Объединённая классификация объектов нанохимии.

Характеристики объекта	Количество измерений меннее 100нм	Количество измерений более 100нм	Примеры
Все три размера (длина, ширина, высота) менее 100нм	3-мерный объект	0-мерный объект	квантовые точки, фуллерены, коллоидные растворы, микроэмульсии
Поперечные размеры менее 100нм, а длина сколь угодно велика	2-мерный объект	1-мерный объект	квантовые нити (проволки), нанотрубки, нановолокна, нанокапилляры и наноспоры
Только один размер (толщина) менее100нм, а длина и ширина сколь угодно велики	1-мерный объект	2-мерный объект	квантовые ямы, наноплёнки и нанослои
Все три измерения превышают 100нм	0-мерный объект	3-мерный объект	Обычные слои макротела

Поскольку многие физические и химические свойства наночастиц, в отличие от объемных материалов, сильно зависят от их размера, в последние годы проявляется значительный интерес к методам измерения размеров наночастиц в растворах: анализ траекторий наночастиц, динамическое светорассеяние, седиментационный анализ, ультразвуковые методы. Для более подробного изложения, поговорим о выше указанных методах измерения наночастиц в растворах.

Наносистема – система, содержащая структурные элементы размером порядка 1-100 нм, определяющие ее основные свойства и характеристики в целом. К разряду наносистем относятся, в том числе, наноустройства и наноматериалы.

Основные объекты нанохимических исследований.

Наночастицы	Наносистемы
Фуллерены	Кристаллы, растворы
Нанотрубки	Агрегаты, растворы
Молекулы белков	Растворы, кристаллы
Полимерные молекулы	Золи, гели
Неорганические нанокристаллы	Аэрозоли, коллоидные растворы
Мицеллы	Коллоидные растворы
Наноблоки	Твёрдые тела
Плёнки Ленгмюра - Блоджетт	Тела с плёнкой на поверхности
Кластеры в газах	Аэрозоли
Наночастицы в слоях веществ	Наноструктированные плёнки

Получение нанообъектов.

Образование наноструктур в реальных условиях (открытые системы), как правило, протекает вдали от равновесия. То есть между системой, в которой образуются наномасштабные элементы, и окружющей её средой развиваются потоки вещества, энергии и информации, напрваленность и интенсивность которых определяет размер, форму, свойства и дальнейшую эволюцию наноструктуры. По интенсивности потоков можно судить об уровне неравновесности системы. При определённой величине этого уровня в системе возможны явления образования высокоупорядоченных структур, самоорганизации, образования монодисперсных порошков, бездефектных частиц.

На стадии получения порошков и наноматериалов, которые относятся к неравновесным системам, существенное влияние оказывают даже незначительные флуктуации плотности, давления, концентраций, температуры, напряжений и многих других факторов. С учётом того, что наносистема может иметь несколько энергетически выгодных состояний (мультистабильность), существует проблема точного массового воспроизвеления наноструктур. Увеличить воспроизводимость наносистем можно путём оптимизации воздействий (химические, механические, тепловые, электромагнитные и т.д.), вид и интенсивность которых определяется при изучении процессов организации и самоорганизации наноструктур.

При получении наночастиц необходимо учитывать их неустойчивость и высокую реакционную способность, которые могут прривести к агрегации наночастиц, потере необходимых свойств при взаимодействии с окружающей средой, изменить структуру наночастиц. Это может нарушить эволюционный переход к наноматериалу и в конечном итоге определить низкий уровень качества эксплутационных характеристик.

Более того, метод получения наноструктуры оказывает сильное влияние на эволюцию свойств материалов в период эксплутаици. То есть наноструктура как неравновесная система будет стремиться приобрести энергетически болеее выгодное состояние, при этом свойства материала будут значительно изменяться. Поэтому метод получения наночастиц или наноматериалов должени не только снабдить материал требуемыми свойствами, но и обеспечить стабильность этих свойств или заданное изменение их во времени при воздействии внешних факторов.

Таким образом можно выделить несколько условий получения наноматериалов.

1. неравновесность систем. Практически все наносистемы термодинамически неустойчивы, и их получают в условиях, далёких от равновесных, что позволяет добиться спонтанного образования зародышей, избежать роста и агрегации сфрмировавшихся наночастиц.

2. Однородность наночастиц. Высокая химическая однородность наноматерниала обеспечивается, если в процессе синтеза не происходит разделения компонентов как в пределах одной наночастицы, так между частицами.

3. Монодисперсность наночастиц. Свойства наночастиц чрезвычайно сильно зависят от их размера, поэтому для получения материалов с хорошими функциональными свойствами необходимо использовать частицы с достаточно узким распределением по размерам.

Эти условия не всегда являются обязательными.

Для того чтобы получить наноструктуру с заданными характеристиками, также необходимо прогнозировать течение неравновесных процессов и уметь управлять этими процессами.

Все наноструктуры можно условно разделить на нанопорошки (свободнодисперсные) и наноматериалы (консолидированные), методы получения которых могут как отличаться друг от друга, так иметь и не иметь чётких отличий. В общем случае существует около сотни методов и их модификация для получения разнообразных нанопорошков и наноматериалов, причём аппаратурное оформление и условия синтеза неоднозначно влияют на свойства синтезируемых материалов.

В настоящее время разработано большое количество методов получения частиц различного размера. Принципиально все методы синтеза наночастиц, как физические так и химические, можно разделить на две большие группы:

-диспергационные методы, или методы получения наночастиц путем измельчения обычного макрообразца;

-конденсационные методы, или методы «выращивания» наночастиц из отдельных атомов.

При диспергационных методах исходные тела измельчают до наночастиц. Данный подход к получению наночастиц образно называется некоторыми учеными «подход сверху вниз». Это самый простой из всех способов создания наночастиц, своего рода «мясорубка» для макротел. Данный метод широко используется в производстве материалов для микроэлектроники, он заключается в уменьшении размеров объектов до нановеличин в пределах возможностей промышленного оборудования и используемого материала.

При конденсационных методах (“подход снизу вверх”) наночастицы получают путем объединения отдельных атомов. Метод заключается в том, что в контролируемых условиях происходит формирование ансамблей из атомов и ионов. В результате образуются новые объекты с новыми структурами и, соответственно, с новыми свойствами, которые можно программировать путем изменения условий формирования ансамблей. Этот подход облегчает решение проблемы миниатюризации объектов, приближает к решению ряда проблем литографии высокого разрешения, создания новых микропроцессоров, тонких полимерных пленок, новых полупроводников. Методом «снизу-вверх», манипулируя молекулами и атомами, можно создавать искусственные объекты (синтетические молекулы, кластеры, состоящие из сотен атомов), которых не существует в природе, и создавать из них блоки наноматериалов. В связи с этим изучение атомов и молекул проводят с точки зрения их функций.