Ю.Д. Третьяков - Микро- и наномир современных материалов (975562), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Silica photonic crystals:synthesis and optical properties. Solid StateIonics, Vol. 172, 2004, p. 477-479.3.A.S.Sinitskii,S.O.Klimonsky,A.V.Garshev, A.E.Primenko, Yu.D.Tretyakov.Synthesis and microstructure of silica photoniccrystals., Mendeleev Communications, Vol. 14,2004, p. 165-167.4. A.S.Sinitskii, A.V. Knot’ko, Yu.D.Tretyakov.
Synthesis of Photonic Crystals viaSelf-Assembly of Monodisperse ColloidalMicrospheres. Inorganic Materials Vol. 41, No.11, p. 1001-1007.IV Всероссийского конкурса «Наука-Обществу 2005»,приз компании Epson за лучшую научно-популярную53«Опалы из пробирки». Искусственные опалы, аналоги одних из наиболеепопулярных полудрагоценных камней, основные месторождения которыхнаходятся в Австралии.
Характерная для опалов необычная игра света делает этоткамень непохожим ни на один другой. На фотографии изображены опалы,полученные в Лаборатории Неорганического Материаловедения Химическогофакультета МГУ. Хорошо видна характерная для опалов специфическая играсвета – под углом съемки образцы интенсивно отражают красный свет.Необычная игра света, характерная дляопалов, имеет дифракционную природу.Однако дифракцию света на образцахопалов удается наблюдать лишь вредкихслучаяхнанаиболеесовершенных образцах.
На рисункесправапредставленафотографияэкспериментаповизуализациидифракционной картины лазерногоизлучения, проведенного совместносотрудниками каф. неорг. химииХимфака и каф. физики полимеровФизфака МГУ.54«Нанодом». Внутренняя поверхность фотонного кристалла на основесферических микрочастиц полистирола (цифровая сканирующая электроннаямикроскопия, Leo Supra VP 50, Германия).Микрофотография фотонного кристалла на основе сферических микрочастицполистирола при большом увеличении. Кубическое упорядочение микросферобуславливает наилучшие оптические свойства материала.55Ключевое требование к фотонным кристаллам – это периодичность структуры нанано(микро)уровне, которая обуславливает уникальные дифракционные свойстваэтих материалов.
Практическое использование фотонных кристаллов должнопривести к значительному повышению эффективности светодиодов и лазеров,созданию новых типов световых волноводов, оптических переключателей ифильтров с перспективой создания устройств цифровой вычислительной техникина основе фотонных элементов. На микрофотографии хорошо видны внутренниеплоскости фотонного кристалла как с кубическим, так и гексагональнымупорядочением.
В «нанодоме» хорошо видны «наноокна» – незанятые позиции(вакансии) в упаковке микросфер.«Наносоты». Инвертированные опаловые матрицы, полученные сиспользование золь-гель метода и полимерного темплата. Несмотря навнешнее сходство, данные структуры были созданы вовсе не «нанопчелами», асотрудниками Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (сканирующаяэлектронная микроскопия (электронный микроскоп Leo Supra VP 50, Германия).(Материал стенок «наносот» – SiO2)Материалы с системой упорядоченных нанопор были открыты только в середине90х годов прошлого века и в настоящее время являются объектами интенсивногоизучения исследователей из ведущих лабораторий мира. Структуры,изображенные на микрофотографиях, были синтезированы в результате56многостадийного химического процесса: наносборки полимерных сферическихчастиц, пропитки пустот полученного материала веществом и удалениемполимерной матрицы путем термической обработки.(Материал стенок «наносот» – WO3)«Синяя бронза».
Поверхность электрохромного покрытия на основегидратированного оксида вольфрама (VI) WO3*xH2O (Атомно-силоваямикроскопия). Как известно, бронза – древнейший из известных людям сплавовмеди и олова, обладающий … бронзовым цветом. «Вольфрамовые бронзы»HxWO3*xH2O – соединения переменного состава, цвет которых можно легковарьировать в пределах от белого к темно-синему под действием электрическоготока (электрохромизм).
Фотонный кристалл, полученный из нанодисперсногоWO3, обладает переключаемой под действием тока фотонной запрещенной зоной.57«Улитка на газоне микрошариков». Микросферы и спираль на атомногладкой поверхности кремния, полученная методом фотолитографии (диаметрспиральки – 5 микрон, толщина стенок – около 100 нанометров) (электронныймикроскоп Leo Supra 50 VP, Германия). Поверхность кремния покрытамонодисперсными сферическими частицами диоксида кремния. Данная структураполучена в результате модельного эксперимента по распределению микрочастицна поверхности с хиральным рельефом.58Нанотрубкиописан «космический лифт» – устройство,котороесвязываетпрочнымкабелемкосмический корабль, находящийся нагеостационарной орбите, с поверхностьюЗемли и помогает доставлять на орбитугрузы.Материаломфантастическогоподъемника служило не существовавшее досих пор алмазоподобное волокно.
Внастоящее время ясно, что наиболеевозможный кандидат на роль материала длятакого сверхдлинного и сверхпрочногокабеля – это бездефектные однослойныенанотрубки. «Нанокабель» от Земли до Луныиз одиночной трубки можно было бынамотать на катушку размером с маковоезернышко.
По своей прочности нанотрубкипревосходят сталь в 50–100 раз при в шестьраз меньшей плотности. Трубки не толькопрочные, но и гибкие, напоминая по своемуповедению жесткие резиновые трубки. Нитьдиаметром 1 мм, состоящая из нанотрубок,могла бы выдержать груз в 20 т, что внесколько сотен миллиардов раз больше еесобственной массы.Однимизважнейшихтиповнаноматериаловявляютсянанотрубки(нанотубулены). Самые распространенные иизученные углеродные нанотрубки былиоткрыты в лабораториях компании NEC(Япония) при распылении графита вэлектрической дуге. При этом с помощьюэлектронной микроскопии были обнаруженынити с диаметром несколько нанометров, а ихдлина составляла от одного до несколькихмикрон. Нанотрубки в 50–100 тыс. разтоньше человеческого волоса. Нанотрубкисостояли из одного или нескольких слоев,каждый из которых представлял собойгексагональную сетку графита. Концы трубокбыли закрыты полусферическими крышечками, составленными из шестиугольников ипятиугольников.Открытиенанотрубоквызвало большой интерес у исследователей,занимающихся созданием материалов снеобычными свойствами.Около 20 лет назад вышел в свет романизвестного американского писателя-фантастаАртура Кларка «Фонтаны рая», где былСравнение размеров многостенных нанотрубок и Эйфелевой башни(литературные данные).высокая прочность и гибкость, сочетающиесяс электропроводностью, могут привести ксозданию «щупов» туннельного микроскопа.Углеродные нанотрубки в зависимости от ихстроения (или деформации) могут иметьсвойства либо металла, либо полупроводника.Мечта о молекулярной электронике началаосуществляться, когда удалось использоватьнанотрубкидлясозданияполевоготранзистора–основногоэлементаэлектронных схем.
Диод – устройство с p-nпереходом – можно сделать, просто соединивмежду собой две нанотрубки различнойНанотрубки – идеальный материал длябезопасного хранения газов во внутреннихполостях. На 500 км пробега автомобилятребуется всего около 3 кг Н2; заполнять«бензобак» с нанотрубками можно было быстационарно под давлением, а извлекатьтопливо–небольшимподогреванием«бензобака». Сростки нанотрубок удаетсязаполнять литием, получая материал дляодного из электродов высокоемких литиевыхисточников тока. Второй электрод можетбытьизготовленизфторированныхнанотрубок.
Малый размер нанотрубок, их59геометрии. С использованием нанотрубокизготовленыновыеэлементыдлякомпьютеров. Эти элементы обеспечиваютснижение размеров устройств по сравнению скремниевыми на несколько порядков.Нанотрубки вскоре станут работать какэмиттеры электронов. «Лес» нанотрубокидеально подходит в качестве материалаполевого катода плоских дисплеев.Нанотубулярная форма V2O5 после гидротермальной обработки споверхностно-активным веществом (литературные данные).В последнее время все больший интересвызывают исследования нанотубулярныхструктур на основе оксидов 3d-элеметов, вчастности, на основе оксида ванадия –уникального вещества, одного из немногихнеорганическихоксидов,образующихлиотропные жидкокристаллические системы,в которых палачковидные частицы имеютвысокую степень упорядочения вдольаксиальной оси. При высыхании такогоколлоидного раствора образуются ксерогелисчастичноупорядоченнойслоистойструктурой, которые уже сейчас находятширокое применение в различных областяхнауки и техники.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
