Нанохімія

Монографії

Коротко викладено сучасний огляд нанохімії. Узагальнено питання взаємозв’язку між розмірними ефектами в наночастинках і їх електронними, оптичними, магнітними, механічними та ін. фізичними властивостями. Детально обговорено термодинамічні аспекти процесів, що лежать в основі самоорганізації і самозбірки наночастинок, а також подана характеристика сил, що лежать в їх основі. Крім докладного розгляду широкого спектра методів синтезу наночастинок різної природи і морфології, представлені сучасні методи їх аналізу. Велику увагу приділено специфіці застосування наночастинок і матеріалів на їх основі в енергетиці, каталізі й захисту навколишнього середовища.
У монографії висвітлено досягнення в галузі хімічного наноматеріалознавства. Матеріали систематизовано відповідно до пріоритетних напрямків, які успішно розвиваються в Україні.
Книга присвячена науково-технологічним основам електрохімічних процесів, що застосовуються в технології мікро- та наноструктур, які інтенсивно розвиваються останнім часом. У посібнику наведено короткі відомості про законах та положеннях теорії електродного рівноваги і електрохімічної кінетики, розглянуті механізми формування твердотільних мікро- та наноструктур, особливості одержання і застосування пористого кремнію, описані електрохімічні процеси в технології МЕМС, процеси формування бар’єрних і пористих анодних оксидів і їх застосування в мікро- і нанотехнології, процеси анодного окислення за допомогою скануючого зондового мікроскопа, катодного осадження металів і напівпровідників, їх застосований е в технології УБІС, МЕМС і нанотехнології. Призначено для студентів, аспірантів, наукових працівників і інженерів.
У монографії узагальнені новітні дані літератури та дослідження авторів, що виконані співробітниками кафедри фармакології та клінічної фармакології і кафедри хірургічної стоматології та щелепно-лицевої хірургії Національного медичного університету ім. Богомольця, лабораторією електронно-променевої нанотехнології неорганічних матеріалів для медицини Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона і Національного медичного університету ім. Богомольця, Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, Національного фармацевтичного університету, Львівського Національного медичного університету імені Данила Галицького стосовно проблем нанонауки, нанобіології, нанофармації.
Це перша науково-популярна книга з нанотехнологій, що рекомендована спеціально для новачків. На відміну від традиційних підручників, книга написана живою цікавою мовою, у якій розповідається про складні речі в простий і цікавій формі. У той же час, охоплені всі основні напрями сучасної нанотехнології з урахуванням дійсності.
Книга присвячена новому й швидко розвиваючому напрямку – нанохімії. Ця галузь пов’язана з отриманням та вивченням фізико-хімічних властивостей частинок, що мають розміри в кілька нанометрів. Подібні частинки можуть володіти високою реакційною здатністю в широкому інтервалі температур. У книзі, на прикладі різних елементів, показано, що дослідження у галузі нанохімії відкривають нові можливості синтезу речовин і наноматеріалів з невідомими властивостями. Основну увагу приділено специфіці отримання і хімічним перетворенням атомів, кластерів і наночасток металів. Спеціальні розділи присвячені вуглецю і роботам з кріохімія атомів і наночастинок металів. В окремих розділах розглянуто розмірні ефекти в хімії та перспективи розвитку нанохімії.

Підручники, навчальні й методичні посібники

В даному посібнику коротко викладено основні результати досліджень з нанотехнологій і наноматеріалів конструкційного і функціонального призначення. Розглянуто фізико-хімічні особливості наноматеріалів, методи діагностики, способи отримання компактних наноматеріалів і їх галузь застосування, в тому числі в машинобудуванні, атомній енергетиці, наноелектроніці. Наведені приклади прояву розмірних ефектів при формуванні властивостей наноматеріалів. Цей посібник буде корисним студентам для поглибленого вивчення курсу «Фізичне матеріалознавство», а також для аспірантів і наукових співробітників, які починають працювати в галузі нанотехнологій і наноматеріалів.
У першій частині посібника подано класифікацію об’єктів нанохімії, а так само основні типи нанооб’єктів та наносистем на їх основі. Друга частина присвячена методам отримання нанокристалічних частинок і порошків, починаючи від найбільш відомих методів випаровування і конденсації, осадження з колоїдних розчинів і закінчуючи механосинтезом, ударно-хвильовим (детонаційними) і електропідривної методами. Також розглянуті методи отримання компактних наноматеріалів. У третій частині викладені загальні уявлення про симетрії і їх можливе використання в описі хімічних систем. Наводиться класифікація елементів симетрії і алгоритм визначення точкових груп, а також математичний апарат опису операцій симетрії – теорія груп.
У книзі розглянуто роль нанотехнології у XXI ст., виділено проблемне поле нанохімії, викладені особливі властивості й методи отримання речовини у високодисперсному стані, принципи створення ансамблів наночастинок та наведені відомості про нанохімії деяких елементів періодичної системи.
Посібник присвячений вивченню новітніх досягнень у галузях  нанохімії та нанотехнології. У гранично концентрованому вигляді включає в себе, на думку авторів, найбільш принципову інформацію про наноструктурований стан речовини. При його написанні було використано велику кількість оригінальних досліджень, які виконані в останні роки. Матеріали, що представлені в навчальному посібнику, в основному, взяті з робіт опублікованих в зарубіжних (насамперед в журналах американського хімічного і фізичного товариств) і вітчизняних журналах.
Посібник розглядатися як введення до нанохімії. Спеціальні розділи присвячені способам отримання та властивостям наночастинок металів і оксидів металів, вуглецю, нанокомпозитам і штучним метаматеріалам.

Статті, доповіді

Відпрацьовано синтез препаративних кількостей стабільних дисперсій наноструктур графіту, частково окисненого графіту та окисненого графіту, модифікованого етилендіаміном в органічних розчинниках (спиртах і діоксані). Досліджено взаємодію поліметинових (аніонного і катіонного) барвників з вуглецевими наноструктурами різних типів у спиртових розчинах. Знайдено, що спектри поглинання барвників у дисперсіях нанографітів є суперпозицією спектральних кривих окремих компонентів, що свідчить про відсутність сильних специфічних взаємодій між ними. Навпаки, у спиртових дисперсіях нанотрубок спостерігається швидке зменшення інтенсивності смуги поглинання барвників у часі до досягнення рівноваги насичення. Показано, що з дво- та багатостінними нанотрубками зв’язується більша кількість барвника на одиницю маси, ніж з одностінними. Вірогідно, це зумовлено інтеркаляцією молекул барвників у багатостінних нанотрубках. При цьому спостерігається стабілізація суспензії нанотрубок у присутності барвників, тобто зменшення швидкості осідання їх.
Синтезовано нанокристалічний порошок ZTA складу (мас. %) 90 % Al2O3 – 10 % ZrO2 (Y2O3,CeO2) комбінованим методом гідротермального синтезу/механічного змішування. Одержаний порошок відпалено при 400ºC, 550ºC, 700ºC, 850ºC, 1000ºC, 1150ºC, 1300ºC і 1450ºC з двогодинною витримкою. Фізико-хімічні властивості нанокристалічного порошку досліджено методами диференційно-термічного та рентґенофазового аналізів, сканувальною електронною мікроскопією і методом БЕТ. Показано, що при послідовному відпалі порошку зменшується швидкість спікання після 1000ºC, про що свідчать результати зміни морфології. Характер зміни поведінки залежності питомої поверхні порошків від температури їх термічного оброблення пов’язаний із фазовими перетвореннями твердого розчину на основі ZrO2 та процесами спікання.
У даній статті розглянуто особливості хіміко-динамічного полірування напівпровідників типу AIIIBV щавильними композиціями (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 з використанням C6H8O7 різної вихідної концентрації. Встановлено, що досліджувані бромвидільні суміші характеризуються низькими швидкостями щавлення. Проведено порівняльну аналізу впливу зміни складу щавильних розчинів із різною вихідною концентрацією лимонної кислоти на параметри хімічної взаємодії кристалів із щавниками і якість одержаної поверхні. Встановлено, що збільшення концентрації C6H8O7 у складі щавника сприяє зменшенню швидкості розчинення напівпровідників від 7,5 мкм/хв до 0,1 мкм/хв. Мінімальні значення швидкостей щавлення досягаються при максимальному насиченні суміші органічним компонентом (80 об. %), незалежно від його вихідної концентрації. Порівняльна аналіза експериментальних результатів свідчить про те, що щавники на основі (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с 20 % вихідною концентрацією C6H8O7 (у порівнянні з 40 %) характеризуються більшими швидкостями щавлення та можуть бути використані для якісного фінішного оброблення кристалів InAs, InSb, GaAs и GaSb. Встановлено, що розташування областей полірувальних і неполірувальних щавильних композицій не залежать від зміни вихідної концентрації лимонної кислоти. Полірувальна область знаходиться в межах 2–22 об. % (NH4)2Cr2O7, 10–98 об. % HBr і 0–80 об. % лимонної кислоти для InAs и GaAs, а для кристалів InSb і GaSb – 2–19 об.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 об. % HBr, 0–80 об. % C6H8O7. Область неполірувальних розчинів є притаманною лише для антимонідів. Встановлено, що полірувальні щавники складу (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 із використанням 20 % C6H8O7 ефективніше зменшують структурні порушення напівпровідників.
Методами фізико-хімічної геомеханіки, колоїдної і біоколоїдної хімії досліджено та проаналізовано вплив ультрадисперсних структур і мікроорганізмів на процеси метаморфізму полімінеральних залізооксидно-силікатних рудних матеріалів (ЗСРМ), а також на механогеохімічне та біогеохімічне формування під впливом мікроорганізмів осадових залізних руд, забруднених арсеном і фосфором. Показано, що властивості таких високодисперсних залізних руд і залізовмісних пелагічних осадів залежать від усіх стадій метаморфізму полімінеральних рудних матеріалів, умов відновного та геомеханічного оброблення. Вказано на зазначення оптимальних умов очищення ЖСРМ від домішок силіцію, арсену, фосфору та сірки.
За допомогою методів ІЧ-спектроскопії та ширококутового розсіяння Рентґенових променів досліджено структуру полімерної аморфної системи на основі аліфатичного епоксидного олігомеру та солі перхлорату літію. Встановлено координаційну взаємодію між катіонами літію та ефірними атомами оксиґену полімерного ланцюга. При збільшенні вмісту солі LiClO4 в об’ємі епоксидного полімеру має місце зміщення в область більших кутів розсіяння аморфного гало при 2θm ≈ 20,0º, яке характеризує близький порядок фраґментів міжвузлових молекулярних ланок ДЕГ-1 та зменшення бреґґівської відстані між цими молекулярними ланками.
Одержано композити на основі сітчастих поліуретанів, синтезованих через форполімер або аддукт, з введеними in situ багатошаровими вуглецевими нанотрубками. Досліджено впливи способу синтезу полімеру, порядку введення та кількості наповнювача на електропровідність, теплопровідність і механічні характеристики композитів. Показано, що композити на основі поліуретанів, синтезованих через форполімер та аддукт, характеризуються стрибкоподібним зростанням електропровідності з перколяційними переходами при вмісті нанотрубок у 0,65 % та вище 2,5 % відповідно. Міцність на розрив для цих систем становить 14 та 6 МПа відповідно.
У роботі досліджувалися процеси функціонування гібридних конденсаторів, в яких позитивними електродами були композити Ni(OH)2 + С і Ni(OH)2 + MoO3 + С, що формувалися шляхом механохімічного змішування відповідних компонентів у співвідношенні 70:30 та 70:15:15 відповідно, до та після лазерного опромінення, а неґативною електродою — нанопористий вуглець. Показано можливість їх сумісного функціонування; найвищі питомі характеристики встановлено для пари [laser (Ni(OH)2 + MoO3 + C)]–[C] при струмі у 10 мА. Виявлено, що кулонівська ефективність виходить на насичення протягом перших 100 циклів, яке для гібридної системи [(Ni(OH)2 + C)]–[C] становить 75 %, а для системи [laser (Ni(OH)2 + MoO3 + C)]–[C] — 94%. Для низьких частот кут нахилу Варбурґової прямої для гібридних систем [laser (Ni(OH)2 + C)]– [C] і [laser (Ni(OH)2 + MoO3 + C)]–[C] зменшується у порівнянні з системою [Ni(OH)2] –[C], що свідчить про наявність швидких оборотних окиснювально-відновних реакцій.
За допомогою комплексу структурних методів і термомеханічного аналізу досліджено структуру та властивості нанокомпозитів, сформованих хімічним відновленням катіонів Cu2+ у поліелектроліт-металевих комплексах (ПМК) під дією постійного електричного поля та за його відсутності. Встановлено, що в результаті хімічного відновлення катіонів Cu2+ у ПМК за допомогою NaBH4 (BH4 /Cu2+=4) під дією електричного поля утворюється нанокомпозит на основі поліелектролітного комплексу КМЦ–ПЕІ і наночастинок Cu/Cu2O, але з більшим вмістом металічної фази Cu. Встановлено, що нанокомпозити КМЦ–ПЕІ–Cu/Cu2O, сформовані під дією постійного електричного поля, характеризуються значно вищим рівнем гетерогенності структури та меншими значеннями областей гетерогенності й відносної деформації.
Методами ширококутової рентґенографії і термомеханічного аналізу досліджено структурну організацію і термомеханічні властивості нанокомпозитів, сформованих із інтерполіелектроліт-металічних комплексів (ІПМК). Встановлено, що хімічне відновлення катіонів Cu2+ у інтерполіелектроліт-металічних комплексах пектин – Cu2+ – П4ВП за допомогою NaBH4 відбувається з утворенням нанокомпозиту на основі інтерполіелектролітного комплексу (ІПЕК) пектин–П4ВП і наночастинок Cu/Cu2O типу ядро–оболонка. Методом термомеханічної аналізи показано, що при переході від ІПЕК і ІПМК до нанокомпозиту ІПЕК–Cu/Cu2O відбувається підвищення температури склування Тg та переходу у в’язкоплинний стан Тf. Це вказує на більш високу термостійкість нанокомпозиту у порівнянні із системами ІПЕК та ІПМК.
Досліджено активоване вугілля, вихідними матеріалами для одержання якого були відходи перероблення кукурудзи, – качани, листки та стебла, – і сухий буряковий жом. Показано, що після карбонізації й активації водяною парою подрібнене вугілля є достатньо однорідним, незалежно від структури вихідної сировини. Встановлено, що на усіх рентґенівських дифрактограмах спостерігаються широкі дифузні максимуми, близькі за положенням до рефлексів полікристалічного графіту. Аналіз дифрактограм надав змогу встановити, що досліджуване вугілля характеризується мікронеоднорідною структурою, сформованою з графітоподібних і графенових нанокристалів, розподілених в аморфній фазі. Основний внесок у кристалоподібну складову структури роблять тривимірні графітоподібні кристаліти, частка яких складає від 75% у вугіллі з бурякового жому до 82% у вугіллі зі стебел кукурудзи. Пористу структуру розраховано на основі аналізи спектрів малокутового розсіяння Рентґенових променів. Показано хаотичний розподіл пор і відсутність кореляції у їхньому взаємному розміщенні, що є властивим для полідисперсних систем із широким розподілом пор за розмірами. Встановлено, що функції розподілу пор для вугілля на основі стебел і качанів кукурудзи характеризуються наявністю чіткого максимуму при r = 4,7 нм і r = 5,2 нм відповідно, а на основі бурякового жому — при r = 3,8 нм. Розподіл пор активованого вугілля на основі листків кукурудзи має бімодальний характер із розщепленням основного максимуму на підмаксимуми з r = 2,5 нм та r = 5,4 нм. На основі закону Порода, що описує асимптотичну поведінку інтенсивності малокутового розсіяння Рентґенових променів, встановлено, що вугілля зі стебел кукурудзи характеризується питомою площею поверхні у 617 м2/г, з листків кукурудзи — 409 м2/г, з бурякового жому — 342 м2/г, а з качанів кукурудзи — 165 м2
В β-опроміненому біополімері хітозані виявлено 2 типи парамагнітних дефектів ПЦ1 і ПЦ2, індукованих розривом Карбонових зв’язків. Визначено природу дефектів та їхні параметри, досліджено кінетику накопичення з ростом дози опромінення D. Порівнянням експерименту з теоретичними розрахунками було визначено кінетичні параметри процесів. Виявлено ефект «самозаліковування» матеріалу, тобто спаду концентрації ПЦ з часом після опромінення. Показано, що швидкість цих процесів залежить від концентрацій «мілких» і «глибоких» пасток для електронів. Встановлено, що в зразках хітозану з більш «кристалічною» структурою процеси відновлення проходять значно повільніше.
Нобелівська премія з хімії за 2016 рік була присуджена Жану-П’єру Соважа, серу Джеймсу Фрезера Стоддарт і Бернарду Лукасу Ферінга за результатами їх тридцятирічного вивчення способів конструювання та синтезу молекулярних машин, які були продемонстровані за допомогою «автомобіля» довжиною чотири нанометра з чотирма колесами, які приводилися в рух молекулярними двигунами. Вчені продовжили розширювати межі і досліджувати нові технології: в даному випадку – новаторські рішення за межами фізичних обмежень, що реалізують потенційні можливості в цілях незліченного безлічі застосувань в повсякденному житті. Недавні досягнення в галузі нанотехнологій і нанонауки привели до створення матеріалів нанометрових розмірів з несподівано виникають фізичними і хімічними властивостями, що перетворюють світ.
Адсорбція глутаміну та глутамінової кислоти багатошаровими вуглецевими нанорурками (НР) досліджувалася при різних значеннях рН (2,0–12,0). Досягнення адсорбційної рівноваги відбувається протягом 20 хв. взаємодії розчину амінокислот з адсорбентом. Ізотерми адсорбції мають полімолекулярний характер. В області моношарової адсорбції амінокислоти зв’язуються з поверхнею НР однаковим для обох молекул аліфатичним фраґментом; важливе значення при взаємодії мають гідрофобні сили. Показано, що адсорбція глутамінової кислоти зменшує ζ-потенціал вуглецевих нанорурок за рахунок екранування чи нейтралізації частини поверхневих зарядів НР аміногрупою та/чи зміщенням всередину розчину площини ковзання. Додавання глутаміну у концентрації, необхідній для формування моношару речовини на поверхні НР, навпаки, приводить до незначного зростання абсолютної величини електрокінетичного потенціалу та його подальшого виходу на плато.
Одержано нанорозмірні композитні фотокаталізатори на основі діоксиду титану та вуглецю. Матеріали охарактеризовано з використанням методів РФА, СЕМ, ВЕТ, УФ- та видимої спектроскопії, а також ІЧ-спектроскопії. Рентґенофазовий аналіз показав наявність фази анатазу в усіх зразках. Встановлено, що композити складаються із округлих аґломератів розмірами біля 2 мкм, та, залежно від методу одержання, розміри їхніх кристалітів змінюються від 15 до 29 нм. Дослідження ізотерм сорбції–десорбції азоту для синтезованих порошків показало наявність петлі гістерезису, що свідчить про їх мезопорувату структуру. В спектрах поглинання нанокомпозитів спостерігається батохромний зсув, а ширина забороненої зони зменшується у порівнянні з чистим діоксидом титану. Виявлено відмінності у коливних спектрах порошків, одержаних різними методами. Композитні зразки характеризуються більш високою фотокаталітичною активністю в деструкції органічних барвників сафраніну Т та родаміну при УФ- та видимому опроміненні у порівнянні з TiO2. Це може бути пов’язано з участю вуглецю в інгібуванні процесу рекомбінації електронів і дірок, продовженням життя зарядів, збільшенням ефективности міжфазового розподілу зарядів на межі фаз діоксид титану–вуглець, а також з формуванням додаткових електронних рівнів.
Гідротермальним синтезом у лужному середовищі одержано нанокристалічні порошки твердого розчину на основі ZrO2 (мол.%): 97ZrO2–3Y2O3, 90ZrO2–2Y2O3–8CeO2 та досліджено зміну їхніх властивостей при термічному обробленні в інтервалі температур 400–1300ºС. Для дослідження властивостей порошків використано методи рентґенофазового, диференційно-термічного та хімічного аналізів, електронної мікроскопії та метод БЕТ. Встановлено, що після гідротермального синтезу в порошках формується термодинамічно нерівноважна система, до складу якої входить суміш низькотемпературного метастабільного кубічного твердого розчину на основі ZrO2 (F-ZrO2) та тетрагонального твердого розчину на основі ZrO2 (Т-ZrO2). Розмір первинних частинок не перевищує 10–15 нм. Питома поверхня порошків змінюється від 1 до 99 м2/г.
Роботу присвячено дослідженню можливості використання пористої кераміки медичного призначення на основі біогенного гідроксиапатиту, леґованого наномагнетитом, одержаним конденсаційним фізико-хімічним методом, у якості носія препаратів різної молекулярної маси і, зокрема, антибіотиків широкого спектру дії. Встановлено значне збільшення швидкості розчинності в неорганічному модельному середовищі та незначне зменшення адсорбційної активності леґованих зразків порівняно з вихідним, причому як з індикатором метиленовим синім, так і з антибіотиком.
Методами ІЧ-спектроскопії, диференційного термічного аналізу, оптичної мікроскопії з використанням статистичного аналізу мікроструктур вивчено вплив кремнезему з метильованою поверхнею (МК) нанорозмірного діапазону на структуроутворення за течії розтопу суміші поліпропілен–пластифікований гліцерином полівініловий спирт ПП/ПВС(Гліц) за масового співвідношення 30/70(7). Встановлено, що варіювання концентрації та послідовності введення МК за екструзійного змішування є дієвим способом реґулювання процесу волокноутворення. Оптимальним для волокноутворення є вміст МК 0,5 мас.% та змішування в розтопі за одночасного введення компонентів поліпропілен + полівініловий спирт (гліцерин) + метилкремнезем, що може бути пов’язаним із особливостями формування перехідного шару між ПП та ПВС.
Розглянуто сучасні методи отримання наночастинок матеріалів і їх використання з метою оптимізації експлуатаційних властивостей композитів.
Представлено результати вивчення властивостей нанокристалічних порошків системи ZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3–СоО. Вихідні порошки складу 90 ваг. % ZrO2 (3Y2O3, 2CeO2) –10 ваг.% Al2O3, леґовані CoAl2O4, одержано комбінованим методом гідротермального синтезу у лужному середовищі/механічного змішування. Склад твердого розчину на основі ZrO2 (моль%) — 95 % ZrO2–3 % Y2O3–2 % CeO2; вміст CoAl2O4 становить 5 та 30 ваг. %. Дослідження властивостей нанокристалічних порошків проведено методами рентґенофазового аналізу, електронної мікроскопії, диференційно-термічного аналізу та методом БЕТ. Одержані результати буде використано при цілеспрямованому виборі вихідних нанокристалічних порошків для мікроструктурного проектування забарвлених композитів системи ZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3–СоО.
Зіставлені властивості ультрадисперсних колоїдних систем і наносистем. Показано, що багато теоретичних положеннь колоїдної хімії застосовні до наносистем. Розглянуто приклади масштабних ефектів, що відіграють важливу роль у колоїдної хімії та фізико-хімічної механіки; обговорені можливості екстраполяції відповідних закономірностей у галузі нанорозмірів. Наведено основні методи отримання ультрадисперсних колоїдних частинок. З позицій термодинаміки незворотних процесів обговорена еволюція колоїдних систем з утворенням організованих структур (міцели поверхнево-активних речовин, кільця Лізеганга і ін.).
У статті висвітлюється проблема використання досягнень у галузі нанохімії для підвищення рівнів таких параметрів креативності як оригінальність і розробленість, а також рівня пізнавального інтересу. Авторами представлений досвід впровадження методу проектів у процес здобуття хімічної освіти старшокласниками міста Оренбурга. Результати дослідно-експериментальної роботи показали, що застосування проектно-дослідницької діяльності сприяло не тільки досягненню більш високого рівня досліджуваних параметрів креативності старшокласників, а й підвищило рівень пізнавальної активності учнів.
Проведено дослідження динаміки формування островів адсорбату у процесах осадження–конденсації з газової фази. В рамках використання узагальненого підходу, що ґрунтується на використанні реакційно-дифузійних моделей, встановлено, що стабілізація наноструктур у даному класі систем досягається за рахунок нерівноважних хемічних реакцій, що відповідають за формування комплексів. Показано, що під час еволюції системи, реалізуються процеси вибору структур. Встановлено, що осциляційний режим формування островів адсорбату нанорозмірного масштабу реалізується за умови кінцевої швидкості передачі атомних збурень, що пов’язано з ненульовим часом релаксації дифузійного потоку. Досліджено вплив внутрішнього шуму на процеси формування структур. Показано, що такий шум при малих інтенсивностях реґулює переходи між впорядкованими термодинамічними щільною та розрідженою фазами. Показано, що такі фазові переходи характеризуються збільшенням флюктуацій поля концентрації адсорбату та кореляційного радіуса просторових модуляцій. Досліджено вплив локальної зміни температури поверхні при проходженні процесів адсорбції–десорбції на процес формування островів адсорбату при конденсації з газової фази. Показано, що врахування процесів релаксації та локальної зміни температури поверхні приводить до звуження інтервалів температури та тиску, коли формуються стійкі структури адсорбату. При дослідженні статистичних властивостей поверхневих структур показано, що переходи між впорядкованими термодинамічними щільною та розрідженою фазами супроводжуються утворенням відокремлених кластерів адсорбата або вакансій. Виявлено, що сферичні острови адсорбата та вакансій характеризуються різними функціями розподілу за своїми розмірами для різної симетрії ґратниць. Показано, що залежно від керуючих параметрів системи розподіл островів за розмірами може змінити модальність. Встановлено, що організовані стаціонарні структури адсорбату/вакансій мають нанометровий діапазон, а їх розміром можна керувати за допомогою як первинних, так і вторинних механізмів. Запропоновано узагальнену модель для дослідження процесів формування структур адсорбату у багатошарових системах з урахуванням процесів переходу адатомів між шарами. Показано, що у такій системі реалізується каскад фазових переходів першого роду, кількість яких визначається кількістю шарів багатошарової моделі.
Досліджено процеси утворення поверхневих структур нанорозмірного масштабу у процесі іонного розпорошення. В рамках дослідження анізотропної моделі при врахуванні флюктуацій потоку іонів, що налітають, одержано діаграми, які ілюструють можливі типи рівноосних і хвильових поверхневих структур, які реалізуються в досліджуваній системі. Показано, що кількість таких структур на пізніх часах еволюції системи є постійною величиною. Встановлено залежності показників росту поверхні та її шорсткості. Досліджено динаміку процесів структуроутворення на поверхні за умови флюктуацій кута розпорошення. Показано, що статистичні властивості такого мультиплікативного шуму впливають на динаміку структуроутворення, характер і морфологію поверхневих структур. В рамках узагальненої моделі з урахуванням процесів релаксації опромінюваної поверхні було одержано фазову діаграму, що розділяє область основних параметрів системи на домени, які відповідають умовам реалізації стаціонарних структур на поверхні розпорошуваного матеріалу та гладкої поверхні. Досліджено динаміку структурних дефектів. Розвинутий підхід застосовано для моделювання процесу розпорошення кремнію іонами Арґону. Встановлено залежності глибини проникнення іонів і коефіцієнта виходу від кута розпорошення та енергії іонів. Показано, що на малих кутах розпорошення реалізуються рівноосні (ізотропні) структури, тоді як при великих значеннях кута розпорошення формуються хвильові структури. Встановлено залежності довжини хвилі структур кремнію від енергії іонів і показано, що лінійний розмір ізотропних структур зменшується зі збільшенням енергії іонів, що налітають, і набуває значень порядку декількох десятків нанометрів.
Статтю присвячено проблемі співвідношення фундаментальних і прикладних досліджень у нанохімії і нанотехнології, а також моделям їх взаємодії.
У статті максимально охоплені всі види наносенсорів і галузі їх застосування. Зроблений акцент на використання наноматеріалів і нанотехнологій для створення хімічних сенсорів, а також на те, що наносенсори перейшли з області «мистецтва» окремих експериментаторів і лабораторій в область повсякденної практики аналітиків-дослідників. З’явилися перші комерційні зразки наносенсорів
Функціоналізовані гетероатомами пористі вуглецеві матеріали одержано методами об’ємної та матричної карбонізації сахарози з використанням меламіну або сечовини як джерел атомів Нітроґену і борної кислоти як джерела атомів Бору. Модифікування вуглецевих матеріалів гетероелементами є ефективним способом поліпшення їхніх функціональних характеристик, таких як питома адсорбція газів та електрохімічна ємність, внаслідок формування на їхній поверхні функціональних груп. Така зміна хімічного стану поверхні вуглецевих матеріалів приводить до зміни їхніх кислотно-основних властивостей, підвищення гідрофільності, сприяє виникненню додаткової електрохімічної ємності внаслідок перебігу оборотних окиснювально-відновних процесів із залученням поверхневих груп.
В роботі досліджено процеси накопичення дефектів і їх релаксацію в нанокомпозиційному матеріалі з порошків Fe (80 мас. %) і Cu (20 мас. %) з додаванням невеликої кількості багатостінних вуглецевих нанотрубок (від 0,5 до 2 об. %). Механохімічну активацію компонентів нанокомпозиції проводили за допомогою кульового планетарного млина. За допомогою методу термо-е.р.с. було проаналізовано дефектну структуру матеріалу. Значення термо-е.р.с. і міцности матеріалу досягають більших значень для зразків, які скомпактовано та провальцьовано після їх механохімічної активації. Основна риса всіх одержаних залежностей термо-е.р.с. – відсутність насичення як для попередньо необроблених матеріалів, так і для зразків після механохемічної активації у кульовому млині, що зумовлено блокуванням дислокацій на міжфазних межах.

Пошук по сайту

Календар

Березень 2024
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Нд
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031