан – бұл зерттеуде осы құбылыстардың қызмет етуіне белгілі бір қырлары сәйкес нақты мақсат қойылмайды, бұл міндет оның жалпы заңдылықтарын білім нано — және микроскопиялық жүйелерді. Осыдан болуы әр түрлі гипотезалар, тұжырымдамалар мен теориялар мүмкіндік беретін, түсіндіру, сол немесе өзге аспект. Зерттеу заңдылықтары процестер структурообразования құруға мүмкіндік береді теориялық негіздері алу әр түрлі наноқұрылымды материалдардың қасиеттері берілген. Функционалдық қасиеттері наноқұрылымды материалдар, өз кезегінде, байланысты олардың дисперсности, табиғат бетіндегі фазааралық өзара іс-қимылдарының шарттары структурообразования және т. б. құру Кезінде нанобөлшектердің өлшемі 1 нм-ден 1 мкм және одан қандай да бір барлық ерекшеліктері жер үсті жай, өйткені бұл жағдайда жоғалады түсінігі, көлемі, т. е. ережелер атомдар бетіне жақын ерекшеленеді ережелерін көлемінде коисталла сондықтан наносистемы далеки от тепе-теңдік болуына байланысты дамыған беті. Осыған байланысты нанодисперсные және дисперсті жай-күйі болып табылады ерекше нысандары неравновесного жай-күйі. Бұл қасиеттер негіздейді бифуркационную табиғатты размерного әсері. Бұл ретте, нанобөлшектер болады параметрі тәртіпті дисперсиялық жүйе ауысу нүктесі арқылы бифуркациялық. Білім беру процесі нанодисперсной конденсированной жүйесін сипатқа самоорганизующийся сипаты, бақыланатын шарты минимум өндіріс энтропия кезінде ауысу арқылы сыни нүктесі.

Бақыланатын алуан түрлілігі бөлшектердің және құрылымдық әртектілігі наносостояния білдіреді заңдар құрылыстар нанобөлшектердің өзге – олар сәйкес келмейтін заңдар пайдаланылатын классикалық физика. С азаюымен мөлшерін құлайды және тән уақыт қатар жүретін алуан түрлі процестерді наносистеме, т. е. өседі, оның ықтимал жылдамдығы. Осылайша, зерттеу нанометрических объектілерін ашуға мүмкіндік береді жаңа деңгейін ұйымдастыру материяның жүрген арасындағы макроскопическим және микроскопическим деңгейлері, т. е. арасындағы макроуровнем және микро-атомарным деңгейі орналасқан ауқымды құрылым деңгейі материя – наномир. Дәл наномире құрылуы мүмкін белгісіз бұрын азық-түлік және технологиялар қабілетті түбегейлі өзгертуге өмірі бүкіл адамзат қоғамының. Мысалдардың бірі көріністері размерного әсерін деректер болып табылады [1] туралы температурасының балқу Tn мөлшерлерінің өзгеру кезінде кристаллитов кейбір металдар (калий, күміс, платина). Бұл деректер көрсетеді, бұл мөлшерлерінің өзгеру кезінде нанобөлшектер металдар 10-ден 2 нм температурасы балқу төмендейді үшін платина 2,4 есеге, күміс – 2,6 есе, ал калий – 3,8 есеге. Ұқсас деректер келтіруге болады неше угодно әртүрлі облыстарынан келген ғылым.

Осы проблемаларды шешу үшін қажет жалпы тетіктері процестер білім құрылымының әртүрлі жүйелердің және интерпретациялау зерттелетін, мүлдем әр түрлі, бірінші қарағаннан-құбылыстар, бірыңғай тұрғысынан. Ортақ ерекшелігі және » жеке және механикалық және химиялық және басқа да неравновесным процестерге тән теңсіздік фазалық ауысу жауап беретін, ерекше нүктелер, яғни нүктелері бифуркациялық бойынша, оларға жету үшін аяқ астынан өзгеретін қасиеттері ортаның негізделген өзін-өзі наноқұрылымдарды [2,3]. Қозғаушы күші өзін-өзі ұйымдастыру наноқұрылымдарды ұмтылу болып табылады ашық жүйелердің стационарлық емес процестер төмендеуіне өндірістің энтропия. Белгілі қабілеті өзін-өзі ұйымдастыру болып табылады жалпы қасиеті ашық жүйелер, яғни жүйелер, мүмкін алмасу энергиясымен қоршаған ортамен. Ал өзара іс-қимыл нанобөлшектердің конденсированной жүйесін алып келетін білім беру фазалардың құрылымын айқындайды, өз кезегінде, сыртқы күштер. Маңызды қолданбалы мәні наносостояния мүмкіндігі болып табылады конвергенция бейорганикалық, органикалық және биологиялық әлемнің және құру невиданных бұрын табиғатта жаңа заттар. 1. Ерекшеліктері бөлу нанобөлшек мөлшері кезінде қайтымсыз процестерде зерттеу Үшін білім беру ерекшеліктері нанобөлшектер мен олардың полимодального сипаттағы бөлу көлемі бойынша қойылып, мынадай тәжірибелер: 1.Бөлшектер магний тотығы алып өртеу фольга магний жалынның спирт оттығы ауа фазасында. Осы сүзгінің түтіндік бұлт орналастырылды патрон электрондық микроскоптың талшықтары перхлорвинила арналған объектілік сетке (живое сечение 0,7 мм2). Іріктелген арналған талшықтарға, осылайша, агрегаттар MgO нысанасы одан әрі электронды-микроскопиялық зерттеу (сур. 1). Бірі-күріш.1 көрініп, жағу нәтижесінде магний фольга ауа ортасында құрылады күрделі наноструктура. Радиусы бөлшектер магний тотығы фракталдық құрылымы өзгеріп отырады 2-ден 11 нм. Бұл радиусы шамамен емес байланысты жану режимін. 2. Бірі тұйық кеңістік-тиімді және высокоэнергетических әсер ету әдістерін бетінің тел қосу болып табылады импульстік лазерлік сәуле.

Бұл жағдайда қуаты лазерлік сәулелену болады үшін жеткілікті айналу жұп және еру кез келген тугоплавкой нысана. Бұл болжауға болады, бұл қысқа уақыт ішінде жер бетіндегі нысана температурасы жетеді бірнеше мың градус кезінде басталады металдың булануы. Нәтижесінде жер бетіндегі нысана құрылады цилиндрлік арна расплавом. Балқыту металдың көлемінде «үкілер» есебінен жүргізіледі, жылу, развиваемого өте жұқа жылу арнада сызығының бойымен құлау лазер сәулесі. Диаметрі жылу арна, жүреді, балқыту, металды, шамамен 1-10 мкм. Беруді тоқтатқаннан кейін лазерлік сәулелік қысым ішіндегі қабын, образующееся арнада, күрт төмендейді, бұл жайылады балқытылған металды жылу арна. Сур.1 Электронды-микроскопиялық суретін алғаш магний тотығы, алынған жағу кезінде фольга магний жалынның спирт оттығы Получающиеся қыздыру кезінде балқымалары және жұп металдар босатып, жылу арна, тез конденсируется және қалыптастыру жүреді бөлшектер әр түрлі дисперсностей, олар өзара іс қимыл жасайды, құрайды кластерлік агрегаттар. Шамасы, кластерлік ауысу бөлшектердің тұрақты жай-күйі арқылы ғана олардың агрегаттау және білім беру фрактальных құрылымдар. Алу үшін мұндай наноқұрылымдарды бізге қойылған келесі эксперимент: Бөлшектер трехокиси вольфрам алып, нәтижесінде сәулелену бетінің нысана – пластинкалар бірі вольфрам – серпін лазерлік сәулелену.

Сур.2 ұсынылды электронды-микроскопиялық фотосуреттер құрылымдардың нанобөлшектердің трехокиси вольфрам. Ұқсас құрылымдар құрылады пайдаланған кезде әр түрлі металл беттерін және әр түрлі буферлік газдардағы. Білім беру процесі сияқты құрылымдық жүйесін ағады, белгілі бір режимде сәулелену бетінің кезде, үлестік қуаты сәулелену құрайды 106 – 107 Вт/см2. Бұл режимде жоқ лазерлік сынамамен және шашырауын бетінің аударылған » сұйық фазаға. Бұл режим сәйкес келеді испарению слабоионизованного жұп бетіндегі. Бетінің температурасы құрайды бірнеше мың градусқа, ал қысым испаренного бу жетеді жүздеген атмосфера. Таралуы буферлік газ байламы испаренных атомдар нысана кеңеюде және салқындатылады. Нәтижесінде конденсация түзілетін сұйық тамшылар есебінен коагуляция біріктіріледі және бір-бірімен және қышқыл бейтараптандырылады. Бұдан әрі тамшы айналады қатты биыл және оларды біріктіруге әкеледі наноструктуру (сур. 2). Математикалық өңдеу электронды-микроскопиялық түсірілімдер жүргізілді екі әдіспен: 1) табу сызықтық өлшемдері нанокластеров. Измерялась ұзындығы «түзу сызықты» учаскелерін тізбегін нанобөлшектер мен болған олардың орташа арифметикалық мәні; Сур.2. <url> трехокиси вольфрам кезінде алынған лазерном буға айналу вольфрам 2) әдісі сандық сурет агрегаттарды нанобөлшектер. Әдістің мәні мынада: фотосурет наноагрегата салынады мөлдір қағаз концентрическими окружностями. Келетін бөлшектер саны агрегат түсетін арасындағы екі жүйелі окружностями. График салынады байланысты санын нанобөлшектердің жылғы радиустарының қоршаған.

Талдау және математикалық деректерді өңдеу эксперимент мынадай тұжырымдар жасауға мүмкіндік берді: а) ұзындығы агрегаттарды нанобөлшектердің өзгеретін дискретті түрде болады: магний тотығы – 0,21; 0,98; 2,21; 4,05 мкм; үш тотықты вольфрам– 0,15; 0,29; 0,70; 1,35; 2,90; 5,4 мкм; б) орташа мәні қарым-қатынастар дәйекті түрде орналасқан басым ұзындығын агрегаттарды нанобөлшектердің құрайды: магний тотығы – ; трехокиси вольфрам – ; в) анықталса, тек ұзындығы агрегаттың нанобөлшектердің бірін қабылдайды басым мөлшерін байқалады бағытын өзгерту тізбегінің бөлшектер немесе разветвление агрегаттың нанобөлшектер. Бұл ретте, өз бағытын өзгертіп, тізбек стремитсяк нысан тұйық қисық. Әрине, мөлшері пор «паутине» агрегаттарды қабылдайды, сондай-ақ дискретті мәндері; г) фрактальный мөлшері агрегаттың нанобөлшектердің (шамасы, сипаттайтын оның рыхлость) D табылған әдісі бойынша сандық сурет (тангенс бұрышының қисық байланысты ), тең болып шықты , бұл тән аэрозольдер коагуляциялық шыққан. Талдау алынған суреттерді көрсетіп, төменгі температуралы және жоғары температуралық алу тәсілдері фрактальных нанобөлшектердің тұтастай береді ұқсас құрылымдар. Бұл оның сипаты, білім беру фрактальных наноқұрылымдарды әмбебап болып табылады, сондықтан болжауға болады, білім мұндай құрылымдар болуы мүмкін және табиғатта әртүрлі төмен температуралы ортада. 2. Электроактивационные нанотехнология Белгілі әсерінен сыртқы факторлар (γ-сәуле шығару, электр өрісі және т. б.) дене шынықтыру сатысындағы процесінің уақытында 10-16…10-11 с болады ионизация молекулалары су. Иондану энергиясы шамамен 14 эВ. Кезінде 10-13…10-9, дене сатысында орын диссоциация молекуласының немесе ион, ішкі айналдыру молекуласындағы немесе ионе, ионды-молекулалық реакция көшіру заряд. Кейін осы екі сатыдан құрылады еркін радикалды өнімдері e–, H+, OH–. Одан әрі химиялық сатысында үшін 10-10…10-7 с орын реакция арасындағы радикалдар реакциялар радикалдардан бастап ерітілген заттар. Процесінің соңында радиолиза су түзіледі кешені химиялық элементтер мен бөлшектердің H2O → e– H, OH, H2 , H2O2, H+, OH–, шағын мөлшерде құрылады сондай-ақ, атомдық оттегі. Белгілі сондай-ақ, бұл суда әрқашан бар молекулалық оттегі, саны-2…5 %.

Сайып келгенде, судағы құрылады сәрсенбі, жоғары мазмұнымен e, H2, H+ (протон), 16O. Ерекшелігі процесс радиолиза тұрады құрылымының өзгеруі сұйықтық және білім иондық кластерлерді [4]. Гидратированный электрон болып табылады ионным үдеткіш үлгідегі XnXm , мұндағы n – молекулалардың саны кластерде, m – саны молекулалардың жақын қабаттардағы. Үшін e– n = 2, 3, 4, 6, 8, ал m жетуі мүмкін жеткілікті үлкен мәндері. Білім беру кластерлерін білдіреді суда түзілетін симметриялы құрылымы, құрамында 2, 3, 4 (тетраэдр), 6 (октаэдр), 8 (куб) жақын орналасқан су молекуласы. Технология ағынды суларды тазарту, сондай-ақ тауып қолдану үлкен электроактивационный әдісін пайдалана отырып, электроактиватора. Олар электроактивационной тазалау өндірістік ақаба және басқа да суларды ауыр металдардың, тұздардың валентті, нитриттер, сульфиттердің, сульфидтер. Эксперименттер бойынша суды тазалау нанотехнологией пайдалана отырып, электроактивационного әдісін және кейінгі тазартылған судың сапасын талдау көрсеткендей, бактерицидтік әрекет электр өрісінің суда көрінеді анық, ол энергия 1,63 эВ, яғни энергия 2,61 10-19 Дж. Кезінде жоғары энергияда электр өрісінің бактерицидтік әрекет көрінеді, барлық генерируемом диапазонында электр энергиясын. Электр өрісі тиімді бұзады барлық бактериялар, вирустар және басқа да микроорганизмдер отырған табиғи және ағынды сулардағы.

Қол жеткізу үшін қажетті суды зарарсыздандыру электр өрісі қажет бірнеше секунд, ал өңдеу кезінде хлормен және озоном жұмсалады 15-тен 30 минут. Әсері суды зарарсыздандыру кезінде қол жеткізіледі шағын энергияда электр өрісінің, бірақ басқа зарарсыздандыру қол жеткізу маңызды электронды-химиялық трансформация көптеген ластаушы заттар. Принципі электроактивационной тазарту суды оны ластаушы қоспалардан тұрады, оның әсерінен электрондардың ие жеткілікті энергиясымен жүреді, судың радиолиз схемасы бойынша: H2O + жылдам электрондар = H2O+ + e — , H2O+ + H2O = H3O+ + «.OH»».OH» — гидроксильный радикал, ол күшті окислителем. Толығырақ: e — +( H2O)n = e , мұндағы e — электрон » сольватной қабығында, жоғары тиімділікпен қалпына келтіреді тотықтары. Өту кезінде электрлік ток арқылы очищаемую суды негізгі басатын әсері болып табылады нәтижесі ықпал етудің белсенді агенттер, т. е. гидроксильного радикал және электрона » сольватной қабығында, қоспалар. Суда, мысалы, мүмкін өтуі реакция қалпына келтіру және тотығу: Fe3 + e- = Fe2+ , Cu2+ + e- = Cu+ , «.OH» + 2Cl = 2OH- + Cl2 . Нәтижесінде қалпына келтірілген металдар алдым да тұнба, газ тәріздес қосылыстар улетучиваются. Сол белсенді химиялық реагенттер, құралатын суда радиолизе, әсер ететіні арналған микроорганизмдер мен бактериялар жояды, т. е. жүреді стерильдеу очищаемой су. Анықталғаны, бұл түзілетін жаңа улы заттар.

Негізгі элементі электроактиватора — жинағы плоскопараллельных темір пластиналары (анод және катод). Көлеміне қарай очищаемой су, мүмкін бір немесе бірнеше блоктарды электроактиваторов. Үлестік шығындар электр энергиясын төмендетілуі мүмкін оңтайландыру есебінен мөлшерін электродтар мен олардың арасындағы қашықтықтар, сондай-ақ ток тығыздығын ластану дәрежесіне ерітінді. Негізінде әдісі жатыр процесі анод еріту металдардың әсерінен арқылы өтетін сұйықтық электр тогының. Көшкен суға катиондар металды (алюминий, темір және т. б.) гидролизуются білімі бар гидроксидов металдар мен белсенді қызмет етеді коагулянтами үшін коллоидты-дисперсті қоспалардың. Нәтижесінде өзара іс-қимыл бөлшектер қоспаларды бөлшектермен электрогенерированного коагулянт құрылады агрегаттар, бөлшектер, ол байланысты ток тығыздығын алдым да тұнба немесе всплывают бетіне сұйықтық түріндегі көбік. Кезінде электроактивации су ерітінділерін маңызды рөл атқарады материал анодтың. Біз әзірлеп, жасап электроактиваторы отырып, темір және алюминий анодами. Эксперименттер көрсетті жоғары тиімділігі темір электродтарын. Кейін электроактивационной суды тазарту құрылады жауын-шашын тұратын гидроксидов металл, негізінен темір. Алдымызда міндеті технологиясын қалыптастыру анод оларды пайдалану үшін электроактивационных құрылғыларда және әсерін анықтау, әр түрлі қоспалар, қоспаларды электрлік қасиеттері белсенді массасы. Осылайша, электроактивационная тазалау, сарқынды және басқа да сулардың мүмкіндік береді ғана емес, санын азайту қоспалар, бірақ және кәдеге жарату өнімдері тазарту өнеркәсібі. Сол арқылы қол жеткізіледі экологиялық және әлеуметтік әсері.

Ұсынылып отырған нанотехнология пайдалана отырып, электроактивационного әдісі болып табылады жаңа тәсіліне технологияларды селективті алу нанопорошков. Азық-ыдырау мүмкін болады, сондай-ақ процесс синтез заттар. Синтезі басталуы мүмкін протон, электрона және сутегі нәтижесінде туындайтын радиолиза су. Кезде үлкен саны протондар мен электрондардың жүруі мүмкін реакция білім нейтрондардың: p + e– → n + ν. Білім дейтерий мүмкін бірі сутегі бойынша реакция 1H + 1H → 2H + e+ + ν + 0,42 МэВ, немесе протондар мен нейтрондар бойынша реакция p + n → 2H + γ. Бұдан әрі болуы мүмкін реакциялар: 2H + 2H → 3не + n; 2H + 2H → 3H + p; 3не + n → 3H + p. Дейтерий және тритий құра алады су. Тұрақсыз изотоп 3H үлкен жартылай ыдырау кезеңі (12 жыл), сондықтан, одан арғы быстротекущих реакциялар оның санауға болады тұрақты 3H + p → 4He + γ; 3H + 2H → 4He + n. Кейін мұндай реакциялар болуы мүмкін мен басқа жолын білім гелий: 2H + 1H → 3не + 5,49 МэВ; 3не + 3He → 4He + 21h үзуінің + 12,86 МэВ. Содан гелий құрылуы мүмкін литий: 3не + 4He → 7Be + 1,58 МэВ; 7 Be + e– → 7Li + ν + 0,06 МэВ. Барлық осы реакциялар жүреді бөле отырып энергия. 3. Өсіру жартылай өткізгіш наногетероструктур жидкофазной эпитаксией пайдалана отырып, жылу эффузии қазіргі уақытта құру жартылай өткізгіш құрылымдардың негізінде нанотехнология өзекті міндет болып табылады.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.