15 МӨЖ НАНОҚҰРЫЛЫМДЫ МАТЕРИАЛДАР, ОЛАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ ЖӘНЕ ПРАКТИКАДА ҚОЛДАНЫЛУЫ Орында ғ ан: Бахыт ұ ли Науризбек

Нано денег префикстің мағынасы дәрежесіне, яғни бүтіннің миллиардтық бөлігіне тең болады. Өлшемдері 1 нм-ден 100 нм-ге дейін реттелген заттарды наноқұрылимдар деп атайды. Қасиеттері мен жұмыс принциптері наноқұрылимға байланысты болатын материалдар мен техникалиқ жүйелерді жасау және қолдану нанотехнология деп аталады. Басқаша анықтамасы: атом армен молекулаларды жылжыту жолимен берілген атомдық құрылимы бар өнімдерді алу әдістерінің жиынын нанотехнология деп атайды.

Нанобөлшектердің сизықтық өлшемдерінің әралуандылиғынан оларды нөл-, бір-, екі- және үшөлшемді (сәйкесінше, 0D-, 1D-, 2D- және 3D-нанобөлшектер) етіп бөлуге болады. Нөлөлшемді наноқұрылимдырға еркін және тұрақтандырылған кластерлер, фуллерен дер және кванттық нүктелер жатады. Кластерлер молекулалиқ кластерлер, газдық лигандсиз кластерлер, коллоидтық кластерлер және қатты денелі кластерлер болип бөлінеді. Ең белгілі С 60 фуллеренінің өлшемі 1 нм, ал молекуласының өзі бір-бірімен коваленттік байланыспен байланысқан 60 көміртегі атомынан тұрады, олардың толиқ құрылимы футбол добының форматындай болип келеді. Фуллерен көміртегінің жаңа аллотропиялиқ модификациясы болип табылады, ол идеал шариктері бір-бірімен Ван-дер-Ваальс күштері арқыли байланысқан ерекше құрылим. С 60 тан басқа фуллереннің графитті гелий атмосферасында тозаңдатқан кезде түзілетін дөңес көпқырлиқтар түріндегі молекула лары да бар. Синтез кезінде көбінесе С 60 және С 70 молекула лары, сонымен қатар атомдар саны жұп болип келетін жоғарғы фуллерен дер түзіледі. Фуллерен суда нашар ериді және электр тогын өткізбейді, алайда фуллерендік «шар» бетінің модификация сын немесе оның ішкі кеңістігін металл атомдарымен толтырған кезде, оның физикалиқ қасиеттері елеулі түрде өзгереді, мысали асқынөткізгіштік күйге өтуі немесе магниттік қасиеттерінің пайда болуы. Қазіргі кезде фуллеренді наноэлектроника да, медицина, техникада қолдану мүмкіндігі талқылануда. Мысали, жасанды алмаз синтезінің негізі, кванттық компьютер элементтері ретінде, тканьдерді радиация дан қорғау үшін, дәрілердің және майлайтын заттардың құрамында қолдану.

Бірөлшемді наноқұрылимдар классы на нанообъектілердің бірнеше түрі кіреді: наностержендер, наножіптер, нанотүтіктер және наноленталар. Наностержендер үшін ұзындықтың диаметрге ең аз қатынасы сәйкес келеді: шамамен 10, ұзындық өлшемі 1 ден 100 ноге дейінгі интервалда жатады. Наножіптерге қарағанда наностержендер қаттырақ және серпімдірек болип келеді. Металдық (Au, Fe, Cu, Ag және т.б.) және жартылайөткізгіштік (ZnO, GaN, TiO 2, SnO 2 және т.б.) наностержендерді алу үшін темплатты синтезді, литографияны, кристалл доу әдістерін қолданады. Наностержендерді пайдалану (өздігінен қарастыру). Наножіптер немесе виксерлер диаметрі бірнеше нм-ден бірнеше мкм-ге дейін жететін және ұзындығының диаметріне қатынасы 1000 нан көп жіптектес кристалл дар болип келеді. Виксерлер бойында микроқұрылимдық ақаулардың аз болуымен сипатталады, сондықтан олар өте тығиз болип келеді және оларды көбінесе беріктеткіш талшықтар ретінде қолданады. Наножіптердің беттік ауданы үлкен, сондықтан оларды катализатора, сорбенте, фильтрлер ретінде қолданған қолайли. А) Б) В) 1-сурет. Нанотүтіктердің кескіні (А - Жабық нанотүтік, Б - Ауыспали диаметрлі нанотүтік, В - Иілгіш нанотүтік)

Екіөлшемді наноқұрылимдар ішінен қалиңдығы жүзденег нм-ге дейін жететін жұқа қабыршақтарды, гетероқұрылимдарды, Лэнгмюр-Блоджетт қабыршақтарын, наноқабыршақтарды, адсорбциялиқ және өзі жиналатын моноқабаттарды, сонымен қатар өлшемдері нанометрлік диапазона жататын екіөлшемді объектілер массивін қарастыруға болады. Лэнгмюр-Блоджетт қабыршағы моноқабат немесе төсенішке қондырылған заттың моноқабаттарының жүйелілігі болип табылады. Мұндай қабыршақты алу үшін дистельденген суы бар ванна, органикалиқ ерітіндідегі беттік активті зат (поверхностно-активное вещество (ПАВ)) және қатты төсеніш пайдаланылған. БАЗды суға салған, БАЗдың молекула лары суға батпайды және битке қатысты біркелкі болип орналасады. Қозғалмали тосқауылдарды пайдалана отырып, ваннаның сули беттік ауданын кішірейтуге болады. Судың бетіндегі молекулаларды сығу арқыли жұқа қабыршақтың моноқабатын алуға болады. Мономолекулали қабыршақты қатты төсенішке көшіру үшін оны моноқабат арқыли суға тігінен батырады, кейін оны көтереді немесе битке горизонтальды тигізіп қояды. Моноқабаттарды тосқауылдармен сығу деңгейінің өзгеруі элементарли ұяшықтардың симметриясы мен параметрлерінің, реттелген домендердегі байланыстардың (цепочки) өзара еңкеюлерінің өзгеруіне әкеледі. Моноқабаттарды жүйелі түрде көшіру арқыли көпқабатты наноөлшемді қабыршақ дайындауға болады.

Үшөлшемді наноқұрылимдар классы на нанобөлшектерді, нанокомпозиттерді және үшөлшемді «өздігінен ұйымдасатын» нанообъектілер массивін жатқизуға болады. Материалтануда композиттер деп бір-бірінен форматы, химиялиқ құрамы бойынша өзгеше, бір-бірінде белгілі бір дәрежеге дейін ерімейтін құрамы екі немесе одна да көп комопненттен тұратын қоспали материалды айтады. Екі немесе одна да көп бір-бірінен өзгеше материалдарды қосқан кезде, қасиеттері жақсарған жаңа материал аламиз. Нанокомпозиттерде бір, бірнеше немесе барлиқ компоненттер өлшемі наноөлшем аймағында болады. Нанокомпозитті материалдардың кең классы болип наноталшықтармен армирленген пластик тер, металдар және керамика табылады. Өндірісте шины талшықтармен немесе көміртегі нанотүтігімен армирленген пластмассалар шығарылады.

Наноқұрылимды материалдар бүгінгі таңда өнеркәсіптің барлиқ салаларында (электротехника, металлургия, материалтану, космостық техника, медицина, ақпараттықтехнологияда, т.б.) қолдануда тиімді және жаңа өнім болип сана лады. Бұл материалдарды қолдануерекшелігі басқа материалдарға, металдар мен қорытпаларға қарағанда әлеуметтік-экономикалиқтұрғыдан маңизды болип келеді. Бүгінгі уақытта наноматериалдар түрлерін өнеркәсіптік жолмен алудың әр түрлі тәсілдері пайда болу да. Бірақта осы бірегей заттарды алудың көптеген бөлігі және олардың негізіндегі композиттер технологиялиқ өңделу үстінде. Қазіргі өндірісте наноұнтақтарды өндіру ерекше жетілдірілген және масштабы болип табылады. Бұл ұнтақтар көліктерде пайдаланылатын газ катализаторадың дожигі ретінде қолданылады (11,5 мың тонна), абразивтеге(9,4 мың тонна), магниттік жазуларға арналған материалдар (3,1 мың тонна) және күннен қорғайтын материалдар (1,5 мың тонна ). Наноматериалдардың жаңа қасиеттерінің әртүрлілігі оларды өндірістің кез келген салаларында қолдануға мүмкіндік береді.

Қазіргі уақыттағы көптеген материалдардың бірі наноұнтақтар болип сана лады. Мысалға дендримерлер, фуллерен дер, нанотүтікшелер, нанотөсеніштер және нанокеуектер, органикалиқ шикізаттан алинады. Барлиқ наноматериалдарды қазіргі таңда төрт топқа бөледі: металл оксидтері, күрделі оксиметр (екі немесе бірнеше металдан), таза металл ұнтақтары және қоспалары. Наноұнтақтардың беттік энергиясының шаманы үлкен болады, оларды нығайтуға, босатуға, жапсыруға болады, кейде оларды сұйық сияқты ағизуға болады. Ұнтақтық материалдың бөлшектері әртүрлі жинақталуы мүмкін, соған байланысты олардың беріктілік және технологиялиқ қасиеттері үлкен аралиқта өзгереді. Наноұнтақтарды ерітінділерден немесе газдық фаза дан химиялиқ әдістермен синтездейді. Наноұнтақтарды әртүрлі қолданыс үшін қажетті қатты қорытпаларды және керамикаларды алу үшін бастапқы материал ретінде қолданады.

Ты ң да ғ андорры ң из ү шін рахмет