8.3 Сурет - Смектикалық типті сұйық кристаллдың

құрылымы

  Нематикалық (грекшеден «нема» - жіп) – сұйық кристаллдар жіп тәріздес бөлшектерден тұрады, олар ыдыс қабырғасына жабысады немесе еркін күйінде қалады. Жіптер «таралған»және бір біріне параллель бағытталған, бірақ жоғары және төмен сырғанай алады (8.4 сурет). Нематикалық сұйық кристалдарға сәйкес келетін аналогия келесі – өз осінің айналасында еркін айнала алатын қысқа карандашты ұзын қорап, қорап бойымен оалар орын ауыстыра алады, бірақ ешқашан көлденеңінен тұрмайды. Нематикалық сұйық кристаллдар смектикалықтарға қарағанда аз ретті, бірақ әйткенмен олар анизатропты және микраскоптың астында кезектескен күңгірт және жарық жолақты «муар» текстураны береді. Электр және магнит өрістерінде смектикалық сұйық кристаллдар темір түйіршіктері секілді: өрістің күштік сызықтарының бойымен орналасады.

8.4 Сурет - Нематикалық типті сұйық кристаллдың құрылысы

Холестерикалық сұйық кристалл холестериннен туынды ретінде қарастырылады. Мұнда жазық және ұзын молекулалар қабаттарға жиналған (смектикалық кристаллдардағыдай), бірақ әрбір қабаттың ішінде бөлшектердің орналасуы нематикалық сұйық кристаллдардағыдай. Ал қабаттардың өзі кеңістікте спиралді сипаттайды (8.5 сурет). Нәтижесінде анизатропия күрделі және түзсіз сұйық кристаллдар өзгермелі температуралы аймаққа түсіп жарқын бояққа ие болады.

8.5 Сурет - Холестерикалық типті сұйық кристаллдың құрылысы

Әлемнің зертханаларында синтезделетін мыңдаған жаңа қосылыстардың ішінен кем дегенде бесеуі сұйық кристаллдар синтездей алады. Мұндай заттардың әмбебап қасиеттері оларды ғылым мен техниканың көптеген салаларында, жеке алғанда сұйық кристал дисплейлерді, жазық экрандарды, термометрлерді, микрокалькуляторларды, сағаттар циферблаттарын, өлшеуіш медициналық приборларды дайындауда қолдануға мүмкіндік береді.

9. Наноматериалдар

9.1 Наноматериалдарды жіктеу негіздері және құрылымдарының типтері

«Наноматериал» ұғымын анықтауда бірнеше тәсіл бар (9.1 сурет). Ең қарапайым тәсіл геометриялық параметрлермен байланысты, оған сәйкес құрылымдық элементтері 1-ден 100 нм-ге дейінгі диапазондағы материалдарды наноқұрылымды деп атайды. Диапазонның төменгі шекарасы құрылымдық элемент ретінде ретті құрылымға ие, яғни кристал торына ие нанокристалл материалдың бар болуының критикалық өлшеміне негізделген. Мұндай критикалық өлшем жеке алғанда темір үшін шамамен 0,5 нм құрайды.

9.1 Сурет - Наноматериалдар ұғымының терминологиялық тәсілдері

Диапазонның жоғарғы шекарасы техникалық көзқарас тұрғысынан материалдардың физика-механикалық қасиеттерінің (мықтылық, қаттылық, коэрцивті күш және т.б.) елеулі және қызықты өзгерістері наноқұрылымды элементтердің өлшемдері 100 нм-ден кем болғанда басталатындығына байланысты. Екінші тәсіл бөлінудің көптеген беттерінің наноматериалдардың қасиеттерінің қалыптасуына байланысты. Мұнда қасиеттердің ең көп өзгерісі материалдың жалпы көлемінде бөліну беттерінің жалпы үлесі 50%-дан асқанда іске асады. Үшінші бағыт белгілі бір физикалық құбылыс үшін сипаттамалық өлшем ұғымына негізделген:

Мықтылық қасиеттері үшін бұл ақаусыз кристалл өлшемі болады,

• Магниттік қасиеттер үшін – бір доменді кристалл өлшемі,

• Электр өткізгіштік үшін –электрондардың еркін жүру ұзындығы.

Егер қандай да бір заттың бір, екі немесе үш координата бойынша нанометрлік масштаб өлшемдеріне дейін көлемі кішірейгенде жаңа қасиеті пайда болады, немесе бұл қасиет осындай объектілердің композициясында пайда болады, және бұл түзілістерді наноматериалдарға жатқызуға , ал оларды алу технологияларын және оларға байланысты ары қарайғы жұмыстарды нанотехнологияларға жатқызуға болады.

Бүгінгі таңда қабылданған терминология келесі терминдерді қолданады:

• нанотехнология бақыланған күйде өлшемдері 100 нм-ден кіші компоненттерден тұратын, жаңа қасиеттерге ие нысандарды жасауға және модификациялауға, оларды үлкен масштабтағы толыққанды функционалданатын жүйелерге интеграциялануын іске асыруға мүмкіндік беретін әдістер мен тәсілдер жиынтығы ;

• наноматериалдар жаңа қасиеттерге, функционалды және эксплуатациялық сиапттамаларға ие кем дегенде бір өлшемде геометриялық өлшемдері 100 нм-ден аспайтын құрылымдық элементтерден тұратын материалдар;

• наножүйелі техника наноматериалдар және нанотехнологиялар негізінде толықтай немесе ішінара жасалған, сипаттамалары дәстүрлі технологиялармен жасалған аналогиялы қызмет жасайтын жүйелер мен құрылғылардың көрсеткіштерінен ерекшеленетін функционалды аяқталған жүйелер мен құрылғылар. Келтірілген терминологияға сай наноматериалдарды негізгі төрт категорияға бөлуге болады. (9.2 сурет).

Бірінші категория өлшемдері бір, екі немесе үш кеңістіктік координаталарда 100 нм-ден аспайтын қатты денелер түріндегі материалдардан тұрады. Мұндай материалдарға наноөлшемді бөлшектерді (наноұнтақтар), наноталшықтарды, нано өткізгіштерді, өте жұқа жабындыларды (қалыңдығы 100 нм-ден кіші), нанотүтіктерді жатқызуға болады. Мұндай материалдар бір құрылымдық элементтен немесе кристаллиттен бастап (ұнтақ элементтері үшін) бірнеше қабатқа дейін болуы мүмкін (қабықшалар үшін). Осыған байланысты бірінші категорияны құрылымдық элементтер саны аз нанаоматериалдар немесе нанобұйымдар түріндегі нанаоматериалдар деп жіктеуге болады.

Екінші категория сипаттамалық өлшемдері шамамен 1 мкм-ден...1 мм-ге дейінгі аз өлшемді бұйымдар түріндегі материалдардан тұрады. Әдетте бұлар өткізгіштер, таспалар, фольгалар. Мұндай материалдар құрылымдық элементтердің (кристаллиттер) біраз санынан тұрады және оларды құрылымдық элементтер (кристаллиттер) саны көп немесе микробұйымдар түріндегі наноматериалдар деп жіктесек болады.

Үшінші категория бұйымдар өлшемі микродиапазонда (бірнеше миллиметрден астам) болатын массивті (немесе көлемді) наноматериалдар болып табылады. Мұндай материалдар наноөлшемді элементтердің (кристаллиттердің) көптеген санынан тұрады және түйіршіктер өлшемі 1..100 нм болатын поликристалл материалдар болып табылады.

Өз кезегінде наноматериалдардың үшінші категориясын екі класқа бөлуге болады. Бірінші класқа құрылымы мен (немесе) химиялық құрылымы материал көлемінде тек атомдық деңгейде өзгеретін бір фазалы материалдар енеді. Олар тепе тең емес күйде болады. Екінші класқа көп фазалы, мысалы күрделі металл құймалар негізіндегі материалдарды жатқызуға болады.

Төртінші категория өз құрамында бірінші категория мен екінші категория наноматериалдарының компоненттерінен тұратын композициялық материалдардан тұрады.