Учебное пособие (иллюстративные материалы) под ред. акад. РАН Ю.Д.Третьякова (975554)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Настоящее пособие предназначено для всех, кто интересуется новыминаноматериалами и нанотехнологиями, а также возможностямипрактическогоиспользованиясовременныхфункциональныхматериалов. Публикуемые микрофотографии получены в ЦентреКоллективного Пользования МГУ им. М.В.Ломоносова в результатевыполнения научных исследований студентами и аспирантамиФакультета Наук о Материалах и Химического факультета МГУ и приразработке медиапрезентационных материалов по направлениюподготовки бакалавров и магистров 020900 «Химия, физика и механикаматериалов». Издание осуществлено в рамках программы«Инновационный Университет» МГУ им.

М.В.ЛомоносоваУчебное пособие (иллюстративные материалы) под ред. акад. РАНЮ.Д.Третьякова, фотография обложки: к.х.н. Ю.Г.Метлин; идея,подбор материала, оформление, фотография форзаца: чл.-корр. РАНЕ.А.Гудилин.2Уважаемые читатели!Перед Вами одна из серии книг, повествующих об увлекательном миресовременных функциональных материалов, а именно – их «портрете» на микро- инаноуровне. Создание таких материалов – несомненный приоритет для мировогосообщества, так как работы в этом направлении всегда имеют большойэкономический, политический и социальный резонанс, принося огромныедивиденды глобальному научно - техническому прогрессу.

Новые открытия внано- и биотехнологиях, медицине, электронике, фотонике, сенсорике испинтронике привели к своего рода ренессансу в развитии наук о материалах,наблюдаемому в последние 10 – 15 лет. Значимость разработки современныхтехнологий новых материалов, являющихся критическими для дальнейшегоразвития Российской Федерации, подтверждается принятием национальнойпрограммы «Образование» и Федеральной Целевой Научно - ТехническойПрограммы, финансирующих передовые научно-исследовательские работы иобразовательные инновации в области современного фундаментальногоматериаловедения. Представленные в данной книге фотографии уникальны тем,что на них изображены наиболее перспективные на сегодняшний день типынаноструктурированных материалов, которые получены с использованиеморигинальных инновационных технологий, развиваемых вот уже 15 лет нафакультете наук о материалах МГУ.

Мы рассчитываем, что эта книга найдетсвоих читателей как среди студентов, впервые знакомящихся с наноматериалами,так и среди преподавателей, желающих найти яркие иллюстрации для своихлекций и семинаров.Декан ФНМ МГУ,зав. каф. неорг. химииХимического факультетаМГУ, акад. РАНЮ.Д.Третьяков3Содержание1. Введение - 6ФНМ в лицах - 127Центр коллективногопользования (ЦКП) - 1292. НаночастицыСлоистые двойные гидроксиды - 20Квантовые точки - 23Фотонные кристаллы - 253.

ПористыематериалыЖидкокристаллическиематрицы-темплаты - 34Анодное окислениеалюминия - 37Аэрогели - 324. Нанотрубки - 40Мезопористые материалы - 345. НеорганическиеволокнаНемного о химии«усов» - 47Манганитные вискеры - 51Гибкие электроды - 63Базальт - 666. Тонкие пленки - 697. Нанокерамика8. Микро- и нанокомпозитыМанганиты дляспинтроники - 75Ферриты - 799.

Высокотемпературныесверхпроводники10. БиоматериалыМагнитная левитация - 86Самотекстурирование - 90Сверхпроводящаякерамическая пена - 92Токонесущие элементы наоснове ВТСП - 944Рисунок из «молекул жизни» - 113Убийцы грязи - 119Делаем киборга - 1241. ВВЕДЕНИЕВ последнее время все более пристальноевнимание привлекают исследования вобласти наноматериалов и нанотехнологий,где работают с объектами, размер которыххотя бы в одном измерении должен бытьсоизмерим с корреляционным радиусом тогоили иного физического явления (например,длины свободного пробега электронов,фононов,длиныкогерентностивсверхпроводнике,размероммагнитногодомена или зародыша твердой фазы).

ПорекомендацииМеждународногоСоюзаЧистой и Прикладной химии (IUPAC) за«нанокритерий» принимают величину 100 нм.Свойства наноматерии отличны от свойствобъемной фазы, поэтому иногда говорят обособом, наносостоянии, вещества.Использованиенаноматериаловприобретает грандиозные перспективы нетолько в силу уникальной, невиданной ранеевозможности миниатюризации устройств, нои из-за их фундаментального отличия отобычных материалов и приобретения новыхсвойств, в том числе возникновенияквантовых и туннельных эффектов, а такжеиз-за высочайшей площади поверхности,избыточной поверхностной энергии иреакционнойспособностинаночастиц.Важнейшимипараметраминаносистемявляются размер, размерность, упорядочениеи функциональность. Учет всех этиххарактеристик порождает новое поколениенаноимикроструктурированныхматериалов,обладающихнаивысшиминновационнымпотенциаломиопределяющих весь дальнейший прогресс внанотехнологиях.«Иерархия» основных понятий, связанных с существованием наносистем.Еще одна важная черта современныхфункциональныхматериаловинаноматериалов – иерархичность структуры,то есть наличие тех или иных структурныхособенностейнаразличныхуровняхпространственнойорганизации.Так,высокотемпературные сверхпроводники (см.раздел«Высокотемпературныесверхпроводники») являются наиболее яркимпримеромвзаимосвязииерархическойорганизации материала и его практическиполезных,функциональныхсвойств.Микронные по толщине «декорированные»манганитные вискеры с искусственновыращенныминаихповерхностинаноразмерными кристаллитами гидратированногодиоксидамарганцаимеютзначительно большую площадь поверхности,что существенно повышает их эффективностькак каталитически и электрохимическиактивного материала.

Наконец, многостенныенанотрубки на основе пентоксида ванадия5(раздел «Нанотрубки») являются гибриднымнеоргано - органическим материалом, вкотором тубулярное строение реализуется засчетналичиямолекулповерхностноактивных органических молекул «шаблона»,расположение и даже конформация которыхтесно связана с формой и размеромнанотрубок, а также со средней степеньюокисления ванадия, что предопределяетбольшинствоуникальныхсвойствнанотубулярных форм оксидов 3d –элементов.

Кроме того, такие нанотрубки несуществуют в изолированной форме из-завысокойповерхностнойэнергии,аформируютсвоеобразные«жгуты»,состоящиеизогромногочислананотубуленов.Иерархичность структуры листа древа (прожилки образуют дендрит).Структурированностьподразумеваетналичие определенной пространственнойорганизации материи как минимум науровнях наноразмеров и в микромасштабе. Всилу чрезвычайной сложности иерархическихвзаимодействий в открытых системах однимиз немногих эффективных способов созданияпередовыхматериаловявляетсяиспользование темплатов.

Под темплатамиследует понимать такие части системы,которые инициируют формирование структурсзаданнымтипомупорядочениясоставляющих эти системы элементов.Темплаты могут иметь различную природу:так, известны молекулярные темплаты,позволяющие формировать структурные слоии туннели размером до 30 А, мицеллярныетемплаты, дающие систему пор диаметром до30нм,атакжегеометрическиемикрошаблоны, генерирующие текстуры.Прииспользованиимолекулярныхтемплатов (то есть ионов, анионныхкомплексов и ионогенных ПАВ) впервыеполученыперспективныемагнитныенанокомпозитыилюминесцентныематериалы на основе слоистых двойныхгидроксидов, наноструктурированные ионпроводящиетуннельныеманганиты,ксерогели и нанотрубки на основе оксидаванадия.

Мицеллярные темплаты позволяютполучать фотокатализаторы на основедиоксида титана для диализа воды ифотодеградации отходов, а также магнитныенаночастицы ферритов для биомедицинскихприменений. Использование темплатныхжидкокристаллических матриц привело ксозданию нового класса мезопористыхмагнитных нанокомпозитов. Применениегеометрических темплатов подразумеваетпроведение пространственно-ограниченныхпроцессовформированиявещества.Например, пиролизом аэрозолей полученымагнитные наночастицы в соляной оболочкедля биомедицинских применений, а такжевысокоактивныенаноструктурированныепрекурсоры для синтеза манганитов сколоссальным магнетосопротивлением.6Использование темплатов как метод наноструктурирования.Основные типы нано- и микроструктурированных материалов,рассмотренных в настоящем пособии.Полимеризация в микроэмульсиях споследующей конвекционной самосборкойполученных монодисперсных микросфериспользовалась для формирования трехмерно- упорядоченного темплата и созданияполифункциональных фотонных кристаллов.Впервые разработан универсальный подходграфотекстурирования, в котором планарныйтемплат – искусственный поверхностныйрельеф - позволил добиться управляемойориентированной кристаллизации различныхвысокотемпературных сверхпроводников, атакже биокристаллических пленок.

Такимобразом, применение темплатов являетсяоднойизнаиболеедейственных,универсальных и перспективных стратегийполучения современных функциональныхнано- и микроструктурированных материаловс инновационными свойствами.Исследованиемикроинаномирасовременных материалов не только приноситглубокое эстетическое удовлетворение отсозерцания его приоткрывшихся тайн, но идает возможность существенно упроститьпуть их создания, который, в противномслучае, часто оказывается долгим итернистым. Здесь собрана фотогалереяизбранных микроструктур перспективныхклассовсовременныхнеорганическихматериаловинаноматериалов.Всефотографии - плод многолетних научныхисследований, представленный в формесугубо «ненаучного» отчета за последнююнаучно – исследовательскую пятилетку.Специфика Факультета Наук о МатериалахМГУ заключается в том, что даже самые«маленькие» студенты начинают своюнаучно-исследовательскую работу с 1 курса.Именнонатакихлюбопытствующихэнтузиастов,намолодоепоколениеисследователей, делающих свой научныйвыбор, и рассчитана эта небольшая брошюра.Комплексный подход к исследованию современных материалов.

ОМ –оптическая микроскопия, РЭМ - растровая электронная микроскопия, ПЭМ- просвечивающая электронная микроскопия, АСМ - атомно-силоваямикроскопия, РСМА - рентгеноспектральный микроанализ, РФА –рентгенофазовый анализ, РСтА - рентгеноструктурный анализ, ЭД дифракция электронов, ИК – спектроскопия в инфракрасной области, УФ –спектроскопия в видимой и ультрафиолетовой областях, ТГА – термическийанализ, ВАХ – определение вольт-амперныххарактеристик, СКВИД –измерение магнитных свойств, БЭТ – определение площади поверхности.Большую часть информации о миречеловек получает визуально. Давно уже ушлив прошлое органолептические методыисследования веществ алхимиками.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги