WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

«1.1. Основные понятия и определения Быстрые темпы развития исследований и разработок в области наномира и связанный с этим все возрастающий поток новых научных и ...»

-- [ Страница 1 ] --

Глава 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАНОМАТЕРИАЛОВ

И НАНОТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Основные понятия и определения

Быстрые темпы развития исследований и разработок в области наномира и

связанный с этим все возрастающий поток новых научных и технологических знаний требуют корректировки и уточнения соответствующего понятийного аппарата, который на сегодняшний день находится в стадии становления. Основные термины наномира собраны и обобщены в энциклопедическом формате в книге V. E. Borisenko, S. Ossicini, What is What in the Nanoworld (Wiley-VCH, Weinheim, 2004), 335 p. Следует, однако, заметить, что довольно часто эти термины даются разными авторами в различных трактовках и вызывают неоднозначное восприятие, что объясняется наличием двух подходов к их рассмотрению. Согласно первому подходу объекты наномира рассматриваются с учетом только лишь их наноразмерных параметров, для которых устанавливаются условные границы возможных изменений. Согласно второму подходу объекты наномира характеризуются особыми свойствами, которые проявляются в силу присущих им наноразмеров.

Приставка «нано» в терминах наномира означает изменение масштаба в 10 (миллиард) раз: 1 нм (1 нанометр) = 10-9 м, что составляет одну миллионную миллиметра. В табл. 1 приведены в качестве примера размеры некоторых естественных и искусственных объектов в диапазоне размеров от 10 м до 1 А (1А = 10-10 м, т.е. 1 ангстрем в 10 раз меньше нанометра и соответствует диаметру самого маленького из атомов – атома водорода).

Принято считать, что к объектам наномира относятся такие объекты, характерные размеры которых лежат в пределах от 1 до 100 нм. Вообще говоря, такое размерное ограничение является довольно условным. Главная особенность нанообъектов состоит в том, что в силу их малости в них проявляются особые свойства. Во многих случаях эти особые свойства могут проявляться и тогда, когда размеры нанообъектов превышают условно установленный предел в 100 нм.

Таким образом, приставка «нано» – скорее обобщенное отражение объектов исследований, прогнозируемых явлений, эффектов и способов их описания, чем просто характеристика протяженности базового структурного элемента.

Таблица 1.1.

Место нанобъектов в окружающем нас мире (согласно [1]) Характерный Размерная область Объект размер 10 м Кит 1м Человек - МАКРОМИР 10 см = 10 м Птичье гнездо - 1 см = 10 м Таракан - 1 мм = 10 м Муравей, песчинка - 100 мкм = 10 м Толщина листа бумаги, яйцеклетка, амеба - МИКРОМИР 10 мкм = 10 м Толщина человеческого волоса, биоклетка - 1 мкм = 10 м Эритроцит крови, кишечная палочка - 100 нм = 10 м Минимальный размер компонентов БИС - НАНОМИР 10 нм = 10 м Вирус - 1 нм = 10 м Белковая молекула, диаметр спирали ДНК Как видно в табл. 1.1, в соответствии с указанным размерным ограничением нанообъектов верхняя граница наноразмерной области соответствует минимальным компонентам в больших интегральных схемах (БИС), широко применяемых в электронной технике. С другой стороны, многие вирусы имеют размер около 10 нм, а характерный размер белковых молекул составляет около 1 нм (например, радиус знаменитой двойной спирали молекулы ДНК равен именно 1 нм).

Пожалуй, одним из наиболее распространенных терминов наномира является термин «наноматериалы».

Вообще говоря, понятие «материалы» тесно связано с понятием «вещество». Материалы – это такие вещества, которые используются или пригодны к использованию для решения практических задач. Вещества являются одним из видов материи (наряду с полями). Основные характеристики веществ – структура и свойства. Структура веществ – это совокупность составляющих их элементов, обладающих устойчивыми взаимосвязями, обеспечивающими их целостность и сохранение их свойств. Свойства веществ – это их качественные или количественные признаки, которые отражают индивидуальность каждого из них или, наоборот, общность с другими веществами и проявляются при сравнении разных веществ.

Все вещества, в конечном счете, состоят из элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов и др.), обладающих не равной нулю массой покоя, т.е. массой, отнесенной к некоторой системе отсчета, в которой эти частицы являются неподвижными. Естественные науки (физика, химия, биология) изучают главным образом вещества, организованные в атомы и молекулы. Атом – это электрически нейтральная система, состоящая из положительно заряженного ядра, образованного нуклидами (протонами и нейтронами), и отрицательно заряженной оболочки, образованной электронами. Атом является наименьшей частицей химического элемента, представляющего собой совокупность нуклидов и электронов, характеризующуюся определенным порядковым номером, который численно равен модулю заряда нуклидов и однозначно определяет химическую индивидуальность элемента и его положение в Периодической системе химических элементов. Все многообразие веществ обусловлено различными сочетаниями атомов между собой. Связываясь друг с другом, атомы одного или разных химических элементов образуют более сложные частицы – молекулы. Число атомов, входящих в состав молекул, колеблется в очень широких пределах: од двух (например, молекула водорода) до нескольких сотен и тысяч (например, молекулы полимеров).

Вещества могут находиться в различных агрегатных состояниях:

плазменном, газообразном, жидком и твердом. По своему происхождению вещества бывают как природными, так и синтетическими. Они могут обладать различными физическими, химическими или биологическими свойствами, которые зависят от их структуры.



Главное отличие материалов от веществ заключается в том, что материалы характеризуются функциональными свойствами, определяющими области их практического применения. Материалы служат для осуществления производственной деятельности либо иной деятельности, например, связанной с решением проблем охраны здоровья или окружаюшей среды. На практике наибольшее распространение находят твердотельные материалы, обычно представляющие собой специально приготовленные образцы, которые обладают определенными конструктивными признаками, а именно: конфигурационными и размерными параметрами.

К наноматериалам относятся такие материалы, которые характеризуются нанометровым масштабом размеров хотя бы в одном из трех измерений. При этом нанометровый масштаб размеров может относиться как к образцу материала в целом, так и к его структурным элементам. Соответственно, в первом случае нанообъектами является непосредственно образцы материалов, во втором – их структурные элементы. Наноматериалы, также как и обычные материалы, могут находиться в различных агрегатных состояниях. На практике ннаибольшее распространение находят твердотельные наноматериалы.

Наиболее характерными особенностями наноматериалов являются:

появление нетрадиционных видов симметрии структуры и особых видов сопряжения границ раздела фаз;

ведущая роль процессов самоорганизации в структурообразовании, доминирующих над процессами искусственного упорядочения;

высокая полевая активность и каталитическая избирательность поверхности наночастиц и их ансамблей;

особый характер протекания процессов передачи энергии, заряда и конформационных изменений, отличающихся низким энергопотреблением, высокой скоростью и наличием синергетических признаков.

К числу основных причин проявления вышеуказанных особенностей наноматериалов и наносистем относятся: высокая удельная поверхность и связанная с ней высокая энергетическая активность наночастиц; повышенная роль размерных эффектов, которая проявляется как в индивидуальных наночастицах, так и в их ансамблях – из-за значительной площади границ раздела. Все это находит свое отражение в механизмах упорядочения наночастиц, свойствах наночастиц и их ансамблей, в закономерностях различных процессов.

С понятием «наноматериалы» тесно связано понятие «наносистемы».

В самом общем случае под системами понимаются определенным образом упорядоченные элементы, которые могут быть как материальными объектами, так и нематериальными, т.е. абстрактными (например, Периодическая система химических элементов представляет собой совокупность символов химических элементов, расположенных в определенном порядке, обычно, в форме таблицы, в соответствии с их атомными номерами). В свою очередь, системы, образованные материальными объектами, могут подразделяться на различные виды в зависимости от характеризующих их признаков.

Так, предметом изучения в физике, химии и биологии являются системы, представляющие собой совокупность материальных объектов, характеризующихся соответственно физическими, химическими или биологическими свойствами, а также взаимосвязями соответственно физической, химической или биологической природы. Например, в физике это – квантовомеханические системы, т.е. нуклидо-электронные системы, дискретные значения энергии которых определяются набором квантовых чисел, в химии – системы химических реагентов, в биологии – системы биокомпонентов, образующих органы растений и животных и участвующих в их жизнеобеспечении.

В практической деятельности особо важную роль играют функциональные системы, т.е. такие системы материальных объектов, которые используются или пригодны к использованию для решения практических задач и, соответственно, обладают функциональными свойствами, определяющими области их практического применения. Функциональные системы изготавливаются на основе различных материалов, которые подразделяются на сырье (материалы, ранее не подвергавшиеся переработке), и полуфабрикаты (материалы, подвергнутые предварительной, частичной переработке). Также как образцы материалов, функциональные системы обладают конструктивными признаками, отличаясь при этом более высокой конструктивной сложностью. Обычно они представляют собой устройства, конструкция которых определяется конфигурацией, размерами, пространственным расположением и взаимосвязью составляющих их компонентов.

Функциональные наносистемы подобно наноматериалам характеризуются нанометровым масштабом размеров хотя бы в одном из трех измерений. Свойства функциональных наносистем, также как и свойства наноматериалов, могут проявляться весьма необычным образом в силу присущего им нанометрового масштаба размеров. На практике наибольшее распространение находят твердотельные функциональные наносистемы.

Развитие наноматериалов происходит в тесной взаимосвязи с развитием нанотехнологий, которые представляют собой совокупность методов и средств, позволяющих контролируемым образом создавать наноматериалы, а также оперировать ими, т.е. применять их по тому или иному назначению.

Таким образом, нанотехнологии в общем случае обеспечивают решение следующих трех взаимосвязанных задач:

1) получение наноматериалов с заданной структурой и свойствами, 2) применение наноматериалов по определенному назначению с учетом их структуры и свойств, 3) контроль (исследование) структуры и свойств наноматериалов как в ходе их получения, так и входе их применения.

Научным фундаментом для развития наноматериалов и технологии их получения является нанонаука – систематизированное знание закономерностей и механизмов поведения вещества в нанометровом масштабе размеров.

На сегодняшний день термин «нанонаука» не имеет достаточно точного определения. Это объясняется тем, что процесс становления нанонауки шел постепенно, в ходе развития и слияния целого ряда различных научных направлений, и до настоящего времени этот процесс еще далек от своего завершения.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 



Похожие работы:

«Москва АСТ • Астрель 2001 УДК 636.8 ББК 46.74 Г 47 Автор Дебора Гилл Настоящее издание представляет собой авторизованный перевод оригинального английского издания Cats, опубликованного в 1999 г. издательством Harper Collins Publishers Перевод: Н. Н. Непомнящего Гилл, Дебора Г 47 Кошки / Д. Гилл; Пер. с англ. М. Н. Непомнящего. — М.: ООО Издательство Астрель: 0 0 0 Издательство ACT, 2001.— 256 с: ил. ISBN 5-17-004523-9 (ООО Издательство ACT) ISBN 5-271-01901-2 (ООО Издательство Астрель) В...»

«АНТИБОГ.мы приговариваем Тебя к высшей мере наказания – к смерти через распятие. Ибо Ты от нас зависишь – умрем мы, умрешь и Ты. Возможно, именно поэтому наша цивилизация зашла в тупик в своем развитии – мы разучились говорить правду, мы стали христианами. Экзекуция первая Что есть истина? Евангелие от Иоанна Cuique suum (каждому свое) 1. Христиане вопросы об истине связывают с вопросами своей веры и религии. В этой книге я хочу показать свое несогласие с такой позицией. Эта работа –...»

«Провела: педагог – психолог МДОУ д/с № 91 Матвеева И.В. 13.09.2011г. 1 Ни для кого не секрет, что современная Россия давно уже перестала быть самой читающей страной в мире. И доля читающего населения резко сокращается в нашей стране с каждым годом: книгу из нашей жизни активно вытесняют телевидение, радио, Интернет, обучающие и развлекательные компьютерные программы. В результате свыше трети взрослого населения страны не читает книг по пять и более лет подряд. Зачем читать книги? Что дает...»

«4-я Московская Международная выставка-ярмарка Книга Художника Central House of Artists, 26-30th of November, 2008 Центральный Дом Художника, 26-30 Ноября, 2008 Книга художника Уже более 25 лет в России существует такой феномен, как Книга художника. По сути, это явление гораздо больше, чем просто ещё один новый жанр искусства. Книга художника на сегодняшний день выполняет в современном искусстве роль межжанрового проводника, своего рода языка эсперанто для художников самой разной направленности....»

«В.Н. Брянцева. Музыковед, доктор искусствоведения.В 1940 году Серафим Туликов успешно окончил Консерваторию. На дип­ ломный экзамен он представил капитальную четырехчастную симфонию, поэ­ му для виолончели и фортепьяно, два романса на слова Пушкина и Некрасова, несколько фортепьянных произведений. 7 июня 1940 года одна из частей сим­ фонии Туликова прозвучала в оркестровом исполнении на концерте в Большом зале Консерватории. Композитор Е. К. Голубев писал в связи с этим: Серафим Туликов...»

«Наталия Гончарова и Михаил Ларионов родились в один год – 1881-й. Ларионов Михаил Федорович – тончайший станковист, живописец высшего мирового ранга, теоретик искусства, лидер движения русских авангардистов конца 1900-х – начала 1910-х годов, самый скандально-спорный и самый талантливый живописец своего поколения, как говорил о нем его учитель В.А. Серов. Гончарова Наталия Сергеевна – живописец, график, театральный художник, природный монументалист, декоративист. Детство Михаила прошло в...»

«ВАН ГОГ Человек и художник Монография о великом голландском художнике, крупнейшем представителе постимпрессионизма Винсенте Ван Гоге ставит своей задачей наиболее полно осветить его жизнь и творчество. Автор характеризует различные стороны личности мастера, их проявление и в творчестве, и в биографии, и в обширной переписке; подвергает критике мифы о Ван Гоге и односторонние толкования его искусства. Специальные главы посвящены связям искусства Ван Гога с современной ему художественной...»

«Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 035400 – История искусств утверждено приказом Минобрнауки России от 17 сентября 2009 г. № 337 ФГОС ВПО утвержден приказом Минобрнауки России от.20.г. №. Квалификация (степень) выпускника бакалавр Нормативный срок освоения программы 4 года Форма обучения - очная. 1 Требования к результатам освоения основной образовательной Программы Выпускник по направлению подготовки История искусств с...»

«Пл а н л екции 1. Особенности восприятия учащимися художественной литературы. 2. Характеристика восприятия художественных произведений читателями разных возрастных групп. 3. Литературное развитие школьников и его критерии. 4. Развивающий характер уроков литературы. 5. Уроки общения с писателем. 1. Особенности восприятия учащимися художественной л итерат ур ы Художественная литература - это искусство слова. Изучение литературы соединяет две формы познания мира - художественную и научную. В этом...»

«К. С. Станиславский Работа актера над собой Часть 1. Работа над собой в творческом процессе переживания Посвящаю свой труд моей лучшей ученице, любимой артистке и неизменно преданной помощнице во всех театральных моих исканиях Марии Петровне Лилиной ПРЕДИСЛОВИЕ 1 Мной задуман большой, многотомный труд и мастерстве актера (так называемая система Станиславского). Изданная уже книга Моя жизнь в искусстве представляет собой первый том, являющийся вступлением к этому труду. Настоящая книга, о работе...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.