Наночастицы металлов. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Наночастица – это… 1. Система, состоящая из большого числа атомов, размер которой лежит в диапазоне от 1 до 100 нм. 1. Система, состоящая из большого числа атомов, размер которой лежит в диапазоне от 1 до 100 нм. 2. Система, состоящая из более мелких единиц – кластеров – частиц, размер которых не превышает 10 нм. Молекулярные кластеры состоят из металлического, оксидного, халькогенидного или другого ядра, стабилизированного лигандами. Именно на уровне кластеров активно проявляются всевозможные квантовые эффекты. 2. Система, состоящая из более мелких единиц – кластеров – частиц, размер которых не превышает 10 нм. Молекулярные кластеры состоят из металлического, оксидного, халькогенидного или другого ядра, стабилизированного лигандами. Именно на уровне кластеров активно проявляются всевозможные квантовые эффекты. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Объекты нанохимии. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Наночастицы металлов. Тип химической связи: как ковалентный, так и металлический тип связи. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Геометрическая форма. Наночастицы металлов обычно принимают правильную форму октаэдра, икосаэдра, тетрадекаэдра: Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Наночастица Наносистема Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Квантово-размерные эффекты. Наночастицы металлов занимают промежуточное положение между отдельными атомами и «массивным» металлом. Благодаря ряду особенностей, связанных с их размерами и внутренним строением, они обладают уникальным сочетанием электрических, магнитных, оптических, каталитических и других свойств, не характерных для «массивных» металлов. Наночастицы металлов занимают промежуточное положение между отдельными атомами и «массивным» металлом. Благодаря ряду особенностей, связанных с их размерами и внутренним строением, они обладают уникальным сочетанием электрических, магнитных, оптических, каталитических и других свойств, не характерных для «массивных» металлов. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Модели строения металлических наночастиц. 1. Микроскопическая модель. 2. Термодинамическая модель. 3. Квантово-статическая модель. 4. Оболочечная модель. 5. Структурная модель. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Микроскопическая модель. Микроскопическая модель. 1. НЧ – гигантская молекула с 3N степенями свободы (N- число атомов в молекуле). 1. НЧ – гигантская молекула с 3N степенями свободы (N- число атомов в молекуле). 2. Кристаллическая решетка НЧ не строго периодическая, необходимо учитывать влияние поверхности. 2. Кристаллическая решетка НЧ не строго периодическая, необходимо учитывать влияние поверхности. 3. Атомы на поверхности НЧ слабее связаны с кристаллической решеткой, они более подвижны, обладают большей энергией. 3. Атомы на поверхности НЧ слабее связаны с кристаллической решеткой, они более подвижны, обладают большей энергией. 4. НЧ можно рассматривать как сферу, состоящую из 2-х частей – поверхностного слоя и внутреннего ядра. 4. НЧ можно рассматривать как сферу, состоящую из 2-х частей – поверхностного слоя и внутреннего ядра. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

индекс s – поверхность НЧ, индекс i – ядро НЧ. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Поверхностные атомы. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Избыточность энергии существенно влияет на: 1)температуру плавления, 2)растворимость,3)электропроводность,4)окисленность,5)токсичность,6)взрывоопасность 7)реакционную способность и т.д. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Близкий взгляд на нанозолото. Изучение структуры нанокластера показало, что 79 из атомов золота образует ядро наночастицы. Оставшиеся 23 атома золота остаются во внешней оболочке, взаимодействуя с атомами серы тиолятных лигандов. Изучение структуры нанокластера показало, что 79 из атомов золота образует ядро наночастицы. Оставшиеся 23 атома золота остаются во внешней оболочке, взаимодействуя с атомами серы тиолятных лигандов. Слой карты электронной плотности лигандного кластера золота показывает, как фрагменты п- меркаптобензойной кислоты выдаются из поверхности золота. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Термодинамическая модель. 1.Учитывается влияние не только внешних факторов (P,T), но и разность поверхностных энергий, химических потенциалов между ядром и поверхностью. 2. Температура плавления понижается при уменьшении размера кластера(вплоть до комнатной температуры). 3. В ходе плавления НЧ образуется особое переходное состояние твердое тело-жидкость, в котором атомы обладают повышенной подвижностью. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Квантово-статическая модель. 1. При низких температурах преобладает твердое состояние с низкой кинетической энергией и упорядоченной формой кластера, при высоких температурах преобладает жидкое состояние с рыхлой структурой и высокой колебательной энергией. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Состояние «слякоти» 2. В промежуточном интервале температур нанокластеры большинства веществ находятся в некотором состоянии «слякоти», атомы достаточно подвижны, но жидкая капля не разваливается. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Оболочечная модель. 1. Модель включает и электронный аспект построения кластера. 2. Металлические кластеры представляют собой некий гибрид между атомной и ядерной системами. 3. Нуклоны образуют классическую жидкость, в то время как электроны при той же температуре формируют квантовую среду в основном состоянии – ярко выраженную оболочечную структуру. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

На рисунке изображены атомы водорода и свинца с темной областью в виде ядра и электронной газовой оболочкой. Кластер простого металла включает электронную оболочку из электронов проводимости и положительно заряженное ядро в виде некоторой среды На рисунке изображены атомы водорода и свинца с темной областью в виде ядра и электронной газовой оболочкой. Кластер простого металла включает электронную оболочку из электронов проводимости и положительно заряженное ядро в виде некоторой среды (желе). (желе). Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Структурная модель. 1. Эта модель основана на простом принципе - плотнейшей атомной упаковки, которая наблюдается в металлах. 2. Модель объясняет появление магических чисел. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Идеализированная модель НЧ Pd 561 phen 60 (OAc) 180 Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Оптические свойства кластеров металлов. 1.Оптические свойства коллоидных нанокластеров металлов обуславливаются плазмонными колебаниями электронов в металлах. 2.Природа плазмонного пика состоит в 1.Оптические свойства коллоидных нанокластеров металлов обуславливаются плазмонными колебаниями электронов в металлах. 2.Природа плазмонного пика состоит в коллективных колебаниях электронов в кластере металла. коллективных колебаниях электронов в кластере металла. 3. Линия поглощения в области резонанса характеризуется положением пика резонанса hw o и шириной линии Г. 3. Линия поглощения в области резонанса характеризуется положением пика резонанса hw o и шириной линии Г. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Спектры плазмонного резонанса для коллоидных НЧ. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Проявление размерных эффектов. Проявление размерных эффектов. hw o = 3,21 + 0,58(1/d) hw o = 3,21 + 0,58(1/d) Г = 0,04 + 0,59(1/d) Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Оптические свойства полупроводниковых кластеров. При уменьшении размера кластера происходит смещение пика в сторону коротких длин волн (голубой сдвиг), а интенсивность поглощения концентрируется на нескольких переходах. При уменьшении размера кластера происходит смещение пика в сторону коротких длин волн (голубой сдвиг), а интенсивность поглощения концентрируется на нескольких переходах. Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Квантовые точки. Схематические изображения коллоидных квантовых точек. Микрофотография высушенной капли золя нанокристаллов PbSe и PbS (просвечивающая электронная микроскопия и микродифракция). Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

«Нанорадуга » Фотография образцов коллоидных квантовых точек на основе CdSe. Золь CdSe без подсветки (вверху) и его люминесценция под действием ультрафиолета (внизу). Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий

Тема следующего доклада. 1. Электропроводимость металлических НЧ. 2. Магнитные свойства металлических НЧ. 3. Явления суперпарамагнетизма, гигантского магнитосопротивления. 4. Механические и другие свойства металлических НЧ. Спасибо за внимание!!! Алмаз Загидуллин. Казанский клуб нанотехнологий