24 ноября 2017 Г. Нанотехнологии и наноматериалы Российские нанотехнологии STRF.RU регистрация вход

   
Приложение журнала «Российские нанотехнологии» для iPad
Главная / Образование
Редколлегия
Контакты
Размещение рекламы
Партнёры
форум
Образование

Нульмерные наноструктуры. Определения и краткое описание свойств и методов получения.

  Нульмерные наноструктуры представляют собой объекты с размером от нескольких нанометров до десятков нанометров по всем трем пространственным координатам [1]. Основными типами таких объектов являются наночастицы, нанокластеры и наноточки.

  Наночастицы

  Наночастицами называют частицы с размером в несколько десятков, но, как правило, не более 100 нм. Они состоят из 106 или меньшего количества атомов и их свойства существенно отличаются от свойств объемного вещества, состоящего из таких же атомов. Такие частицы характеризуются повышенной химической активностью и особыми оптическими свойствами. Например, частицы TiO2 и ZnO2 являются прозрачными в видимой области спектра и поглощают ультрафиолет. Нанесённая на стекло плёнка из наночастиц диоксида титана прозрачна и незаметна для глаза. Кроме того, такое стекло под действием солнечного света способно самоочищаться от органических загрязнений, превращая любую органическую грязь в углекислый газ и воду. Стекло, обработанное наночастицами оксида титана, лишено жирных пятен и поэтому хорошо смачивается водой. В результате, такое стекло меньше запотевает, так как капельки воды сразу распластываются вдоль поверхности стекла, образую тонкую прозрачную плёнку. Поэтому покрытия из них уже давно используются при производстве оконного стекла. Наночастицы используются также для производства красок с повышенной цветностью, химически активных поверхностей для катализа и дезинфицирующих поверхностей.

 Нанокластеры

  Нанокластеры – частицы вещества еще меньшего размера, не превышающего 10 нм, и содержащие не более 1000 атомов. Иногда они представляют собой большие компактные молекулы с атомным весом более 1000 а.е. Такие молекулы, в отличие от наночастиц, имеют одинаковые размеры и формы. Свойства нанокластеров часто отличаются от свойств не только массивных образцов, но и наночастиц. Так, например, новый катализатор, полученный группой Ричарда Ламберта [2] из Университета Кембриджа, не требует для окисления дополнительных окислителей – молекулы кислорода адсорбируются на поверхности частиц золота и диссоциируют на два атома кислорода, инициирующих окисление. Возможность селективного каталитического окисления углеводородов молекулярным кислородом в отсутствие добавок достаточно перспективна для промышленного использования. Катализатор представляет собой кластеры, содержащие по 55 атомов золота, образующие частицы размером 1-2 нм на твердой подложке. Кластеры Au55 представляю собой так называемые «магические» кластеры – число атомов золота в них позволяет частицам принимать правильные геометрические формы, идеально подходящие для проявления каталитических функций. Размер частиц катализатора играет решающую роль для его активности. В то время как частицы с диаметром 1,4 нм представляют собой эффективные и устойчивые катализаторы, частицы, размер которых превышает 2 нм, не проявляют каталитической активности.

  Особый практический интерес представляют магнитные нанокластеры – молекулы с одинаковым спиновым моментом, которые можно использовать для производства памяти для ЭВМ. Применяются нанокластеры также в медицине и парфюмерии.

  Некоторые физические законы, справедливые в макроскопической физике, для наночастиц и нанокластеров нарушаются. Например, несправедливы известные формулы для сопротивлений проводников при их параллельном и последовательном соединении. Вода в нанопорах горных пород не замерзает до –20 …-30 оС, а температура плавления наночастиц золота существенно меньше по сравнению с массивным образцом. Доля поверхностных атомов становится все больше по мере уменьшения размеров частиц. Для наночастиц и, в особенности, нанокластеров, практически все атомы «поверхностные», поэтому их химическая активность очень велика.

  Наноточки

  Наноточки представляют собой наноразмерные частицы, регулярным образом расположенные на подложке. Наибольший практический интерес представляют полупроводниковые и магнитные наноточки. Так, исследователям из National Institute of Standards and Technology (NIST)  удалось изготовить массивы одинаковых наноточек, реагирующих на магнитное поле [3]. У каждой наноточки имеются южный и северный полюса как у крошечного стержневого магнита. Полюса можно переключать (формируя 0 и 1) под действием сильного магнитного поля. В перспективе емкость носителя на основе таких массивов как минимум в 100 раз превзойдет емкость современных жестких дисков. Наноточки размером 50 нм получены методом электронно-лучевой литографии из многослойных тонких пленок. На кремниевую подложку сначала наносился затравочный слой из тантала толщиной несколько нанометров, потом слои кобальта и палладия. Затравочный слой может изменять напряжения, ориентацию и текстуру пленки.

  Полупроводниковые наноточки – это маленькие регулярно расположенные островки одного полупроводника на подложке из другого, например германиевые островки на кремниевой подложке. Эти квантовые точки имеют размер в несколько десятков нанометров и содержат тысячи и сотни тысяч атомов. Они представляют собой подобие атома, поскольку их энергетические уровни являются дискретными и не сливаются в зону; структурой этих уровней можно управлять, изменяя параметры островков.  Такие структуры используются для изготовления светодиодов и полупроводниковых лазеров.

  Для получения квантовых точек на поверхности, например, GaAs выращивают слои InAs, в кристаллической решетке которого расстояния между отдельными атомами несколько отличаются от расстояний в GaAs. Из-за этого в первом же слое осажденного InAs возникают упругие напряжения, а при достижении определённой толщины кристалл InAs теряет устойчивость и сам распадается на множество практически одинаковых островков. Так «одним ударом» получается множество квантовых точек. Данный процесс является примером процесса самоорганизации, которые играют принципиальную роль в нанотехнологии. Хорошо выразил эту мысль Н.Н. Леденцов в докладе в лектории Физико-технического института РАН: «Стало ясно, что не нужно пытаться бороться с природой, а надо эту природу изучать, радоваться ей и просто следовать тому, что она сама хочет сделать. А сама она как раз очень хочет сделать наноструктуры, правда, размеры, плотности, относительное расположение нанообъектов она хочет определять сама».

Александр Данилов © Российский электронный наножурнал


Список литературы:

    [1] Губин С. П., Кокшаров Ю. А., Хомутов Г. Б., Юрков Г. Ю., Магнитные наночастицы: методы получения, строение и свойства, Усп. Хим., 2005 (74), 6, 539-574


    [2] Mark Turner et al Selective oxidation with dioxygen by gold nanoparticle catalysts derived from 55-atom clusters Nature, 2008, 454, 981


    [3] J.M. Shaw, W.H. Rippard, S.E. Russek, T. Reith and C.M. Falco. 2007. Origins of switching field distributions in perpendicular magnetic nanodot arrays. Journal of Applied Physics. 101, 023909 (2007)

обсудить публикацию

версия для печати



ай вао
Новости

Вышел 3-4 номер журнала «Российские нанотехнологии» том 12 2017


Из печати вышел 3-4 номер журнала «Российские нанотехнологии» за 2017 год

читать полностью читать полностью

Вышел 1–2 номер журнала «Российские нанотехнологии», том 12 2017 год


Из печати вышел 1–2 номер журнала «Российские нанотехнологии» за 2017 год

читать полностью читать полностью

Вышел 11–12 номер журнала «Российские нанотехнологии», том 11 2016 год


Из печати вышел 11–12 номер журнала «Российские нанотехнологии» за 2016 год

читать полностью читать полностью

Нанотехнологии: от малого до великого


Сопредседатель 7-го Нано и Гига Форума Анатолий Коркин об особенностях конференции, которая пройдёт в 2017 году в Томске

читать полностью читать полностью

Наноконтейнеры для полиненасыщенных жирных кислот


Молекулы пищевых биополимеров можно использовать как микро- и наноконтейнеры для этих веществ и применять для обогащения продуктов питания

читать полностью читать полностью




Acta Naturae



© ООО «Парк-медиа», 2007-2008

Разработка - Metric

Все права защищены
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100