Свойства нанообъектов.

Уникальность всех свойств наноструктур обуславливается электронным строением поверхности и объёма, которое отличается от электронного строения макроскопических объектов. Электронную структуру невозможно определить путём прямых измерений, поэтому для наночастиц проводят измерения ассоциированных с электронной структурой свойств (энергия возбуждения, рентгеновский и оптический спектр, спектр ЯМР ЭПР, потенциал ионизации и др.). Однако наиболее полную информацию об электронном строении наночастиц можно получит с помощью квантово-механических расчётов.

На данный момент времени теория электронного строения в кластерных частицах находиться на стадии разработки. В большинстве теоретических работ для объяснения зависимости свойств от природы и количества атомов, входящих в состав кластера, используется так называемая модель «желе». При сближении двух атомов электронная структура каждого преобразуется таким образом, что дискретные атомные уровни сближаются, расщепляются и группируются, а часть внешних электронов обобществляется и делоколизируется по всему объёму системы. Увеличение количества атомов приводит к обобществлению всё большего количества валентных электронов и формированию зоны проводимости при переходе к объёмному материалу.

Модель «желе», которая была создана для адекватного описания свойств кластеров, основывается на том, что кластер, содержащий N атомов, рассматривается как две квазинезависимые подсистемы: система валентных электронов и система положительно заряженных ионов. В рамках модели кластер, так же как и атом, характеризуется наличием дискретных уровней, которые описываются тремя квантовыми числами: радиальное, орбитальное и магнитное.

Методы исследования нанообъектов.

В настоящее время для проникновения в мир наноразмерностей применяются практически все известные физические и химические методические и аппаратурные инструментарии. Некоторые методы, едва успев появиться в арсенале исследователя, благодаря своей, возможно, до конца не осознанной, значимости, уже отмечены высшей наградой мирового научного сообщества – Нобелевской премией.

Приведём характеристику некоторых научных методов исследования нанообъектов.

Инфракрасная спектроскопия.

Инфракрасная спектроскопия (ИК) – раздел молекулярной оптической спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения электромагнитного излучения в инфракрасной области, т.е. в диапозоне длин волн от 10 до 10 м.

Изучение колебательных спектров ИК-поглощения, ИК-отражения и комбинационного рассеяния даёт возможность получать информацию о химическом составе, а также о строении, конфигурации и конформации, т.е. позволяет изучать фундаментальные характеристики ближнего порядка.

Резонансные методы – ядерный магнитный резонанс (ямр) и мёссбауэровская спектроскопия (ягр).

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) как один из методов радиоспектроскопии широко применяется для исследования электронного состояния атомов и молекул, исследования структуры и динамики вещества в конденсированном состоянии. Он позволяет проводить исследование структуры материалов любой степени упорядоченности, динамики молекулярных систем (гибридных материалов, нанокомпозитов и т.д.), мониторинг гетерогенных процессов (адсорбация, твурдотельные реакции, гетерогенный катализ) и т.д.

Наряду с ЯМР из резонансных методов в исследованиях наноструктурных материалов широко используется метод ядерного гамма-резонанса (ЯГР), который успешно используется для исследования структурных, магнитных и термодинамических свойств наномагнетиков. В основе метода гамма-резонансного излучения или поглощения g-квантов без отдачи ядра.

Просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия

Электронная просвечивающая и сканирующая микроскопия являются традиционными методами визуализации объектов микро- и наноразмерных масштабов.