Слайд 3
НАНОТЕХНОЛОГИИ - ФАНТАСТИЧЕСКИЕ ЗАМЫСЛЫ И
РЕАЛЬНОЕ ВОПЛОЩЕНИЕ
д.х.н. Остроушко
А.А.
Нанотехнологией называется междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности
физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.
Слайд 4
События, предопределившие выход на новый уровень исследований и
технологий
♦ Создание сканирующего туннельного микроскопа (G. Bennig, G. Rohrer,
1982 г. Герд Беннинг, Генрих Рорер, Германия) – прибора, позволяющего осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне. Нобелевская премия 1985 г.
Создание сканирующего атомно-силового микроскопа (G. Bennig, K. Kuatt, K. Gerber, 1986 г.) – позволяет осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими. Нобелевская премия 1992 г.
♦ Открытие новой формы существования углерода в природе - фуллеренов (H. Kroto, R. Curl, R. Smalley, Херальд Крото, Роберт Керл, Ричард Смолли, США 1985 г.) (Нобелевская премия 1996 г.).
Слайд 5
Фуллерены C60 сферы с диаметром приблизительно в один
нанометр.
В соответствии с теоремой Л. Эйлера атомы углерода
образуют 12 правильных пятиугольников и 20 правильных шестиугольников. Молекула названа в честь архитектора Р. Фуллера, построившего дом из пятиугольников и шестиугольников.
С60 С70 С90
Нанотрубка → многослойные трубки, нанолуковицы и пр.
Слайд 6
Фантастические замыслы
Нанотросы.Нить диаметром 1 мм – грузоподъемность 20
Т.
Нанокабели – ток 107 А/см2.
Самовосстанавливающая броня
Слайд 7
Фуллериты – кристаллы образованные из C60 (ГЦК) -
октаэдрические и тетраэдрические полости.
Ведение молекул или ионов в
полости. Щелочные металлы - сверхпроводящий материал ♦3C60 с критической температурой 20-40 K.
С60-этилен ферромагнетик.
Разная хиральность трубок – проводники, полупроводники
(наноэлектроника, нанолитография).
Интеркалирование – изоляторы, сверхпроводники, хранение газов
(водородные двигатели).
Эмиссия электронов – мониторы с пикселем 1 мкм и менее.
Закрытие и открытие интеркалированных нанотрубок – доставка
лекарственных средств к нужному месту.
Реальное воплощение
Графитен
Слайд 8
Фантастические замыслы и реальное воплощение
Слайд 9
Фантастические замыслы
Молекулярные шестерни и насосы: предложены K. E.
Drexler и R. Merkle из IMM (Institute for Molecular
Manufacturing, Palo Alto). Валы шестеренок углеродные нанотрубки, зубцы - молекулы бензола. Характерные частоты вращения шестеренок несколько десятков гигагерц. Устройства “работают” либо в глубоком вакууме, либо в инертной среде при комнатной температуре. Инертные газы используются для “охлаждения” устройства.
Слайд 10
Схема и режимы работы сканирующего туннельного микроскопа.
Слайд 11
Принцип действия сканирующего
атомно-силового микроскопа
Регистрация отклонения лазерного луча
от
первоначально откалиброванного положения
Изображение поверхности
монокристаллического кремния
Слайд 14
Реальное воплощение
Фантастический замысел:
“Алмазная” память для компьютеров.
Зонд – нанотрубка
с полусферой С60
на конце + молекула C5H5N.
Монослой молекул водорода
на подложке,
замещение их на атомы фтора.
100 терабайт/см2
Слайд 16
Нам есть у кого учиться!
ДНК
Белок
Слайд 17
Фантастические замыслы
Эрик Дрекслер “Машины созидания”
Наноассемблеры, (молекулярные роботы)
Слайд 18
Фантастические замыслы
Эрик Дрекслер
Проблема серой слизи
Слайд 19
Фантастические замыслы
Наносексвенатор
Проекты:
искусственный нос, искусственный язык, умная пыль
Каликс-арены.
Слайд 20
Высокоспиновые молекулярные кластеры:
Fe10 (а), Mn6 (б),
Mn12 (в), Fe8(г).
Ионы металлов показаны цветом.
Расстояние между нанокластерами 10
нм.
Плотность памяти может быть порядка 10 гигабайт на квадратный сантиметр.
Нанокластеры сверхмалые частицы, состоящие из десятков, сотен или тысяч атомов. Свойства кластеров кардинально отличаются от свойств макроскопических объемов материалов того же состава. Из нанокластеров, как из крупных строительных блоков, можно целенаправленно конструировать новые материалы с заранее заданными свойствами.
Слайд 21
Молекулярный комплекс нанокластера гептамолибдата аммония с поливиниловым спиртом
Слайд 22
Нанокластеры полиоксометаллата Мо132
Слайд 23
Нанокластеры полиоксометаллатов Мо с ионами РЗЭ
Слайд 24
Результаты сканирующей зондовой микроскопии
Сила трения. Поле 1х1
мкм
Микротвердость. Поле 1х1 мкм
Слайд 25
Нанопорошки Ce0,75Sm0,25O2-d,
полученные путем пиролиза
полимерно-солевых композиций
и
процесс их спекания
Реальное воплощение: ультрадисперсные материалы
Слайд 28
Реальное воплощение.
Получение керамики и покрытий:
топливные элементы,
каталитические
системы,
электроника,
машиностроение,
медицина и т.д.
Слайд 29
Темплатный синтез
Нанокомпозиты: высококоэрцитивные материалы, упрочненные сплавы,
носители лекарств,
бетоны, антимикробные ткани, пьезокомпозиты,
крейзированные полимеры, катализаторы, сорбенты, оптические
материалы.
.
Слайд 30
· Молекулярный дизайн. Препарирование имеющихся молекул и синтез
новых молекул в сильно неоднородных электромагнитных полях.
· Материаловедение. Создание
“бездефектных” высокопрочных материалов, материалов с высокой проводимостью.
Машиностроение, строительство.
· Приборостроение. Создание сканирующих туннельных микроскопов,
атомно-силовых микроскопов, магнитных силовых микроскопов, многоострийных
систем для молекулярного дизайна, миниатюрных сверхчувствительных датчиков,
нанороботов.
· Электроника. Конструирование нанометровой элементной базы для ЭВМ следующего поколения, нанопроводов, транзисторов, выпрямителей, дисплеев, акустических систем.
· Оптика. Создание нанолазеров. Синтез многоострийных систем с нанолазерами.
· Гетерогенный катализ. Разработка катализаторов с наноструктурами для классов реакций селективного катализа.
· Медицина. Проектирование наноинструментария для уничтожения вирусов, локального “ремонта” органов, высокоточной доставки доз лекарств в определенные места живого организма.
· Трибология. Определение связи наноструктуры материалов и сил трения и использование этих знаний для изготовления перспективных пар трения.
· Управляемые ядерные реакции. Наноускорители частиц, нестатистические ядерные реакции.
Области применения нанотехнологий.
Слайд 31
Механика
1. Исследование механических напряжений и деформаций в наноматериалах
и
нанообъектах, анализ трения.
2. Моделирование
движений зонда при целевом манипулировании нанообъектом.
3. Моделирование движений в наномеханизмах для наноустройств, расчет
наноманипуляторов.
4. Разработка систем управления нанороботами.
Электродинамика
1. Моделирование динамики атомов и молекул в предельно неоднородных электро-
магнитных полях, создаваемых многоострийными системами.
2. Расчет электрических и магнитных свойств наноматериалов.
Оптика
1. Моделирование механизмов излучения, распространения и поглощения света в
нанообъектах.
2. Расчет нанолазеров и гибридных систем “зонды + нанолазер”.
Теория самоорганизации
1. Формулировка фундаментальных принципов самосборки наноконструкций.
2. Создание компьютерных алгоритмов самосборки.
3. Разработка вычислительных алгоритмов для качественного анализа моделей
самосборки.
4. Моделирование явлений пространственно-временной самоорганизации при создании
наноматериалов.
Молекулярно-лучевая эпитаксия и нанолитография
1. Создание тонких металлических пленок, служащих основой высококачественных
магнитных материалов.
2. Конструирование базовых элементов наноэлектроники.
3. Создание катализаторов для селективного катализа.
Новые области исследований
Слайд 35
НАНОМАТЕРИАЛЫ
Методы исследования, активного воздействия на них и перспектива
применения.
Слайд 36
1. Нанотехнология…
Молекулярный дизайн, материаловедение
Приборостроение
Электроника
Оптика
Селективный гетерогенный катализ
Медицина
Трибология
Управляемые ядерные реакции
Слайд 37
2. Сканирующая туннельная микроскопия.
Исследователи из Института Электроники
Твердого Тела им. Пауля Друде (Берлин) упорядочили отдельные атомы
различных элементов, получив наноструктуры предопределенного размера и состава.
Слайд 38
3. Атомно-силовая микроскопия (AFM).
Исследователи из технологического института штата
Джорджия (США) разрабатывают новую технологию питания приборов нанометрового размера,
не основанную на использовании громоздких источников, таких, как батареи.
Материал – нанопроводники ZnO.
NSF, NASA, DAPRA.
Слайд 39
4. Медицина, экология, криминалистика.
Слайд 40
5. Демоны Максвелла на наноуровнях бытия.
Наномолекулярный прибор, созданный
учеными из Эдинбурга может перемещать фрагменты молекулы в различные
положения и приводится в действие светом.
Слайд 44
10. Фотонная электроника.
Специалисты американской Национальной лаборатории в Беркли
(Berkeley Lab) и университета Калифорнии там же (University of
California, Berkeley) научились создавать тончайшие оптические проводники и составлять из них необычайно миниатюрные схемы.
Лидером данного исследования является Пэйдун Ян (Peidong Yang), сотрудник лаборатории.
Слайд 45
11. FeCo-нанопровод внутри углеродной нанотрубки
Интернациональный коллектив авторов из
Мексики, США и Японии в журнале Nano Letters.
Получение
наполненных FeCo углеродных нанотрубок термолизом аэрозолей толуольных растворов ферроцена и кобальтоцена в инертной атмосфере.
Трансмиссионная электронная микроскопия высокого разрешения (HRTEM)
Спектроскопия энергетических потерь электронов (EELS)
Сканирующая электронная микроскопия
Электронная дифракция
Рентгенография
SQUID-магнетометрия.
(110) – плоскость
↑ Коэрцетивная сила
Слайд 46
12. Наноалмазы для ВЭЖХ.
Павел Нестеренко (Pavel Nesterenko) и
его коллеги из МГУ им. М.В. Ломоносова смогли достичь
эффективного разделения смесей ароматических углеводородов, используя в качестве неподвижной фазы для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) наноразмерные алмазы.
12000 МПа, 1200°С
Слайд 49
Углеродные нанотрубки.
Свойства. Методы получения. Применение.
Слайд 50
Свойства
1. Механические
Модуль Юнга 1,28-1,8 ТПа
Прочность в 20
раз больше стали
2. Делятся на металлические и полупроводящие.
У металлических
проводимость 1 млрд А/см2
3. Магниторезестивные свойства
4. Способны поглащать большое количество водорода.
Слайд 51
Методы получения
Лазерное испарение
Углеродная дуга
Химическое осаждение паров
Слайд 52
Применение
Полевые транзисторы. Возможная тактовая частота терагерц.
Химические сенсоры.
Провода, теплоотводы.
Катализаторы.
Хранение
водорода.
Слайд 53
1 – монослойная углеродная нанотрубка; 2 – поток
воды
Слайд 54
Чип на базе нанотрубок углерода
Память на основе телескопических
нанотруб
Слайд 55
Электронная интегральная схема
Искусственные мускулы
В 3 раза сильнее биологических,
не боятся высоких температур, вакуума и
многих химических реагентов
Слайд 56
Тонкий дисплей с матрицей из нанотруб, зерно изображения
порядка микрона
Слайд 61
Проблемы современных микроэлектронных устройств:
размер элементов приближается к физическому
пределу, при котором теряются необходимые свойства;
процесс литографии достаточно сложен;
высокое
и нерациональное потребление энергии;
Слайд 62
Классический транзистор:
Carbon Nanotube FET
Слайд 70
Механический нанокомпьютер
Впервые механический компьютер разработан Ч. Беббиджем в
1837 г. (дифференциальная машина)
Слайд 71
CMOS Devices
Solid State Devices
Nano CMOS
Quantum Dot
RTD
Quantum Devices
CNFET
SET
Вычислительные устройства
и устройства хранения информации:
Слайд 72
Источники электрического тока:
высокая емкость;
большая продолжительность жизни;
меньший вес;
низкая цена;
экологическая
безопасность.
Слайд 74
Квантовые точки
Уральский государственный университет им. А.М. Горького.
Химический факультет.
Кафедра
физической химии.
Слайд 75
Термин квантовая точка
Квантовая точка — наноразмерная частица проводника
или полупроводника. Её размер должен быть настолько малым, чтобы
были существенны квантовые эффекты. Это достигается, если кинетическая энергия электрона, обусловленная неопределённостью его импульса, будет заметно больше всех других энергетических величин. Исторически первыми квантовыми точками были нанокристаллы селенида кадмия.
Слайд 76
Сканирующая электронная микрофотография наноструктур различного размера из арсенида
галлия, содержащая квантовые точки.
Примеры
Слайд 77
Свойства
Электрон проводимости в нанокристалле ведёт себя как электрон
в трёхмерной потенциальной яме, он имеет множество стационарных уровней
энергии с характерным расстоянием между ними:
Аналогично атому, при переходе между энергетическими уровнями квантовой точки излучается фотон. Возможно также получить излучение от перехода между более низколежащими уровнями (люминесценция). В отличие от атомов, частотами переходов легко управлять, меняя размеры кристалла.
Люминисценция кристаллов селенида кадмия с длинной волны определяемой размером кристалла была первым наблюдением квантовых точек.
d — характерный размер точки
m — эффективная масса электрона на точке
(точное выражение для уровней энергии зависит от формы точки).
Так выглядит скопление разных квантовых точек, облучаемых лазером
Слайд 78
Зависимости длины волны испускаемого излучения от размеров квантовой
точки для частиц селенида и сульфида кадмия
Слайд 79
На приведённой для квантовой точки из GaAs вольт-амперной
характеристике, видно резонансное туннелирование при переходе на различные дискретные
состояния.
Слайд 80
Перспективы применения и реальное воплощение
Наноэлектронный лазер
микродисковый лазер из
слоя арсенида индия на поверхности арсенида галлия. Различие кристаллической
структуры двух веществ приводит к образованию островков арсенида индия размером около 25 нм, которые и служат квантовыми точками. Затем, с помощью травления, были получены диски диаметром 1.8 мкм на колоннах из арсенида галлия, содержащие около 130 квантовых точек.
Размер диска выбирался таким образом, чтобы создать эффект «шепчущей галереи», когда инфракрасный свет с длиной волны около 900 нм распространяется вдоль края диска. В этой резонансной области содержится около 60 квантовых точек, которые и образуют лазер. Испускание света вызывается освещением на другой, нерезонансной длине волны.
Слайд 81
РНК-терапия с помощью самонаводящихся квантовых точек
В качестве
основного компонента новой платформы используются имеющиеся в продаже квантовые
точки с полиэтиленгликольным покрытием, испускающие свет в ближнем инфракрасном диапазоне, для которого кожа и другие ткани человеческого организма относительно прозрачны.
Покрытие из ПЭГ делает квантовые точки биосовместимыми, а также позволяет присоединить к ним хоминг-пептиды (малые белки, избирательно связывающиеся с определёнными рецепторами в клетках) и малые интерферирующие РНК. Если, к примеру, мишенью пептида является клетка раковой опухоли, а молекула РНК останавливает выработку какого-либо важного для развития опухоли белка, такие частицы могут стать эффективным средством борьбы с опухолью и одновременно — её визуализации.
Слайд 82
Квантовые точки — один из главных кандидатов для
представления кубитов в квантовых вычислениях.
Схематическое изображение спиновых кубитов в
наноленте из графена. Синим цветом изображены «барьерные электроды», разделяющие наноленту на квантовые точки; красным цветом – электроды, посредством которых осуществляется контроль взаимодействия между кубитами.
Схематическое изображение молекулы полиоксометалата PMo12O40(VO)2, отделенной диэлектрическим туннельным барьером от металлического проводника и связанной за счет туннельного взаимодействия G с иглой туннельного микроскопа. Левая и правая стрелки обозначают спины, локализованные в пирамидах VO5 (красный цвет), а центральная стрелка – суммарный спин делокализованных валентных электронов октаэдров MoO6 (синий цвет)
Слайд 83
Заключение
Квантовые точки являются ещё не достаточно хорошо изученным
объектом нанотехнологии. Несмотря на заманчивые идеи применения этих объектов
в современной науке и жизни, до массового использования квантовых точек всё же ещё очень далеко.
Кроме того внедрение таких технологий как квантовые вычисления и наномедицина поднимают множество самых разных этических проблем. Так например, создание квантового компьютера поставит под удар все существующие ныне системы конфиденциального обмена данными, не говоря уже про наномедицину. Вспоминая термин «мирный атом», человек невольно задумывается, что такое нанотехнология – панацея или «новая Хиросима»!?…
Слайд 86
Применение нанотехнологий в медицине
Слайд 87
Перспективы использования
I Диагностика
II Лечение
III Биотехнологические исследования
I Диагностика:
а) по содержанию Н2О2 б) контроль уровня содержания витаминов
Слайд 88
II Лечение:
Рак: Изнутри
Снаружи
нано-иглы
Слайд 89
2. Диабет: использование наностержней ниобата калия
3. Туберкулез
4. Зубы:
Пломба
на основе
нанокомпозита кальция
золотые наночастицы
Слайд 90
III Биоинженерия: введение фрагментов ДНК и РНК при
помощи наноигл (наноалмазов)
Этот белок имеет свойство присоединяться
к витамину
группы В биотину, формируя
связь авидин-биотин.
Рис. 1. Чип нанобиосенсора
IV Разработки
Примеры полученных с помощью лазерного выжигания наноструктур на поверхности «ковра из нанотрубок»
Слайд 91
Применение нанотехнологий в медицине
Слайд 92
Перспективы использования
I Диагностика
II Лечение
III Биотехнологические исследования
I Диагностика:
а) по содержанию Н2О2 б) контроль уровня содержания витаминов
Слайд 93
II Лечение:
Рак: Изнутри
Снаружи
нано-иглы
Слайд 94
2. Диабет: использование наностержней ниобата калия
3. Туберкулез
4. Зубы:
Пломба
на основе
нанокомпозита кальция
золотые наночастицы
Слайд 95
III Биоинженерия: введение фрагментов ДНК и РНК при
помощи наноигл (наноалмазов)
Этот белок имеет свойство присоединяться
к витамину
группы В биотину, формируя
связь авидин-биотин.
Рис. 1. Чип нанобиосенсора
IV Разработки
Примеры полученных с помощью лазерного выжигания наноструктур на поверхности «ковра из нанотрубок»
Слайд 98
Схема получения оксидных наноструктурированных прекурсоров методом
пиролиза ультразвуковых аэрозолей
Слайд 99
Наноструктурированный оксид семейства Ca(Mn,Cu)7O12, полученный методом
пиролиза аэрозолей
Оболочка из
наночастиц размером 30-100 нм.
Химически активны
Однофазные образцы
Слайд 100
«Аэрозольные грибочки». Полые деформированные микросферы,
являющиеся продуктом пиролиза ультразвукового
аэрозоля («тумана»),
состоявшего из микрокапель раствора нитратов кальция, марганца и
меди с
размерами 1-5 микрон. Микросферы образуются за счет испарения воды из капель при прохождении «тумана» через горячую зону (850-9500С) в течение 2-5 секунд. (цифровая растровая электронная микроскопия).
Слайд 102
Структура слоистых двойных гидроксидов.
Слайд 103
«Морской наноёж». Каталитически активный нанокомпозит «алюмосиликат - серебро».
Мезопористые
алюмосиликаты
Аморфный SiO2
Нитевидные частицы серебра
Слайд 104
Пленки мезопористого оксида алюминия с искусственно
варьируемым диаметром пор
«Металлический
лес». Поперечное сечение магнитного нанокомпозита
«мезопоритый
Al2O3-Ni».
Слайд 105
Нити металлического никеля после химического
растворения матрицы мезопористого алюминия.
Слайд 107
Химическое материаловедение – взгляд сквозь призму нанотехнологий д.х.н. Остроушко
А.А.
Нанотехнологией называется междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности
физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.
Слайд 108
События, предопределившие выход на новый уровень исследований в
области нанотехнологий
♦ Создание сканирующего туннельного микроскопа (G. Bennig, G.
Rohrer, 1982 г. Герд Беннинг, Генрих Рорер, Германия) – прибора, позволяющего осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне. Нобелевская премия 1985 г.
Создание сканирующего атомно-силового микроскопа (G. Bennig, K. Kuatt, K. Gerber, 1986 г.) – позволяет осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими. Нобелевская премия 1992 г.
♦ Открытие новой формы существования углерода в природе - фуллеренов (H. Kroto, R. Curl, R. Smalley, Херальд Крото, Роберт Керл, Ричард Смолли, США 1985 г.) (Нобелевская премия 1996 г.).
Слайд 109
Схема и режимы работы сканирующего туннельного микроскопа.
Слайд 110
Принцип действия сканирующего
атомно-силового микроскопа
Регистрация отклонения лазерного луча
от
первоначально откалиброванного положения
Изображение поверхности
монокристаллического кремния
Слайд 112
Фуллерены C60 сферы с диаметром приблизительно в один
нанометр.
В соответствии с теоремой Л. Эйлера атомы углерода
образуют 12 правильных пятиугольников и 20 правильных шестиугольников. Молекула названа в честь архитектора Б. Фуллера, построившего дом из пятиугольников и шестиугольников.
С60 С70 С90
Нанотрубка → многослойные трубки, нанолуковицы и пр.
УНТ
Слайд 113
Нанотросы.Нить диаметром 1 мм – грузоподъемность 20 Т.
Нанокабели
– ток 107 А/см2.
Самовосстанавливающая броня
Углеродные нанотрубки (УНТ)
Слайд 114
Углеродные нанотрубки (УНТ) и др. наноматериалы:
биомедицинское применение (микрокапсулы,
сорбенты, гипертермия …)
Слайд 115
Фуллериты – кристаллы образованные из C60 (ГЦК) -
октаэдрические и тетраэдрические полости.
Ведение молекул или ионов в
полости. Щелочные металлы - сверхпроводящий материал ♦3C60 с критической температурой 20-40 K.
С60-этилен ферромагнетик.
Разная хиральность трубок – проводники, полупроводники
(наноэлектроника, нанолитография).
Интеркалирование – изоляторы, сверхпроводники, хранение газов
(водородные двигатели).
Эмиссия электронов – мониторы с пикселем 1 мкм и менее.
Закрытие и открытие интеркалированных нанотрубок – доставка
лекарственных средств к нужному месту.
Графитен
Углеродные нанотрубки (УНТ), фуллериты
Слайд 117
Перспективы:
“Алмазная” память для компьютеров.
Зонд – нанотрубка с полусферой
С60
на конце + молекула C5H5N.
Монослой молекул водорода на подложке,
замещение
их на атомы фтора.
100 терабайт/см2
“Наноманипуляции”
Слайд 118
Фантастические замыслы
Эрик Дрекслер
Проблема серой слизи
Слайд 119
Наномолекулярный прибор, созданный учеными из Эдинбурга может перемещать
фрагменты молекулы в различные положения и приводится в действие
светом.
Хемионика, супрамолекулярная химия
Ж.М. Лен (нобелевская премия 1987 г.
совместно с Дж. Крамом и Ч. Педерсеном)
Проекты:
искусственный нос,
искусственный язык,
умная пыль
Каликс-арены:
Слайд 120
Фантастические замыслы
Наносексвенатор
Проекты:
искусственный нос, искусственный язык, умная пыль
Каликс-арены.
Слайд 124
Фантастические замыслы
Молекулярные шестерни и насосы: предложены K. E.
Drexler и R. Merkle из IMM (Institute for Molecular
Manufacturing, Palo Alto). Валы шестеренок углеродные нанотрубки, зубцы - молекулы бензола. Характерные частоты вращения шестеренок несколько десятков гигагерц. Устройства “работают” либо в глубоком вакууме, либо в инертной среде при комнатной температуре. Инертные газы используются для “охлаждения” устройства.
Слайд 126
РАЗРАБОТКИ ХИМИКОВ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Слайд 127
Разработка новых оксидных материалов с заданными функциональными свойствами
Сложнооксидные
порошки, керамика,
покрытия
Покрытия на ВПЯМ – катализаторы (наноструктурирование)
Слайд 128
Нанопорошки Ce0,75Sm0,25O2-d,
полученные путем пиролиза
полимерно-солевых композиций
и
процесс их спекания
Ультрадисперсные материалы
Слайд 129
Функциональные покрытия на кермете – электроды топливных элементов
Исходный
порошок агрегированных наночастиц
Нанопорошки, кермика, покрытия
Слайд 130
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
Получение и испытание лабораторного реднетемпературного топливного элемента (ТОТЭ) на
основе нанопорошковых технологий
Рис.9. Планарная ячейка ТОТЭ
Катод LiNiO2
Анод - кермет Ni-Ce0.8Sm0.2O2
Электролит - смесь Ce0.8Sm0.2O2 + NaOH
0.1±0.05 мм
0.5±0.1 мм
Вольт-амперная характеристика среднетемпературного топливного элемента. Мощность 105 мВт/см2 (800°С), напряжение разомкнутой цепи - 0,85 В.
Слайд 131
Ультрадисперсные материалы (каталитические покрытия и их эволюция)
Слайд 132
Наноструктурированные объекты (каталитические покрытия)
Слайд 133
Применение наноструктурированных катализаторов:
-Процессы органического синтеза
-Инфракрасные тепловыделяющие элементы
-Катализаторы для защиты атмосферы
от выбросов токсичных веществ и т.д.
Термокаталитические устройства обеспечивают нейтрализацию комплекса токсичных веществ, включая канцерогенные:
углеводородов, в т.ч. ароматических;
спиртов; кетонов;
нитрилов; оксидов азота;
сажи; угарного газа;
сложных эфиров, альдегидов, органических кислот и пр.
Рабочие температуры 80-600ОС
Удельная нагрузка до 100 000 ч-1
Срок эксплуатации 2 года и более.
Нанесенные на пеноникель сложнооксидные
катализаторы.
Слайд 134
Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
•Автомобильный, железнодорожный, водный и другие виды транспорта;
•
Теплоэнергетика, химическая промышленность, полиграфия;
• Металлургия, машиностроение и пр. отрасли;
• Очистка воздуха в быту и медицине.
ПРЕИМУЩЕСТВА
♦Снижение себестоимости за счет отсутствия металлов платиновой группы;
♦Возможность варьирования состава сложных оксидов;
♦Адаптация катализаторов к реальным условиям эксплуатации;
♦Устойчивость к каталитическим ядам;
♦ Простота технической реализации.
♦ Имеются методики регенерации и
утилизации.
Термокаталитические устройства
Слайд 135
РАЗРАБОТКИ ХИМИКОВ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Слайд 136
Полимерно-солевые нанокластерные композиции
Строение комплексов гептамолибдата аммония с поливиниловым
спиртом
Новые свойства и применение:
►наведенная жесткость цепей при
комплексообразовании;
►каталитическая активность
(катализаторы
“мягкой” химии);
►обратимые и колебательные
фотохимические реакции;
►термохимическое генерирование
зарядов;
►прекурсоры для синтеза оксидных
материалов;
►сенсоры
Слайд 137
Средства контроля окружающей среды
ИСЭ с мембранами из полимерно-соле-
вых композиций
Разработка и аналитическая аттестация новых твердотельных и заполненных ионоселективных электродов (ИСЭ) для определения в продуктах металлургического и других производств, объектах окружающей среды различных элементов:
♦вольфрама
♦молибдена
♦ванадия
•Экспрессное прямое или титриметрическое
определение металлов;
• Высокая чувствительность и порог обнаружения
(до 10-4-10-6 моль/л);
• Прочность, простота, отсутствие жидкостного
заполнения;
• Использование в комплекте со стандартной
измерительной аппаратурой.
Токоподвод
Ионселективная мембрана
Корпус
Исследуемый
раствор
Контактный сплав
Электрод срав-
нения
ИСЭ
«Ионоселективный электрод для определения
концентрации кислородсодержащих ионов вольфрама,
молибдена и ванадия и способ изготовления
ион-селективного электрода».
Заявка на пат. РФ №2007126206/28(028521)
от 09.07.2007.
Слайд 138
Нанокластеры полиоксометаллатов
Нанокластеры полиоксометаллатов Мо
с ионами РЗЭ
Слайд 139
Высокоспиновые молекулярные кластеры:
Fe10 (а), Mn6 (б),
Mn12 (в), Fe8(г).
Ионы металлов показаны цветом.
Расстояние между нанокластерами 10
нм.
Плотность памяти может быть порядка 10 гигабайт на квадратный сантиметр.
Нанокластеры сверхмалые частицы, состоящие из десятков, сотен или тысяч атомов. Свойства кластеров кардинально отличаются от свойств макроскопических объемов материалов того же состава. Из нанокластеров, как из крупных строительных блоков, можно целенаправленно конструировать новые материалы с заранее заданными свойствами.
Слайд 140
Нанокластерные полианионы
(Мо132)
Голубой блок {MoO7}
Синий блок {MoO6}
Красный блок
MoV
Х= HCO2, CH3CO2, ClCH2CO2
Возможное использование:
-катализаторы;
-селективные сорбенты;
-модификаторы полимерных
материалов
A.Müller, E.Krickemeyer, H.Bögge, M.Schmidtmann and F.Peters Organizational Forms of Matter: An Inorganic Super Fullerene and Keplerate Based onMolybdenum Oxide // Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, No. 24
A.Müller, V.P.Fedin, C.Kuhlmann, H.Bögge and M.Schmidtmann A hydrogen-bonded cluster with ‘onion-type’ structure, encapsulated and induced by a spherical cluster shell: [(H2O)nMoVI72MoV60O372(HCO2)30(H2O)72]42- //
Chem. Commun., 1999, 927–928
Слайд 141
Нанокластеры полиоксометаллата Мо132
Слайд 142
Полимерно-солевые композиции с нанокластерными
полианионами
(Мо132)
Грант РФФИ 07-03-00362
“Изучение композиций на основе нанокластерных молибденсодержащих
полиоксометаллатов и водорастворимых неионогенных полимеров”
Комплекс с поливиниловым спиртом
ЭПР спектры комплекса Мо132 с ПВС (а) и чистого поливинилового спирта (б) после бомбардировки рентгеновсим пучком (80 мин)
Новые явления:
-способ комплексообразования;
-стабилизация полимерного
компонента;
-растворимость полимера в
кристаллах букибола Мо132
Слайд 143
Сканирующая зондовая микроскопия поверхности полимерных материалов,
модифицированных нанокластерными
солями
Сила трения. Поле 1х1 мкм
Микротвердость. Поле 1х1 мкм
Слайд 144
Молекулярный комплекс нанокластера гептамолибдата аммония с поливиниловым спиртом
Слайд 145
Средства контроля окружающей среды
ИСЭ с мембранами из полимерно-соле-
вых композиций
Разработка и аналитическая аттестация новых твердотельных и заполненных ионоселективных электродов (ИСЭ) для определения в продуктах металлургического и других производств, объектах окружающей среды различных элементов:
♦вольфрама
♦молибдена
♦ванадия
•Экспрессное прямое или титриметрическое
определение металлов;
• Высокая чувствительность и порог обнаружения
(до 10-4-10-6 моль/л);
• Прочность, простота, отсутствие жидкостного
заполнения;
• Использование в комплекте со стандартной
измерительной аппаратурой.
Токоподвод
Ионселективная мембрана
Корпус
Исследуемый
раствор
Контактный сплав
Электрод срав-
нения
ИСЭ
«Ионоселективный электрод для определения
концентрации кислородсодержащих ионов вольфрама,
молибдена и ванадия и способ изготовления
ион-селективного электрода».
Заявка на пат. РФ №2007126206/28(028521)
от 09.07.2007.
Слайд 146
Нанокластеры полиоксометаллатов
Нанокластеры полиоксометаллатов Мо
с ионами РЗЭ
Слайд 147
Темплатный синтез
Нанокомпозиты: высококоэрцитивные материалы, упрочненные сплавы,
носители лекарств,
бетоны, антимикробные ткани, пьезокомпозиты,
крейзированные полимеры, катализаторы, сорбенты, оптические
материалы.
.
Слайд 148
Реальное воплощение.
Получение керамики и покрытий:
топливные элементы,
каталитические
системы,
электроника,
машиностроение,
медицина и т.д.
Слайд 149
Электронная микрофотография образца полиэтилентерефталата, деформированного в н-пропаноле. (Увел.
1000.)
Крейзирование полимеров
Слайд 150
Пленки мезопористого оксида алюминия с искусственно
варьируемым диаметром пор
«Металлический
лес». Поперечное сечение магнитного нанокомпозита
«мезопоритый
Al2O3-Ni».
Металлические наноматериалы
Слайд 151
· Молекулярный дизайн. Препарирование имеющихся молекул и синтез
новых молекул в сильно неоднородных электромагнитных полях.
· Материаловедение. Создание
“бездефектных” высокопрочных материалов, материалов с высокой проводимостью.
Машиностроение, строительство.
· Приборостроение. Создание сканирующих туннельных микроскопов,
атомно-силовых микроскопов, магнитных силовых микроскопов, многоострийных
систем для молекулярного дизайна, миниатюрных сверхчувствительных датчиков,
нанороботов.
· Электроника. Конструирование нанометровой элементной базы для ЭВМ следующего поколения, нанопроводов, транзисторов, выпрямителей, дисплеев, акустических систем.
· Оптика. Создание нанолазеров. Синтез многоострийных систем с нанолазерами.
· Гетерогенный катализ. Разработка катализаторов с наноструктурами для классов реакций селективного катализа.
· Медицина. Проектирование наноинструментария для уничтожения вирусов, локального “ремонта” органов, высокоточной доставки доз лекарств в определенные места живого организма.
· Трибология. Определение связи наноструктуры материалов и сил трения и использование этих знаний для изготовления перспективных пар трения.
· Управляемые ядерные реакции. Наноускорители частиц, нестатистические ядерные реакции.
Области применения нанотехнологий.
Слайд 152
Механика
1. Исследование механических напряжений и деформаций в наноматериалах
и
нанообъектах, анализ трения.
2. Моделирование
движений зонда при целевом манипулировании нанообъектом.
3. Моделирование движений в наномеханизмах для наноустройств, расчет
наноманипуляторов.
4. Разработка систем управления нанороботами.
Электродинамика
1. Моделирование динамики атомов и молекул в предельно неоднородных электро-
магнитных полях, создаваемых многоострийными системами.
2. Расчет электрических и магнитных свойств наноматериалов.
Оптика
1. Моделирование механизмов излучения, распространения и поглощения света в
нанообъектах.
2. Расчет нанолазеров и гибридных систем “зонды + нанолазер”.
Теория самоорганизации
1. Формулировка фундаментальных принципов самосборки наноконструкций.
2. Создание компьютерных алгоритмов самосборки.
3. Разработка вычислительных алгоритмов для качественного анализа моделей
самосборки.
4. Моделирование явлений пространственно-временной самоорганизации при создании
наноматериалов.
Молекулярно-лучевая эпитаксия и нанолитография
1. Создание тонких металлических пленок, служащих основой высококачественных
магнитных материалов.
2. Конструирование базовых элементов наноэлектроники.
3. Создание катализаторов для селективного катализа.
Новые области исследований
Слайд 157
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ !
Приглашаем к сотрудничеству: Универ, лаб.316
(к Сан Санычу)
Слайд 159
Получение и свойства сложнооксидных наноматериалов.
Слайд 160
Основные методы синтеза:
Химические:
Способ осаждения
Способ восстановления и термического разложения
Физические:
Газофазный
синтез
Плазмохимический синтез
Электровзрыв
Механические методы:
Детонационный синтез
Механосинтез
Слайд 161
Рис. 1. Схема установки для получения наноматериалов методом
газофазного синтеза
Рис 2. Экспериментальная плазмохимическая установка
Слайд 162
Некоторые уникальные свойства нанооксидов
Отличие температур плавления
Размеров
кристаллических решеток
Изменение магинитных свойств
Химический размерный эффект
Изменинеие значение теплоемкости
Магнитные свойства
Оптические
свойства
Слайд 163
Использованная литература:
А.И. Гусев. Нанокристаллические материалы: методыполучения их свойства.
УрО РАН ИХТТ 1998 г.
А.И. Гусев, А.А. Ремпель. Нанокристаллические
материалы. Москва, 2000г.
А.П. Королев, С.Н. Баршутин. Автоматизация технологического проектирования РЭС: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006.
А. Мальцев. Сверхтвердые наносплавы. В мире науки, февраль 2006г.
Слайд 166
РАЗРАБОТКИ ХИМИКОВ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
д.х.н. Остроушко А.А.
Слайд 167
Разработка новых материалов с заданными функциональными свойствами
Сложнооксидные
порошки,
керамика,
покрытия
Покрытия на ВПЯМ – катализаторы (наноструктурирование)
Слайд 168
Функциональные покрытия на кермете – электроды топливных элементов
Исходный
порошок агрегированных наночастиц
Нанопорошки, кермика, покрытия
Слайд 170
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
Получение и испытание лабораторного реднетемпературного топливного элемента (ТОТЭ) на
основе нанопорошковых технологий
Рис.9. Планарная ячейка ТОТЭ
Катод LiNiO2
Анод - кермет Ni-Ce0.8Sm0.2O2
Электролит - смесь Ce0.8Sm0.2O2 + NaOH
0.1±0.05 мм
0.5±0.1 мм
Вольт-амперная характеристика среднетемпературного топливного элемента. Мощность 105 мВт/см2 (800°С), напряжение разомкнутой цепи - 0,85 В.
Слайд 171
Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ
Термокаталитические
устройства обеспечивают нейтрализацию комплекса токсичных веществ, включая канцерогенные:
углеводородов,
в т.ч. ароматических;
спиртов; кетонов;
нитрилов; оксидов азота;
сажи; угарного газа;
сложных эфиров, альдегидов, органических кислот и пр.
Рабочие температуры 80-600ОС
Удельная нагрузка до 100 000 ч-1
Срок эксплуатации 2 года и более.
Нанесенные на пеноникель сложнооксидные
катализаторы.
Слайд 172
Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
•Автомобильный, железнодорожный, водный и другие виды транспорта;
•
Теплоэнергетика, химическая промышленность, полиграфия;
• Металлургия, машиностроение и пр. отрасли;
• Очистка воздуха в быту и медицине.
ПРЕИМУЩЕСТВА
♦Снижение себестоимости за счет отсутствия металлов платиновой группы;
♦Возможность варьирования состава сложных оксидов;
♦Адаптация катализаторов к реальным условиям эксплуатации;
♦Устойчивость к каталитическим ядам;
♦ Простота технической реализации.
♦ Имеются методики регенерации и
утилизации.
Термокаталитические устройства
Слайд 173
Полимерно-солевые нанокластерные композиции
Строение комплексов гептамолибдата аммония с поливиниловым
спиртом
Слайд 174
Нанокластерные полианионы
(Мо132)
Голубой блок {MoO7}
Синий блок {MoO6}
Красный блок
MoV
Х= HCO2, CH3CO2, ClCH2CO2
Возможное использование:
-катализаторы;
-селективные сорбенты;
-модификаторы полимерных
материалов
Слайд 175
Средства контроля окружающей среды
ИСЭ с мембранами из полимерно-соле-
вых, сложнооксидных композиций, интер- калированых дихалькогенидов титана
Разработка и аналитическая аттестация новых твердотельных и заполненных ионоселективных электродов (ИСЭ) для определения в продуктах металлургического и других производств, объектах окружающей среды различных элементов:
♦никеля
♦свинца
♦хрома (III)
♦серебра
♦кобальта
♦железа (III)
♦молибдена
♦ванадия и др.
•Экспрессное прямое или титриметрическое
определение металлов;
• Высокая чувствительность и порог обнаружения
(до 10-4-10-6 моль/л);
• Прочность, простота, отсутствие жидкостного
заполнения;
• Использование в комплекте со стандартной
измерительной аппаратурой.
Токоподвод
Ионселективная мембрана
Корпус
Исследуемый
раствор
Контактный сплав
Электрод срав-
нения
ИСЭ
Слайд 176
Сканирующая зондовая микроскопия поверхности
модифицированных нанокластерными солями полимерных
материалов
Сила трения. Поле 1х1 мкм
Микротвердость. Поле 1х1 мкм
Слайд 177
Прикладные разработки для промышленных предприятий и исследования для
научных партнеров
Исследование продуктов коррозии
Изучение твердофазных взаимодействий
Исследование поведения сложных объектов
(полимерно-солевые среды)
Слайд 180
КОМПОЗИЦИИ C НАНОКЛАСТЕРАМИ ТИПА БУКИБОЛА Mo132: (NH4)42[MoVI72 MoV60O372(HCO2)30(H2O)72].30HCO2Na.250H2O
Слайд 181
Водорастворимые неионогенные полимеры
Слайд 183
Строение Мо132-аниона
Х= HCO2, CH3CO2, ClCH2CO2
Слайд 184
Упаковка Мо132 в кристалле
A.Müller, E.Krickemeyer, H.Bögge, M.Schmidtmann
and F.Peters Organizational Forms of Matter: An Inorganic Super
Fullerene and Keplerate Based onMolybdenum Oxide // Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, No. 24
A.Müller, V.P.Fedin, C.Kuhlmann, H.Bögge and M.Schmidtmann A hydrogen-bonded cluster with ‘onion-type’ structure, encapsulated and induced by a spherical cluster shell: [(H2O)nMoVI72MoV60O372(HCO2)30(H2O)72]42- //
Chem. Commun., 1999, 927–928
Слайд 185
Строение комплексов гептамолибдата аммония (ГМА) с поливиниловым спиртом
(ПВС)
Слайд 186
Соотношение размеров Мо132 и ГМА-ПВС
Слайд 187
Комплексное исследование систем c Mo132
КАТАЛИТИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
Слайд 188
Спектры поглощения систем
поливиниловый спирт–Mo132–вода
и Mo132-вода
Слайд 189
In a unit volume of a solution contains
n0 polyanions and c0 polymeric chains;
n1 and n2 =
n0 - n1 - quantity of the polyanions loose and bound to polymer;
x1=n1/n0, x2=1-x1=n2/n0, y=c2/c0, where
x1 and x2 a part of the polyanions loose and connected to polymer; y - a part of the macromolecules bound to polyanions;
φc=n0vc - volume concentration of polyanions in system; vc - conditional volume of polyanion;
φp=n0vp - volume ratio of polymer in system; vp - effective volume of a macromolecule;
Ucp - interaction energy of polyanions with polymeric chains;
Ucc - interaction energy between the polyanions adjoined to a chain of polymer;
Lp - efficient length of a macromolecule of polymer;
lc - the efficient size of polyanion in a corresponding direction;
N - quantity of active centers on each of chains.
ƒ min - ?
Distribution of polyanions between polymeric chains
Слайд 190
Distribution of polyanions between polymeric chains
Results of calculation
of polyanions distribution between macromolecules for system with quantity
of active centers on macromolecules N = 250: 1 –Ratio of macromolecules and polyanions quantity
c0 : n0 = 100 : 2167;
2 - c0 : n0 = 100 : 1161; 3 - c0 : n0 = 100 : 387.
Uсс - Interaction energy between polyanions (kT); 1-y – Part of loose chains of polymer.
Слайд 191
Distribution of polyanions within the limits of one
chain
Results of calculation of distribution of polyanions along a
polymeric chain.
Uсс - interaction energy between polyanions (kT); X - a part of the chain length, falling a conditional phase with the increased concentration of polyanions
.
Слайд 192
Фотохимические свойства системы ПВС-ГМА
Спектрофотометрия
ПВС (Mr 15000), УФ-облучение
при 0ОС, реокисление при 20ОС (1); облучение и реоксиление
при 0ОС (2). Стрелками показан момент прекращения облучения.
Слайд 193
Фотогальванический потенциал
Система Мо132-ПВС-вода
Система ГМА-ПВС-вода
0
-12
-24
Фотохимические
свойства Мо132
Слайд 194
Концентрационная зависимость по Мо132 потенциала электродов ПВС-ГМА (параллельные
эксперименты)
Слайд 195
Взаимодействие Мо132 с ионами Lа3+
Титрование нитрата лантана 5,3*10-3
моль/л (V=10,00 мл) раствором Мо132 5,3*10-6 моль/л
Потенциометрия
Кондуктометрия
Слайд 196
Взаимодействие полиоксометаллатов с ионами Ln3+
N.V.Izarova, M.N.Sokolov, D.G. Samsonenko,
A.Rothenberger,
D.Yu.Naumov, D.Fenske and V.P.Fedin One-, Two-, and Three-Dimensional Coordination
Polymers Built from Large
Mo36-Polyoxometalate Anionic Units and Lanthanide Cations // Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 4985–4996
Слайд 197
Дифрактограммы Мо132, Мо132-ПВП и ПВП
Слайд 198
Результаты сканирующей зондовой микроскопии
Сила трения. Поле 1х1
мкм
Микротвердость. Поле 1х1 мкм
Слайд 199
ЭПР-спектроскопия
Система Мо132-ПВС
После облучения
g-фактор=1,95
Фоновый спектр
Система ГМА-ПВС
после
облучения,
g=1,944; 2,002
Система ГМА-ПВС
исходный спектр
Слайд 200
Дифрактограммы Мо132 исходного, 100°С и 170оС
Слайд 201
ДТГ
ТГ
ДТА
89°С
138°С
166°С
362°С
390°С
631°С
~700°С
Термический анализ Мо132
Слайд 202
Термический анализ системы Мо132-ПВП
110°С
384°С
416°С
440°С
695°С
ДТА
ДТГ
ТГ
Слайд 203
Электрофизические свойства пленок Мо132 - ПВС
Слайд 204
Электрофизические свойства пленок Мо132 - ПВС
Слайд 205
Электрофизические свойства пленок Мо132 - ПВС
Слайд 206
Электрофизические свойства пленок Мо132 - ПВС
Слайд 207
Каталитическая активность в реакции окисления
α-пинена
Слайд 208
Выводы
Изучены оптические, поверхностные, фотохимические, термические, электрохимические, электрофизические и
каталитические свойства Mo132 и систем Мо132-ПВС и Мо132-ПВС-вода.
Установлено, что
Mo132 образует молекулярные комплексы с полимерами.
Обнаружена способность в системы Мо132-ПВС-вода к фотохимическому окислению.
Вследствие наличия в Мо132 восстановленного молибдна сшивка при термообработке и облучении ультрафиолетовым излучением ПСК не происходит, Мо132 обладает “антиоксидантным” действием по отношению к полимеру.
Обнаружена способность Мо132 в водном растворе к специфической сорбции на электродных мембранах на основе ГМА-ПВС. Установлено, что чувствительность электродов с такими мембранами к Мо132 выше, чем к ГМА.
Слайд 209
Выводы
Методом потенциометрического титрования с использованием ионоселективного электрода установлено,
что Мо132 с La3+ образует ассоциаты (электродная функция является
катионной). В частности, с соотношением Mo13242-:La3+=1:384 (MoO42-: La3+=1:2,2). Данные хорошо коррелируют с результатами кондуктометрического титрования.
Установлен характер термических явлений, протекающих при нагревании молибдена132 и системы Мо132-ПВПД. Установлен ступенчатый характер термодеструкции молибдена132.
Определены механизмы электропереноса в пленочных образцах ПВС, допированных Мо132. Обнаружена способность только к ионному переносу, который сопровождается частичной деструкцией комплекса.
Установлено наличие каталитической активности Мо132 в реакции окисления α-пинена.
Слайд 213
КОМПОЗИЦИИ C НАНОКЛАСТЕРАМИ ТИПА БУКИБОЛА Mo132: (NH4)42[MoVI72 MoV60O372(HCO2)30(H2O)72].30HCO2Na.250H2O
Слайд 215
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
СИНТЕЗ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ Zr0.9Y0.1O2, La1-xSrxMnO3, Ce0.8Sm0.2O2, LiNiO2, И ФОРМИРОВАНИЕ
НА ИХ ОСНОВЕ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОЛИТА, КАТОДОВ-КАТАЛИЗАТОРОВ И АНОДА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
Слайд 216
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
физико-химическая проработка технологии получения высокодисперсных порошков и формирования
на их основе газоплотных пленочных, керамических и композиционных образцов
ОБЪЕКТЫ:
сложные оксиды: Группа I [Zr0.9Y0.1O2] - электролит, [Ni+ Zr0.9Y0.1O2] – анод, [La1-xSrxMnO3] – катод.
Группа II: [Ce0.8Sm0.2O2,NaOH] – электролит, [Ni- Ce0.8Sm0.2O2] – анод [LiNiO2]– катод.
ОБРАЗЦЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ:
планарные системы «пористый электрод – плотный электролит», обеспечивающие работу отдельных элементов и блоков различных энергетических установок: твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ).
МЕТОД СИНТЕЗА ПОРОШКОВ
пиролиз полимерно-солевых композиций.
Слайд 217
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
Синтез порошков Ce0.8Sm0.2O2
Метод самовоспламеняющегося пиролиза полимерно-солевых композиций (СВ-ППСК)
Метод спрей-пиролиза полимерно-солевых композиций (Спрей-ППСК)
Рис.1. Микрофотография среднестатистической частицы образца Ce0.8Sm0.2O2 .
Рис.2. Гранулометрический состав образца Ce0.8Sm0.2O2.
самораспространяющегося
СР-ППСК)
Слайд 218
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
Синтез порошков Ce0.8Sm0.2O2 (продолжение)
Рис.3. Дилатометрическая кривая образца, полученного «сухим»
гидростатическим прессованием из порошка Ce0.8Sm0.2O2.
Слайд 219
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
Дезагрегация и диспергирование синтезируемых порошков
Рис.4. Микрофотография среднестатистических частиц
образцов Ce0.8Sm0.2O2, полученных методом спрей-ППСК в ультразвуковом поле.
Рис.5. Гранулометрический состав образца Ce0.8Sm0.2O2, полученного методом спрей-ППСК в ультразвуковом поле.
Слайд 220
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
Рис. 6. Распределение фракций порошков в образцах Ce0.8Sm0.2O2, полученных
методом Спрей-ППСК в отсутствии (1) и при воздействии (2) ультразвукового поля.
Дезагрегация и диспергирование порошков (продолжение)
Рис 6а. Диспергирование под действием
ультразвукового поля и ПАВ частиц YSZ.
Слайд 221
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
Получение тонкопленочных (~50 мкм), газоплотных электролитных покрытий
Формование анода-носителя
(Ni–кермет)
Методы нолучения покрытий: I спрей-пиролизное нанесение их на горячие подложки Ni–кермет анод La1-xSrxMnO3 -катод); II - сеткография.
Рис.7. Покрытие Zr0.9Y0.1O2 на Ni-кермете (×70)
Рис.8. Сеткографическое покрытие Ce0.8Sm0.2O2 на Ni-кермете (×70)
Слайд 222
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
Получение и испытание лабораторного элемента среднетемпературного ТОТЭ
Рис.9. Планарная
ячейка ТОТЭ
Катод LiNiO2
Анод - кермет Ni-Ce0.8Sm0.2O2
Электролит - смесь Ce0.8Sm0.2O2 + NaOH
0.1±0.05 мм
0.5±0.1 мм
Рис. 10. Вольт-амперная характеристика среднетемпературного топливного элемента. Мощность 105 мВт/см2 (800°С), напряжение разомкнутой цепи - 0,85 В.
Слайд 223
Химический факультет, Уральский государственный университет им. А.М.Горького, Екатеринбург,
Россия
Заключение
Отработаны оптимальные режимы стадий спрей-пиролизного синтеза высокодисперсных оксидных порошков
для последующего получения материалов: электролитов (Zr0.9Y0.1O2, Ce0.8Sm0.2O2) и электродов
(La1-xSrxMnO3, LiNiO2, Ni-Zr0.9Y0.1O2, Ni-Ce0.8Sm0.2O2).
Разработаны технологические режимы получения пористых, механически прочных керамических подложек (пластин-носителей) на основе электродов катода La1-xSrxMnO3 и анода Ni+ZrO2–Y2O3; Ni-Ce0.8Sm0.2O2.
Изготовлен работоспособный опытный элемент планарного типа для среднетемпературного ТОТЭ с приемлемыми электрохимическими характеристиками
Слайд 225
Полимерно-солевые композиции и
синтез сложнооксидных материалов Д.х.н. Остроушко А.А.,
зав. отделом
химического материаловедения НИИ ФПМ УрГУ, проф. каф физ. химии
Слайд 226
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Salts: nitrates, acetates,
formiates, ammoniac salts Mo, V, W et other
Слайд 227
СИНТЕЗ СЛОЖНООКСИДНЫХ НАНО- И МИКРОМАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ПИРОЛИЗА ПОЛИМЕРНО-СОЛЕВЫХ
КОМПОЗИЦИЙ
Слайд 229
Преимущества
метода пиролиза
ПСК*
Задачи,
решаемые
при синтезе**
Однородность продуктов*
Гомогенные устойчивые растворы**
Снижение
температуры термообработки*
Выбор red/ox систем**
Широкий диапазон материалов*
Комплексообразование**
Регулируемый размер частиц*
Выбор условий
синтеза**
Слайд 230
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Гомогенные устойчивые растворы:
Т
♦ отсутствие кристаллизации солевых компонентов, выпадения осадков, гелей
♦ комплексообразование, сорбционные процессы
К ♦ снижение подвижности ионов
♦ подавление роста кристаллических зародышей
Диаграммы фазового
состояния
ПВС - ГМА
вода
Слайд 231
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
ПВС - нитрат
La
ПВП - ГМА
Диаграммы фазового
состояния
Слайд 232
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Полимер
вода
соль
полимер
1
2
4
ПВП –
вольфрамат аммония
ПВП - нитрат La
Диаграммы фазового
состояния
Слайд 233
ПВП – нитрат лантана
ПВП - нитрат
Cu
Диаграммы фазового cостояния с широкой областью гомогенности 1
1
Слайд 234
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Устойчивые гели
Синтез молибдатов,
ванадатов,
вольфраматов РЗЭ, ЩЗЭ и
др элементов, в т.ч. допированных
ЩЗЭ
Пример:
катализатор окисления углерода (сажи) на основе La1-xCsxVO4±y
Устойчивая область не заштрихована
Слайд 235
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Слайд 236
Salt-polymeric complexes
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Моделирование методом
ММ
Spiralization of polymeric - salt complexes, occurrence of hard
segments
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Моделирование методом ММ
Слайд 238
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Константы образования комплексов
и термодинамические
параметры реакций M(II) с ПВС
♦ Смещение пиков в ИК-области спектра в пленках, полученных из нитратных и
формиатных растворов Y, Ba, Cu по сравнению с пленками чистого ПВС наблюдали
в области 2800-2580 см-1.
♦ Cмещение обусловлено образованием связей гидроксильных групп с ионами металлов.
Кроме того смещению подвергались пики поглощения в районе 1650-1550 см-1, относящиеся к
колебаниям системы алкеновых атомов углерода с сопряженных C=O группами..
*Данные из литературы
ИК-спектроскопия
Слайд 239
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Слайд 240
In a unit volume of a solution contains
n0 polyanions and c0 polymeric chains;
n1 and n2 =
n0 - n1 - quantity of the polyanions loose and bound to polymer;
x1=n1/n0, x2=1-x1=n2/n0, y=c2/c0, where
x1 and x2 a part of the polyanions loose and connected to polymer; y - a part of the macromolecules bound to polyanions;
φc=n0vc - volume concentration of polyanions in system; vc - conditional volume of polyanion;
φp=n0vp - volume ratio of polymer in system; vp - effective volume of a macromolecule;
Ucp - interaction energy of polyanions with polymeric chains;
Ucc - interaction energy between the polyanions adjoined to a chain of polymer;
Lp - efficient length of a macromolecule of polymer;
lc - the efficient size of polyanion in a corresponding direction;
N - quantity of active centers on each of chains.
ƒ min - ?
Полимерно-солевые композиции
Distribution of polyanions between polymeric chains
Слайд 241
Полимерно-солевые композиции
Distribution of polyanions between polymeric
chains
Results of calculation of polyanions distribution between macromolecules for
system with quantity of active centers on macromolecules N = 250: 1 –Ratio of macromolecules and polyanions quantity
c0 : n0 = 100 : 2167;
2 - c0 : n0 = 100 : 1161; 3 - c0 : n0 = 100 : 387.
Uсс - Interaction energy between polyanions (kT); 1-y – Part of loose chains of polymer.
Слайд 242
Полимерно-солевые композиции
Distribution of polyanions within the
limits of one chain
Results of calculation of distribution of
polyanions along a polymeric chain.
Uсс - interaction energy between polyanions (kT); X - a part of the chain length, falling a conditional phase with the increased concentration of polyanions
.
Слайд 243
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Кривые кондуктометрического титрования:
1 – вода + молибдат аммония;
2 – ПВС
+ молибдат аммония;
3 – ПВПД + молибдат аммония;
4 – вода + вольфрамат аммония;
5 – ПВС + вольфрамат аммония;
6 – ПВПД + вольфрамат аммония;
7 – ПВС + ванадат аммония; 8 – вода + ванадат аммония;
9 – МЦ + ванадат аммония.
Первым указан состав титруемого раствора, вторым – титранта.
Слайд 244
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
* - справочные данные
Сравнение подвижности
ионов в водных и полимерсодержащих растворах
Слайд 245
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Слайд 246
Нивелирование температур разложения солей, экзотермический процесс разложения
Слайд 247
Окислительный потенциал реакций и каталитическое воздействие неорганических ионов
*
Каталитическое воздействие проявляется непосредственно в растворах;
** воздействие начинает проявляться
в пленках;
*** каталитическое воздействие при пиролизе.
Слайд 248
Скорость горения композиций на основе поливинилового спирта
*
Состав синтезируемого сложного оксида.
** Неустойчивое горение.
Для приготовления композиций использовали
соли квалификации не ниже “ЧДА” (нитрат кобальта – “Ч”).
Слайд 250
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Размер кристаллитов YBa2Cu3O7-х
в зависимости от типа соли и полимера
Слайд 251
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Зависимость размера частиц
порошков от соотношения концентраций компонентов рабочих растворов
Слайд 252
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Термохимическое генерирование зарядов
q ⋝ 1 μC/cm2
Слайд 253
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Возможность возникновения
примесных
фаз в продуктах
синтеза пиролизом ПСК
Процессы в ходе приготовле-
ния рабочих
растворов их
нагревания:
гидролиз солей, относительно
низкая растворимость солей
Процессы в ходе пиролиза и
термообработки:
продукты превращения приме-
сей I, продукты red/ox реакций
Гидроксиды, нитраты и др.соли
I
II
Карбонаты, оксиды с отличающейся степенью окисления d-металла
(La1-xSrx)CoO4; Fe3O4
Слайд 254
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Пленки и покрытия
Слайд 255
Покрытие YSZ на кермете.
Исходный и дополнительно диспергированный порошок.
Слайд 256
Полимерно-солевые композиции
Mesomorphic properties of polymeric - salt
systems, texture of films
Слайд 257
Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций
Слайд 258
Полимерно-солевые композиции
Photochemical properties, oscillatory reactions
Spectrophotometry.
PVA (Mr
15000), irradiation - at 0ОС, reoxidation - at 20ОС
(1); an irradiation and reoxidation - at 0ОС (2). Arrows designate the moment of the termination of an irradiation.
The photogalvanic effect
Слайд 259
Photochemical properties, the mechanism of reactions
EPR spectrums of
films PVA - Мо: initial and after UF irradiations
Слайд 260
Полимерно-солевые композиции
Characteristics of electrodes with polymeric -
salt membranes
(system PVA - ammonium heptamolybdate)
Dependence of electrode potential
on ion concentration in a solution
The curve of potentiometric titration of a solution of lanthanum nitrate from ammonium heptamolybdate: the arrow designates a point of equivalence.
Слайд 261
Полимерно-солевые композиции
Catalytic properties of salt – polymeric
composition
Sulphide → pоlysulphides, colloidal sulfur
Слайд 267
Наноструктурированные катализаторы обезвреживания газовых выбросов для теплоэнергетических систем
Уральский государственный университет им. А.М.Горького
д.х.н. Остроушко А.А.
Решаемые задачи
*Структурированные носители,
ансамбли частиц, ориентирование,
пористая структура
Слайд 268
Катализаторы обезвреживания газовых выбросов для теплоэнергетических
систем
Уральский государственный университет им. А.М.Горького
д.х.н. Остроушко А.А.
Технические и научные предпосылки
достижения цели
♦ Разработана технология и освоено производство
носителей для катализаторов (высокопористые
проницаемые ячеистые материалы, “монолитные”
носители)
♦ Созданы методы формирования промежуточных слоев и
каталитических покрытий (оксидных и металлических),
обладающих наноструктурой
♦ Термокаталитические устройства прошли
испытания в промышленности, показана их
эффективность, осуществлен ряд проектов
с федеральной и региональной поддержкой
♦ Создана теория массо- и теплопереноса в
каталитических композициях
Слайд 269
Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ
Термокаталитические
устройства обеспечивают нейтрализацию комплекса токсичных веществ, включая канцерогенные:
углеводородов,
в т.ч. ароматических;
спиртов; кетонов;
нитрилов; оксидов азота;
сажи; угарного газа;
сложных эфиров, альдегидов, органических кислот и пр.
Рабочие температуры 80-600ОС
Удельная нагрузка до 100 000 ч-1
Срок эксплуатации 2 года и более.
Нанесенные на пеноникель сложнооксидные
катализаторы.
Слайд 270
Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ
ВОЗМОЖНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
• Теплоэнергетика, химическая промышленность, полиграфия;
• Металлургия,
машиностроение и пр. отрасли;
•Автомобильный, железнодорожный, водный и другие виды транспорта;
• Очистка воздуха в быту и медицине.
ПРЕИМУЩЕСТВА
♦Возможность варьирования состава катализаторов;
♦ Возможности реализации катализа без драгметаллов;
♦Адаптация катализаторов к реальным условиям эксплуатации;
♦Устойчивость к каталитическим ядам;
♦ Относительная простота технической реализации.
♦ Наличие методик регенерации и
утилизации.
Термокаталитические устройства
Слайд 271
Инфракрасные тепловыделяющие элементы
Создание кластерной
энергетики
Беспламенное каталитическое
горение газа на каталитических
тепловыделяющих элементах (КТЭ)
Использование магнитно-газо-селек-
тивного эффекта (МГСЭ)
в сочетании с
наноструктурированными каталитичес-
кими системами
Экологический эффект,
снижение выбросов NOx
*МГСЭ на магнитных каталитических носителях типа Со-Cr:
выталкивание из зоны горения диамагнитных молекул
воды, СО2, азота, ловушка для магнитных радикальных
частиц и кислорода.
Повышение эффективности
процесса сжигания до 1 МВт/м2 при температурах до 1200 0С
Слайд 272
Экономические и социальные аспекты и предпосылки
♦ Совпадение интересов
федеральных, региональных структур
и бизнеса (Газпром, УГМК, ассоциация Большой
Урал и др.)
♦ Развитие территорий Свердловской области, создание новых
рабочих мест, использование промышленного потенциала,
реконструкция предприятий (химический сектор), освоение
новых видов продукции (энергетические установки,
термокаталитические устройства)
♦ Импортзамещение: строительство экологичных угольных
электростанций с использованием отечественных систем
газоочистки, применение их в различных отраслях, развитие
“кластерной энергетики”
♦ Установление более тесных партнерских связей с
другими регионами (организация технопарков)
Слайд 275
Основные понятия
Темплатный синтез – это процесс комплексообразования, в
котором ион металла с определенной стереохимией и электронным состоянием
помимо своей основной функции (комплексообразователя) выступает еще и в качестве своеобразного лекала или шаблона для образования из соответствующих исходных веществ таких лигандов, синтез которых при отсутствии иона металла либо затруднен, либо вообще не может быть реализован.
Лигандный синтон (лигсон) – органическое соединение, выполняющее роль одного из фрагментов (своеобразный строительный блок) при формировании лиганда в процессе темплатного синтеза.
Слайд 276
Темплатный центр (темплат) – ион металла или другая
частица, способная ориентировать и подготавливать реакционноспособные лигсоны к последующему
их взаимодействию.
Лигандный продукт (хелант) – органический лиганд, образующийся в результате взаимодействия лигсонов.
Макроциклическое соединение – соединение с замкнутым контуром, заключающее в себе девять или большее число атомов, минимум три из которых выполняют функцию донорных центров.
Слайд 277
Требования к иону металла
соответствие радиуса образующейся в ходе
сборки хеланта внутренней полости радиусу иона металла-комплексообразователя .
соответствие числа
донорных атомов внутри этой полости тому координационному числу, которое характерно для данного иона металла.
определенное геометрическое расположение донорных атомов в полости, соответствующее оптимальному координационному полиэдру для этого иона .
Слайд 280
ТЕМПЛАТНЫЙ СИНТЕЗ .
НА БАЗЕ ШИФФОВОЙ КОНДЕНСАЦИИ R1R2C=O +
NH2R3 = [R1R2C(OH)NHR3] = R1R2C=NR3 + H2O
БЕЗ ШИФФОВОЙ КОНДЕНСАЦИИ
взаимодействие
NiL6 и 1,2-дибром-1,2-диметилбензолом .
реакция получения фталоцианина Cu(II) из хлорида меди(II) и 1,2-дицианобензола .
Слайд 282
Пленочные материалы. Пленки Ленгмюра-Блоджетта.
Слайд 283
Основные способы получения пленок:
Напыление нейтральными частицами
Напыление заряженными
частицами
Термическое напыление
Метод Ленгмюра-Блоджетта
Слайд 284
Метод Ленгмюра-Блоджетта
Рис. 1. Молекула стеариновой кислоты –
типичная «русалка».
Рис. 2. Ванна и весы Ленгмюра для
измерения поверхностного давления монослоя.
Рис. 3. При увеличении давления на монослой со стороны плавучего барьера можно наблюдать последовательность различных двухмерных фаз. Площадь поверхности, приходящаяся на одну молекулу (посадочная площадка), зависит от того, в какой фазе находится монослой
Рис. 4. изотерма для рассматриваемой пленки
Слайд 285
Рис. 5. Метод переноса монослоя амфифильных молекул с
поверхности воды на твердую подложку методом Ленгмюра – Блоджетт
Рис. 6. Многослойные структуры X-, Z- и Y-типов отличаются ориентацией молекул относительно подложки
Рис. 7. Процесс химической сшивки в ходе, каторой образуется прочная полимерная сетка
Рис. 8. Мономолекулярный слой можно перенести с поверхности воды на подложку с прозрачным электродом, а затем сверху на монослой нанести еще один электрод. Тогда к монослою можно приложить электрическое поле и наблюдать за сдвигом полос оптического поглощения вещества или измерять туннельный ток во внешней цепи
Слайд 286
Применение пленок Ленгмюра-Блоджетта
Электроника
Оптика
Прикладная химия
Микромеханика
Биосенсоры и датчики
Слайд 289
Наноматериалы на полимерной основе.
Явление крейзинга.
Слайд 290
Внешний вид образцов полиэтилентерефталата,
растянутых на воздухе (а)
и в адсорбционно-активной среде (н-пропаноле) (б).
Слайд 291
Электронная микрофотография образца полиэтилентерефталата, деформированного в н-пропаноле. (Увел.
1000.)
Слайд 292
Схематическое изображение отдельных стадий крейзинга полимера:
I -
инициирование крейзов, II - рост крейзов, III - уширение
крейзов.
Слайд 293
Измельчение, по крайней мере, один из компонентов композита
до наноразмеров.
Перемешать компоненты системы до получения однородной смеси.
Необходимо
каким-либо способом застабилизировать полученную систему от ее самопроизвольного распада на исходные компоненты ввиду их термодинамической несовместимости.
Стадии получения
Слайд 294
Схема, иллюстрирующая коллапс структуры полимера,
происходящий при
больших значениях деформации в адсорбционно-активной жидкости,
на различных стадиях
растяжения.
Слайд 295
Схема структурных перестроек, сопровождающих крейзинг полимера в двухкомпонентной
жидкости,
составляющие которой имеют разный молекулярный вес.
Стрелками указано
направление массопереноса жидкости на различных этапах (а, б) растяжения полимера.
Слайд 296
Использование крейзинга позволило создать и исследовать большое количество
новых видов наноматериалов:
Пористые полимерные сорбенты.
Полимерные разделительные мембраны.
Новые виды полимер-полимерных наносмесей.
Негорючие и электропроводящие полимерные нанокомпозиты.
Металлополимеры и прочее.
Слайд 300
Моделирование наносистем
методом
молекулярной динамики
Слайд 301
Метод МД
Основан на численном решении уравнений Ньютона для
всех атомов (ионов) в системе.
Взаимодействие между атомами задаётся набором
потенциалов.
Результатом моделирования являются траектории движения всех атомов.
Слайд 302
Исследуемая система
(-CH2-CH2-O-)n + LiCl
+Al2O3(nano)
?
аморфный
T
Li : EO
Al2O3
есть
нет
1:20
1:35
1:50
290
330
Слайд 303
Детали моделирования
LiCl – PEO – Al2O3
Для моделирования
наночастицы был вырезан электронейтральный фрагмент Al2O3 из α-Al2O3.
Наночастица отжигалась
при T = 2000 K для придания грубой сферической формы (d = 14 Ǻ).
Моделируемый бокс заполнялся полимером, сгенерированным методом Монте Карло.
Ионы Li+ и Cl- добавлялись случайно, до желаемой концентрации.
Использовался парный потенциал Букингема:
Слайд 305
Относительный коээфициент диффузии Li+
Слайд 307
Относительный коэффициент диффузии Cl-
Слайд 308
Относительный коэффициент диффузии O в PEO
Слайд 311
Метод молекулярной динамики можно использовать для:
Изучения поверхностных явлений;
Предсказания
изменения коэффициента диффузии;
Изучения эффектов кластерообразования.
Слайд 314
Применение нанотехнологий в строительстве и машиностроении.
Слайд 315
Нанобетон.
“+” наноматериалов
облегчают конструкции при упрочении
дают гигантскую экономию
при строительстве
Слайд 316
Космический лифт.
запуск космического лифта намечен на 12 апреля 2018 года
Слайд 317
Молекулярный автомобиль
Наноавтомобиль состоит из трехсот атомов, похож
на машину только наличием четырех «колес» и способом передвижения.
В качестве колес наносистеме служат фуллерены, молекулы С60, связанные химическими связями с «каркасом» машины.
Ширина наноавтомобиля — 4 нанометра, чуть больше, чем толщина ДНК. Он имеет раму и оси, к которым и присоединены химическими связями фуллерены.
Рама с вращающимися колесами.
Слайд 318
Наномашина ездит по поверхности из золота.
Слайд 319
Наномашина с мотором.
Серый – атом углерода;
Белый – атом
водорода;
Розовый – атом бора;
Жёлтый – атом серы.