
- •1.Бөлім. Идеал кристалдардың геометриясы
- •Монокристалдар. Поликристалдар
- •1.2. Кристалдың трансляциялық симметриясы. Негізгі векторлар
- •1.3. Нүктелік симметрияның элементтері және түрленуі
- •1.4.Бөлім. Топтар теориясы. Топтарды анықтау
- •1.5. Симметрия топтарына мысалдар
- •1.6. Кристалдың кеңістікті симметриясы
- •1.7. Кристалографиялық индицирлеу әдісі. Бүтін сандар заңы.
- •1.8. Қарапайым кристалдық құрылымдар
- •1.9. Кері тор. Кері тордың қасиеттері. Бриллюэн зонасы. Вигнер-Зейтц ұяшығы. Кері тор.
- •1.10. Бриллюэн зонасы
- •2. Бөлім. Толқындардың конденсирленген ортамен әсерлесуі
- •2.1. Кристалдардың құрылымын зерттеу үшін қолданылатын электромагнитті толқындар
- •2.2. Кристалдық торға түсетін рентгендік сәулелердің дифракциясы
- •2.3. Лауэ теңдеуі. Эвальдо түзілімі
- •2.4. Шашыраған (дифракцияланған) толқын амплитудасы үшін Лауэ теңдеуі
- •3.Бөлім. Кристалдардағы ақаулар
- •3.1. Нүктелік ақаулар
- •3.2. Сызықтық ақаулар
- •3.3. Беттік және көлемдік ақаулар
- •4. Бөлім. Байланыс типі бойынша қатты денелердің классификациясы
- •4.1. Конденсирленген күйдегі молекулалар және атомдар арасындағы әсерлесу күштерінің типтері. Байланыс энергиясы.
- •4.2. Инертті газ кристалдары
- •4.3. Ионды кристалдар
- •5. Бөлім. Қатты денелердің жылулық қасиеттері. Кристалдық тордың тербелісі.
- •5.1. Дюлонг-Пти заңы. Фонон.
- •5.2. Фонондарды тәжірибелік зерттеудің әдістері
- •5.3. Кристалдық тордағы атомдардың тербелісі
- •5.4. Кристалдардың жылусыйымдылығы
- •6. Бөлім. Қатты денелердің электрлік қасиеттері
- •6.1. Қатты денелердегі электрондық күйлер
- •6.2. Диэлектриктер, жартылай өткізгіштер және өткізгіштер
- •6.3. Өткізгіштің электр өтімділігі
- •6.4. Жартылай өткізгіштің электр өтімділігі
- •7. Бөлім. Қатты денелердің механикалық, оптикалық және магниттік қасиеттері
- •7.1. Физикалық тензорлар
- •7.2. Гук заңы. Серпімді модульдердің тензоры
- •7.3. Кубты кристалдар үшін серпімді тұрақтыларды есептеу
- •7.4. Кубты кристалдардағы серпімді толқындар
- •8.Бөлім. Кристалл емес қатты денелер. Сұйық кристаллдар
- •8.2. Аморф заттардың қасиеттері
- •8.3. Аморф жартылай өткізгіштер
- •8.4.Заттың сұйық күйі. Сұйықтардың қасиеттері. Сұйық кристаллдар
- •8.2 Сурет - Сұйықтың аз көлемінің тамшыға айналу (а) және жұғатын (б) және жұқпайтын (в) беттермен мениск жасау қасиеті.
- •8.3 Сурет - Смектикалық типті сұйық кристаллдың
- •8.4 Сурет - Нематикалық типті сұйық кристаллдың құрылысы
- •8.5 Сурет - Холестерикалық типті сұйық кристаллдың құрылысы
- •9. Наноматериалдар
- •9.1 Наноматериалдарды жіктеу негіздері және құрылымдарының типтері
- •9.1 Сурет - Наноматериалдар ұғымының терминологиялық тәсілдері
- •9.2. Наноматериалдар қасиеттерінің ерекшеліктері
- •9.3 Фуллерендер, фуллериттер, нанотүтіктер
- •9.4 Сурет - Фуллерен молекулалар: а) c60, б) c70,
- •9.4. Кванттық шұңқырлар, кванттық өткізгіштер, кванттық нүктелер
- •Қазіргі уақытта наноматериалдар мен нанотехнологияларды қолданатын негізгі салалар
- •9.8 Сурет - Наноматериалдарды қолдану мысалдары
- •9.9 Сурет - Fe0,3Co0,7 құймасынан диаметрі 50 нм наноөткізгіштер: а) наноөткізгішті төсеніштің жоғарыдан көрінісі, б) өткізгіштердің түрі.
- •Атомдық жазықтықтардың дұрыс кезектесуінің бұзылуын сипаттайтын кристалдық тордың сызықтық ақауы.
- •Әдебиеттер тізімі
- •Мазмұны
9.2. Наноматериалдар қасиеттерінің ерекшеліктері
Наноматериалдар мен нанобөлшектер қасиеттерінің неғұрлым күшті өзгерістері кристаллиттер өлшемі 10..100 нм болғанда орын алады. Мұның негізгі физикалық себетерін 9 суреттен көрсетуге болады. Нанобөлшектер үшін жұқа беттік қабаттағы қабаттағы атомдар үлесі (~ 1 нм), микробөлшектермен салыстырғанда айтарлықтай артады. Беттік атомдарда көршілес атомдарға байланысты барлығы қосылмайды. Беттің көтеріңкі тұстарындағы атомдар үшін байланыстардың қанығуы одан да жоғары. Нәтижесінде бет астындағы қабатта кристалл торының күшті бұрмалануы орын алады және тіптен тор типінің ауысуы орын алуы мүмкін. Басқа аспект еркін беттің кристалл ақауларының жиналу (құю) орны болатындығы. Бөлшектер өлшемі кіші болғанда олардың концентрациясы құрылымдық ақаулардың бетке шығуы салдарынан және нанобөлшек материалын құрылым ақаулары мен химиялық қоспалардан тазалағанда айтарлықтай артады. Деформация және бүліну процестерінің жұқа бет астындағы қабатта метал материалдың ішкі көлемімен салыстырғанда алға оза отырып жүретіндігі анықталды, бұл көбінесе механикалық қасиеттерді (мықтылық, пластикалық) анықтайды.
Наноматериалдар спецификасының келесі себебі наноматериалдардағы түйіршіктер немесе кристаллиттер өлшемдерінің кішіреюімен бірге бөліну шекарасының көлемдік үлесінің ұлғаюы болып табылады.
9.3
сурет. а)- наноқұрылымды материалдың
атомдық моделі (ығысу атомаралық
қашықтықтардың 10 %-ынан асатын дәнекті
облыстың атомдары қарамен белгіленген);
б) – наноқұрылымды мыстағы дәнек шекарасы
(көрінетін электрондық микроскопия).
Эксперименттік зерттеулер дәнек шекарасының дәнек шекаралық ақаулардың жоғары концентрациясының болуына негізделген тепе тең емес сипатта болатындығын көрсетті (9.3 - сурет). Бұл тепе тең болмау дәнек шекараларының энергиясының артық болуымен және алыстан әсер тететін серпімді кернеулердің болуымен сипатталады. Мұнымен қоса дәнектер шекарасы кристаллографиялық реттелген құрылысқа ие, ал серпімді өрістер көздері дәнек шекаралық ақаулар болып табылады. Шекараның тепе тең болмауы кристал торының бұрмалануын, атомаралық қашықтықтың өзгерісін және реттілік бұзылғанға дейін атомдардың айтарлықтай ығысуының пайда болуына әкеледі. Нәтижесінде микро қаттылық айтарлықтай жойылады. Наноматериалдардағы маңызды фактор кластерлердің ( атомдар, молекулалар . жинақталуы) пайда болуы. Бет бойымен және бөліну шекарасымен атомдар миграциясының (атомдар тобының) жеңілдеуі, сонымен қатар олардың арасында тартылыс күшінің болуы, көбінесе аралшалы, бағанды және басқа да кластерлік құрылымдардың өзіндік реттелу процестеріне әкеледі. Бұл эффектті оптика мен электроникада реттелген наноқұрылымдар жасау үшін қолданады. Наноматериалдар қасиеттерінің спецификасының тағы бір себебін тасымалдау процестерінде (диффузия, электро- және жылуөткізігіштік және т.б. ) осы тасымалдауды іске асыратын тасымалдаушылардың Le эффективті еркін жүру жолы орын алатындығымен байланыстыруға болады. Кіші өлшемдерге ауысқанда Le тасымалдау жылдамдығы өлшем мен пішінге тәуелді болады, және ережеге сай күрт артады. Le ретінде мысалы электронның еркін жүру жолы алынуы мүмкін. Кристаллиттер өлшемдері D < 10 нм төменгі нанодиапазонда кванттық өлшемдік эффектілердің пайда болу мүмкіндігі пайда болады. Кристаллиттердің мұндай өлшемдері электрон үшін дебройль толқын ұзындығымен шамалас болады. Металдар үшін λВ≈0,1…1 нм, ал бірқатар жартылай өткізігіштер, жартылай металдар және аралық металдардың қосылыстары үшін λВ≈5…100 нм. Энергиясы аз кез келген бөлшек үшін (бөлшек жылдамдығы v << c ) де Бройль толқын ұзындығы λВ = h/mv деп анықталады, мұндағы m және v – бөлшектің массасы және жылдамдығы масса, ал h – Планк тұрақтысы. Кванттық эффектілер жеке алғанда, электрлік қасиеттердің осцилляланушы өзгерісі түрінде, мысалы өткізгіштік немесе электрондардың стационар энергетикалық қасиеттерінің пайда болуынан байқалады.