Нанохимия

Монографии

Кратко изложено современное состояние нанохимии. Обобщены вопросы взаимосвязи между размерными эффектами в наночастицах и их электронными, оптическими, магнитными, механическими и др. Физическими свойствами. Подробно обсуждены термодинамические аспекты процессов, лежащих в основе самоорганизации и самосборки наночастиц, а также дана характеристика сил, лежащих в их основе. Помимо подробного рассмотрения широкого спектра методов синтеза наночастиц различной природы и морфологии, представлены современные методы их анализа. Большое внимание уделено специфике применения наночастиц и материалов на их основе в энергетике, катализе и защите окружающей среды.
В монографии освещены достижения в области химического наноматериаловедения. Материалы систематизированы в соответствии с приоритетными направлениями, которые успешно развиваются в Украине.
Книга посвящена научно-технологическим основам электро­химических процессов, применяемых в технологии микро- и наноструктур, которые интенсивно развиваются в последнее время. В пособии приведены краткие сведения о законах и положениях теории электродного равновесия и электрохимической кинетики, рассмотрены механизмы формирования твердотельных микро- и наноструктур, особенности получения и применения пористого кремния, описаны электрохимические процессы в технологии МЭМС, процессы формирования барьерных и пористых анодных оксидов и их применение в микро- и нанотехнологии, процессы анодного окисления с помощью сканирующего зондового микроскопа, катодного осаждения металлов и полупроводников, их применение в технологии УБИС, МЭМС и нанотехнологии. Предназначено для студентов, аспирантов, научных работников и инженеров.
В монографии обобщены новейшие данные литературы и исследования авторов, выполненных сотрудниками кафедры фармакологии и клинической фармакологии и кафедры хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Национального медицинского университета им. Богомольца, лабораторией электронно-лучевой нанотехнологии неорганических материалов для медицины Института электросварки им. Е. А. Патона и Национального медицинского университета им. Богомольца, Института биоколлоидной химии им. Ф .Д. Овчаренко НАН Украины, Национального фармацевтического университета, Львовского национального медицинского университета имени Даниила Галицкого по проблемам нанонауки, нанобиологии, нанофармации.
Это первая научно-популярная книга по нанотехнологиям предназначенная специально для новичков. В отличие от традиционных учебников, книга написана живым интересным языком, рассказывающим о сложных вещах в простой и занимательной форме. В то же время, охвачены все основные направления современной нанотехнологии с учетом действительности.
Книга посвященна новому и быстро развивающемуся направлению – нанохимии. Эта область связана с получением и изучением физико-химических свойств частиц, имеющих размеры в несколько нанометров. Подобные частицы могут обладать высокой реакционной способностью в широком интервале температур В книге на примере различных элементов показано, что исследования в области нанохимии открывают новые возможности синтеза веществ и наноматериалов с неизвестными свойствами. Основное внимание уделено специфике получения и химическим превращениям атомов, кластеров и наночастиц металлов. Специальные разделы посвящены углероду и работам по криохимии атомов и наночастиц металлов. В отдельных главах рассмотрены размерные эффекты в химии и перспективы развития нанохимии.

Учебники, учебно-методические пособия

В данном пособии кратко изложены основные результаты исследований по нанотехнологиям и наноматериалов конструкционного и функционального назначения. Рассмотрены физико-химические особенности наноматериалов. методы диагностики, способы плучения компактных наноматериалов и их области применения, в том числе в машиностроении, атомной энергетике, наноэлектронике. Приведены примеры проявления размерных эффектов при формировании свойств наноматериалов. Настоящее пособие будет полезным студентам для углубленного изучения курса «Физическое материаловедение», а также для аспирантов и научных сотрудников, начинающих работать в области нанотехнологий и наноматериалов.
В первой части пособия представлена классификация объектов нанохимии, а также основные типы нанообъектов и наносистем на их основе. Вторая часть посвящена методам получения нанокристаллических частиц и порошков, начиная от наиболее известных методов испарения и конденсации, осаждения из коллоидных растворов и заканчивая механосинтезом, ударно-волновым (детонационным) и электровзрывным методами. Также рассмотрены методы получения компактных наноматериалов. В третьей части изложены общие представления о симметрии и их возможное использование в описании химических систем. Приводится классификация элементов симметрии и алгоритм определения точечных групп, а также математический аппарат описания операций симметрии — теория групп.
В книге рассмотрена роль нанотехнологии в XXI в., выделено проблемное поле нанохимии, изложены особые свойства и методы получения вещества в высокодисперсном состоянии, принципы создания ансамблей наночастиц, приведены сведения о нанохимии некоторых элементов Периодической системы.
Пособие посвящено изучению новейших достижений в области нанохимии и нанотехнологии. В предельно концентрированном виде включает в себя, по мнению авторов, наиболее принципиальную информацию о наноструктурированном состоянии вещества. При его написании было использовано большое число оригинальных исследова-ний, выполненных в последние годы. Материалы, представленные в учебном пособии, в основном взяты из работ, опубликованных в зарубежных (прежде всего в журналах аме-риканского химического и физического обществ) и отечественных журналах.
Пособие рассматриваться как введение в область нанохимии. Специальные разделы посвящены способам получения и свойствам наночастиц металлов и оксидов металлов, углерода, нанокомпозитам и искусственным метаматериалам.

Статьи, доклады

Отработан синтез препаративных количеств стабильных дисперсий наноструктур графита, частично окислённого графита и окислённого графита, модифицированного этилендиамином в органических растворителях (спиртах и диоксане). Исследовано взаимодействие полиметиновых (анионного и катионного) красителей с углеродными наноструктурами различных типов в спиртовых растворах. Найдено, что спектры поглощения красителей в дисперсиях нанографитов являются суперпозицией спектральных кривых отдельных компонентов, что свидетельствует об отсутствии сильных специфических взаимодействий между ними. Напротив, в дисперсиях нанотрубок наблюдается быстрое уменьшение интенсивности полосы поглощения красителей во времени до достижения равновесия насыщения. Показано, что с дву- и многослойными нанотрубками связывается большее количество красителя на единицу массы, чем с одностенными. Вероятно, это обусловлено интеркаляцией молекул красителей в многостенных нанотрубках. При этом наблюдается стабилизация суспензии нанотрубок при наличии красителей, то есть уменьшение скорости их оседания.
Синтезирован нанокристаллический порошок ZTA состава (масс. %) 90 % Al2O3 – 10 % ZrO2 (Y2O3,CeO2) комбинированным методом гидротермального синтеза/механического смешивания. Полученный порошок отожгли при температурах 400ºC, 550ºC, 700ºC, 850ºC, 1000ºC, 1150ºC, 1300ºC и 1450ºC с двухчасовой выдержкой. Физико-химические свойства нанокристаллического порошка исследованы методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализов, сканирующей электронной микроскопией и методом БЭТ. Показано, что при последовательном отжиге порошка уменьшается скорость спекания после 1000ºC, о чём свидетельствуют результаты изменения морфологии. Характер изменения поведения зависимости удельной поверхности порошков от температуры ихтермической обработки связан с фазовыми превращениями твёрдого раствора на основе ZrO2 и процессами спекания.
В данной статье рассмотрены особенности химико-динамического полирования полупроводников типа AIIIBV травильными композициями (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с использованием C6H8O7 разной исходной концентрации. Установлено, что исследуемые бромвыделяющие смеси характеризуются низкими скоростями травления. Проведён сравнительный анализ влияния изменения состава травильных растворов с разной исходной концентрацией лимонной кислоты на параметры химического взаимодействия кристаллов с травителями и качество получаемой поверхности. Установлено, что увеличение концентрации C6H8O7 в составе травителя способствует уменьшению скорости растворения полупроводников от 7,5 мкм/мин до 0,1 мкм/мин. Минимальные значения скоростей травления достигаются при максимальном насыщении смеси органическим компонентом (80 об. %), независимо от его исходной концентрации. Сравнительный анализ экспериментальных результатов свидетельствует о том, что травители на основе (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с 20 % исходной концентрацией C6H8O7 (по сравнению с 40 %) характеризуются большими скоростями травления и могут быть использованы для качественной финишной обработки кристаллов InAs, InSb, GaAs и GaSb. Установлено, что расположение областей полирующих и неполирующих травильных композиций не зависит от изменения исходной концентрации лимонной кислоты. Полирующая область находится в пределах 2–22 об. % (NH4)2Cr2O7, 10–98 об. % HBr и 0–80 об. % лимонной кислоты для InAs и GaAs, а для кристаллов InSb и GaSb – 2–19 об.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 об. % HBr, 0–80 об. % C6H8O7. Область неполирующих растворов присуща только антимонидам. Показано, что полирование травителями состава (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с использованием 20 % C6H8O7 эффективнее уменьшает структурные нарушения полупроводников.
Методами физико-химической геомеханики, коллоидной и биоколлоидной химии исследовано и подвергнуто анализу влияние ультрадисперсных структур и микроорганизмов на процессы метаморфизма полиминеральных железооксидносиликатных рудных материалов (ЖСРМ), а также на последующее механогеохимическое и биогеохимическое формирование под влиянием микроорганизмов осадочных железных руд, загрязнённых мышьяком и фосфором. Показано, что свойства таких высокодисперсных железных руд и железосодержащих пелагических осадков зависят от всех стадий метаморфизма полиминеральных рудных материалов, условий восстановительной и геомеханической обработки. Отмечено значение полученных данных для разработки оптимальных условий очистки ЖСРМ от примесей кремния, мышьяка, фосфора и серы.
С помощью методов ИК-спектроскопии и широкоуглового рассеяния рентгеновских лучей исследована структура полимерной аморфной системы на основе алифатического эпоксидного олигомера и соли перхлората лития. Установлено координационное взаимодействие между катионами лития и эфирными атомами кислорода в полимерной цепи. При увеличении содержания соли LiClO4 в объёме эпоксидного полимера имеет место смещение в область больших углов рассеяния аморфного гало при 2θm ≈ 20,0º, которое характеризует ближний порядок фрагментов межузельных молекулярных звеньевДЕГ-1 и уменьшение брэгговского расстояния между этими молекулярными звеньями.
Получены композиты на основе сетчатых полиуретанов, синтезированных через форполимер или аддукт, с введёнными in situ многослойными углеродными нанотрубками. Исследованы влияния способа синтеза полимера, порядка введения и количества наполнителя на электропроводность, теплопроводность и механические характеристики композитов. Показано, что композиты на основе полиуретанов, синтезированных через форполимер и аддукт, характеризуются скачкообразным ростом электропроводности с перколяционными переходами при содержании нанотрубок 0,65 % и више 2,5 % соответственно. Прочность на разрыв для этих систем составляет 14 и 6 МПа соответственно.
В работе исследовались процессы функционирования гибридных конденсаторов, в которых положительными электродами были композиты Ni(OH)2 + С і Ni(OH)2 + MoO3 + С, которые формировались путём механохимического смешивания соответствующих компонентов в соотношении 70:30 та 70:15:15 соответственно, до и после лазерного облучения, а отрицательным электродом — нанопористый углерод. Показана возможность их совместного функционирования; высокие удельные характеристики установлены для пары [laser (Ni(OH)2 + MoO3 + C)]–[C] при токе у 10 мА. Обнаружено, что кулоновская эффективность выходит на насыщение в течение первых 100 циклов, которое для гибридной системы [(Ni(OH)2 + C)]–[C] составляет 75 %, а для системы [laser (Ni(OH)2 + MoO3 + C)]–[C] — 94%. Для низких частот угол наклона прямой Варбурга для гибридных систем [laser (Ni(OH)2 + C)]– [C] и [laser (Ni(OH)2 + MoO3 + C)]–[C] уменьшается по сравнению с системой [Ni(OH)2] –[C], что свидетельствует о наличии быстрых обратимых окислительно-восстановительных реакций.
С помощью комплекса структурных методов и термомеханического анализа исследованы структура и свойства нанокомпозитов, сформированных химическим восстановлением катионов Cu2+ в полиэлектролитметаллических комплексах (ПМК) под действием постоянного электрического поля и в его отсутствие. Установлено, что в результате химического восстановления катионов Cu2+ в ПМК с помощью NaBH4 (BH4 /Cu2+=4) под действием электрического поля образуется нанокомпозит на основе полиэлектролитного комплекса КМЦ–ПЭИ и наночастиц Cu/Cu2O, но с большим содержанием металлической фазы Cu. Установлено, что нанокомпозиты КМЦ–ПЕІ–Cu/Cu2O, сформированные под действием постоянного электрического поля, характеризуются значительно более высоким уровнем гетерогенности структуры и меньшими значениями областей гетерогенности и относительной деформации.
Методами широкоугловой рентгенографии и термомеханического анализа исследованы структурная организация и термомеханические свойства нанокомпозитов, сформированных из интерполиэлектролитметаллических комплексов (ИПМК). Установлено, что химическое восстановление катионов Cu2+ в интерполиэлектролит-металлических комплексах пектин – Cu2+ – П4ВП с помощью NaBH4 происходит с образованием нанокомпозита на основе интерполиэлектролитного комплекса (ИПЭК) пектин–П4ВП и наночастиц Cu/Cu2O типа ядро–оболочка. Методом термомеханического анализа показано, что при переходе от ИПЭК и ИПМК к нанокомпозиту ИПЭК–Cu/Cu2O происходит повышение температуры стеклования Тg и перехода в вязкотекучее состояние Тf. Это указывает на более высокую термостойкость нанокомпозита по сравнению с системами ИПЭК и ИПМК.
В работе исследован активированный уголь, исходными материалами для получения которого были отходы переработки кукурузы, — стержни початков, листья и стебли, — и сухой свекловичный жом. Показано, что после карбонизации и активации водяным паром измельчённый уголь является достаточно однородным, независимо от структуры исходного сырья. Óстановлено, что на всех рентгеновских дифрактограммах наблюдаются широкие диффузные максимумы, близкие по положению к рефлексам поликристаллического графита. Анализ дифрактограмм позволил установить, что исследуемый уголь характеризуется микронеоднородной структурой, сформированной из графитоподобных и графеновых нанокристаллов, распределённых в аморфной фазе. Основной вклад в кристаллоподобную составляющую структуры дают трёхмерные графитоподобные кристаллиты, доля которых составляет от 75% в угле из свекловичного жома до 82% в угле из стеблей кукурузы. Пористая структура рассчитана на основе анализа спектров малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. Показано хаотичное распределение пор и отсутствие корреляции в их взаимном размещении, что свойственно полидисперсным системам с широким распределением пор по размерам. Установлено, что функции распределения пор для угля на основе стеблей и стержней початков кукурузы характеризуются наличием чёткого максимума при r = 4,7 нм и r = 5,2 нм соответственно, а на основе свекольного жома — при r = 3,8 нм. Распределение пор активированного угля на основе листьев кукурузы имеет бимодальный характер с расщеплением основного максимума на подмаксимумы с r = 2,5 нм та r = 5,4 нм. На основе закона Порода, который описывает асимптотическое поведение интенсивности малоуглового рассеяния рентгеновских лучей, установлено, что уголь из стеблей кукурузы характеризуется удельной площадью поверхности в 617 м2/г, из листьев — 409 м2/г, из свекловичного жома — 342 м2/г, а из стержней початков кукурузы — 165 м2
В β-облучённом биополимере хитозане выявлены 2 типа парамагнитных дефектов ПЦ1 и ПЦ2, индуцированных разрывом углеродных связей. Определена природа дефектов и их параметры, исследована кинетика накопления с ростом дозы облучения D. Исходя из сравнения эксперимента с теоретическими расчётами, определили кинетические параметры процессов. Обнаружен эффект «самозалечивания» материала, то есть спад концентрации ПЦ со временем после облучения. Показано, что скорость этих процессов зависит от концентраций «мелких» и «глубоких» ловушек для электронов. Установлено, что в образцах хитозана с более «кристаллической» структурой процессы восстановления происходят гораздо медленнее.
Нобелевская премия по химии за 2016 год была присуждена Жану-Пьеру Соважу, сэру Джеймсу Фрезеру Стоддарту и Бернарду Лукасу Феринга по результатам их тридцатилетнего изучения способов конструирования и синтеза молекулярных машин, которые были продемонстрированы с помощью «автомобиля» длиной четыре нанометра с четырьмя колесами, приводимыми в движение молекулярными двигателями. Ученые продолжили расширять границы и исследовать новые технологии: в данном случае — новаторские решения за пределами физических ограничений, реализующие потенциальные возможности в целях неисчислимого множества применений в повседневной жизни. Недавние достижения в области нанотехнологий и нанонауки привели к созданию материалов нанометровых размеров с неожиданно возникающими физическими и химическими свойствами, преобразующими мир.
Исследована адсорбция глутамина и глутаминовой кислоты углеродными нанотрубками (НТ) в широком диапазоне рН (2,0–12,0). Обнаружено, что достижение адсорбционного равновесия наблюдается через 20 мин после начала контакта адсорбата с адсорбентом. Изотермы адсорбции имеют многоступенчатый характер. Предполагается, что в области мономолекулярного заполнения глутамин и глутаминовая кислота взаимодействуют с поверхностью углеродных нанотрубок посредством общего алифатического фрагмента молекул за счёт гидрофобных сил. Показано, что адсорбция глутаминовой кислоты снижает ζ-потенциал нанотрубок за счёт экранирования или нейтрализации части поверхностных зарядов НТ аминогруппой и/или смещения плоскости скольжения вглубь раствора. Добавление глутамина в концентрации, необходимой для формирования монослоя вещества на поверхности нанотрубок, наоборот, приводит к небольшому увеличению абсолютной величины ζ-потенциала с выходом на плато и с последующим снижением ζ-потенциала.
Получены наноразмерные композитные фотокатализаторы на основе диоксида титана и углерода. Материалы охарактеризованы с использованием методов РФА, СЕМ, ВЕТ, УФ- и видимой спектроскопии, а также ИК-спектроскопии. Рентгенофазовый анализ показал наличие фазы анатаза во всех образцах. Установлено, что композиты состоят из округлых агломератов размерами около 2 мкм, и, в зависимости от метода получения, размеры их кристаллитов изменяются от 15 до 29 нм. Исследование изотерм сорбции–десорбции азота для синтезированных порошков показало наличие петли гистерезиса, что свидетельствует об их мезопористой структуре. В спектрах поглощения нанокомпозитов наблюдается батохромный сдвиг, а ширина запрещённой зоны уменьшается по сравнению с чистым диоксидом титана. Выявлены различия в колебательных спектрах порошков, полученных различными методами. Композитные образцы проявили более высокую фотокаталитическую активность в деструкции органических красителей сафранина Т и родамина при УФ- и видимом облучении по сравнению с TiO2. Это может быть связано с участием углерода в ингибировании процесса рекомбинации электронов и дырок, продлении жизни зарядов, увеличении эффективности межфазового разделения зарядов на границе фаз диоксид титана–углерод, а также формировании дополнительных электронных уровней.
Гидротермальным синтезом в щелочной среде получены нанокристаллические порошки твёрдого раствора на основе ZrO2 (мол.%): 97ZrO2–3Y2O3, 90ZrO2–2Y2O3–8CeO2 и исследованы изменения их свойств при термической обработке в интервале температур 400–1300ºС. Для исследования свойств использованы методы рентгенофазового, дифференциально-термического и химического анализов, электронной микроскопии и метод БЭТ. Установлено, что после гидротермального синтеза в порошках формируется термодинамически неравновесная система, в состав которой входит смесь низкотемпературного метастабильного кубического твёрдого раствора на основеZrO2 (F-ZrO2) и тетрагонального твёрдого раствора на основе ZrO2 (Т-ZrO2). Размер первичных частиц не превышает 10–15 нм. Удельная поверхность порошков меняется от 1 до 99 м2/г.
Работа посвящена исследованию возможности использования пористой керамики медицинского назначения на основе биогенного гидроксиапатита, легированного наномагнетитом, полученным конденсационным физико-химическим методом, в качестве носителя препаратов разной молекулярной массы и, в частности, антибиотиков широкого спектра действия. Установлено значительное увеличение скорости растворимости в неорганической модельной среде и незначительное уменьшение адсорбционной активности легированных образцов по сравнению с исходным, причём как с индикатором метиленовым синим, так и с антибиотиком
Методами ИК-спектроскопии, дифференциального термического анализа, оптической микроскопии с использованием статистического анализа микроструктур изучено влияние кремнезёма с метилированной поверхностью (МК) наноразмерного диапазона на структурообразование при течении расплава смеси полипропилен–пластифицированный глицерином поливиниловый спирт ПП/ПВС(Глиц) при массовом соотношении 30/70(7). Оптимальным для волокнообразования является содержание МК 0,5 мас.% и смешение при одновременном введении компонентов полипропилен + поливиниловый спирт (глицерин) + метилкремнезём, что может быть связано с особенностями формирования переходного слоя между ПП и ПВС.
Рассмотрены современные методы получения наночастиц материалов и их использование с целью оптимизации эксплуатационных свойств композитов.
Представлены результаты изучения свойств нанокристаллических порошков системы ZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3–СоО. Исходные порошки состава 90 масс. % ZrO2 (3Y2O3, 2CeO2) –10 масс. % Al2O3, легированные CoAl2O4, получены комбинированным методом гидротермального синтеза в щелочной среде/механического смешивания. Состав твёрдого раствора на основе ZrO2 (моль%) — 95 % ZrO2–3 % Y2O3–2 % CeO2; содержание CoAl2O4 составляет 5 та 30 масс. %. Исследование свойств нанокристаллических порошков проведено методами рентгенофазового анализа, электронной микроскопии, дифференциально-термического анализа и методом БЭТ. Полученные результаты будут использованы при целенаправленном выборе исходных нанокристаллических порошков для микроструктурного проектирования окрашенных композитов системы ZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3–СоО.
Сопоставлены свойства ультрадисперсных коллоидных систем и наносистем. Показано, что многие теоретические положения коллоидной химии приложимы к наносистемам. Рассмотрены примеры масштабных эффектов, играющих важную роль в коллоидной химии и физико-химической механике; обсуждены возможности экстраполяции соответствующих закономерностей на область наноразмеров. Приведены основные методы получения ультрадисперсных коллоидных частиц. С позиций термодинамики необратимых процессов обсуждена эволюция коллоидных систем с образованием организованных структур (мицеллы поверхностно-активных веществ, кольца Лизеганга и др.).
Рассматривается проблема использования достижений в области нанохимии для повышения уровней таких параметров креативности как оригинальность и разработанность, а также уровня познавательного интереса. Авторами представлен опыт внедрения метода проектов в процесс получения химического образования старшеклассниками города Оренбурга. Результаты опытно-экспериментальной работы показали, что применение проектно-исследовательской деятельности способствовало не только достижению более высокого уровня изучаемых параметров креативности старшеклассников, но и повысило уровень познавательной активности учащихся.
Проведено исследование динамики формирования островов адсорбата в процессах осаждения–конденсации из газовой фазы. В рамках использования обобщённого подхода, основанного на использовании реакционно-диффузионных моделей, установлено, что стабилизация наноструктур в данном классе моделей достигается за счёт неравновесных химических реакций, отвечающих за формирование комплексов. Показано, что во время эволюции системы реализуются процессы отбора структур. Установлено, что осцилляционный режим формирования островов адсорбата наноразмерного масштаба реализуется при условии конечной скорости передачи атомных возмущений, что связано с ненулевым значением времени релаксации диффузионного потока. Исследовано влияние внутреннего шума на процессы формирования структур. Показано, что такой шум при малых интенсивностях регулирует переходы между упорядоченными термодинамическими плотной и разбавленной фазами. Показано, что такие фазовые переходы характеризуются увеличением флюктуаций поля концентрации адсорбата и корреляционного радиуса пространственных модуляций. Исследовано влияние локальных изменений температуры поверхности при прохождении процессов адсорбции–десорбции на формирование островов адсорбата при конденсации из газовой фазы. Показано, что учёт процессов релаксации и локального изменения поля температуры поверхности приводит к сужению интервалов значений температуры и давления, когда формируются устойчивые структуры адсорбата. Исследованы статистические свойства поверхностных структур. Показано, что переходы между упорядоченными термодинамическими плотной и разбавленной фазами сопровождаются образованием кластеров адсорбата или вакансий. Установлено, что сферические острова адсорбата и вакансий характеризуются разными функциями распределения по своим размерам для разной симметрии решёток. Показано, что в зависимости от управляющих параметров системы распределение островов по размерам может менять модальность. Установлено, что стационарные структуры адсорбата/вакансий имеют нанометровый диапазон, а их размером можно управлять при помощи как первичных, так и вторичных механизмов. Предложена обобщённая модель для исследования процессов формирования структур адсорбата в многослойных системах с учётом процессов перехода адатомов между слоями. Показано, что в такой системе реализуется каскад фазовых переходов первого рода, количество которых определяется количеством слоёв многослойной модели.
Исследованы процессы образования поверхностных структур наноразмерного масштаба при ионном распылении. В рамках исследования анизотропной модели, при учёте флуктуаций потока налетающих ионов получены диаграммы, иллюстрирующие возможные типы равноосных и волновых поверхностных структур, которые реализуются в исследуемой системе. Показано, что количество таких структур на поздних временах эволюции системы является постоянной величиной. Установлены зависимости показателей роста поверхности и её шероховатости. Исследована динамика процессов структурообразования на поверхности с учётом флуктуаций угла распыления. Показано, что статистические свойства такого мультипликативного шума влияют на динамику структурообразования, характер и морфологию поверхностных структур. В рамках обобщённой модели с учётом процессов релаксации облучаемой поверхности была получена фазовая диаграмма, разделяющая область основных параметров системы на домены, которые соответствуют условиям реализации стационарных структур на поверхности распыляемого материала и гладкой поверхности. Исследована динамика структурных дефектов. Развитый подход применён для моделирования процесса распыления кремния ионами аргона. Установлены зависимости глубины проникновения ионов и коэффициента выхода от угла распыления и энергии ионов. Показано, что на малых углах распыления реализуются равноосные (изотропные) структуры, тогда как при больших значениях угла распыления формируются волновые структуры. Установлены зависимости длины волны структур кремния от энергии ионов и показано, что линейный размер изотропных структур уменьшается с увеличением энергии налетающих ионов и принимает значение порядка нескольких десятков нанометров.
Статья посвящена проблеме соотношения фундаментальных и прикладных исследований в нанохимии и нанотехнологии, а также моделям их взаимодействия.
В статьи максимально охвачены все виды наносенсоров и области их применения. Сделан акцент на использование наноматериалов и нанотехнологий для создания химических сенсоров, а также на том, что наносенсоры перешли из области «искусства» отдельных экспериментаторов и лабораторий в область повседневной практики аналитиков-исследователей. Появились первые коммерческие образцы наносенсоров.
Функционализированные гетероатомами пористые углеродные материалы получены методами объёмной и матричной карбонизации сахарозы с использованием меламина или мочевины как источников атомов азота и борной кислоты в качестве источника атомов бора. Модифицирование углеродных материалов гетероэлементами является эффективным способом улучшения их функциональных характеристик, таких как удельная адсорбция газов и электрохимическая ёмкость, в результате формирования на их поверхности функциональных групп. Такое изменение химического состояния поверхности углеродных материалов приводит к изменению их кислотно-основных свойств, повышению гидрофильности, способствует возникновению дополнительной электро-химической ёмкости вследствие протекания обратимых окислительно-восстановительных процессов с привлечением поверхностных групп.
В работе исследованы процессы накопления дефектов и их релаксация в нанокомпозиционном материале из порошков Fe (80 масс. %) і Cu (20 масс. %) с добавлением небольшого количества многостенных углеродных нанотрубок (от 0,5 до 2 об. %). Механохимическую активацию компонентов нанокомпозиции проводили с помощью шаровой планетарной мельницы. С помощью метода термо-э.д.с. была проанализирована дефектная структура материала. Значения термо-э.д.с. и прочности материала достигают больших значений для образцов, скомпактированных и прокатанных после их механохимической активации. Основная черта всех полученных зависимостей термо-э.д.с. — отсутствие насыщения как для предварительно необработанных материалов, так и для образцов после механохимической активации в шаровой мельнице, что обусловлено блокированием дислокаций на межфазных границах.