9.9 Сурет - Fe0,3Co0,7 құймасынан диаметрі 50 нм наноөткізгіштер: а) наноөткізгішті төсеніштің жоғарыдан көрінісі, б) өткізгіштердің түрі.

a) b)

9.10 сурет - Титан оксиді нанобөлшектерінің негізіндегі жамылғы: а) бет құрылымы, б) өсімдік майымен, дистилденген су немесе қорғаныш қабатты цементті плитаның спиртті ерітіндісімен төменгі жұққыштықты демонстрациялау.

Материалдарды қорғау. Бұйымдар дұрыс функционалдануы үшін олардың беттерінің жоғары су- және май ығыстыратын қасиеттерін қамтамасыз ету керек. Мұндай бұйымдарға автомобиль әйнектері, ұшақтарды және кораблдерді әйнектеу, қорғаныш костюмдері, сұйықтарды сақтайтын резервуарлар қабырғалары, құрылыс конструкциялары және т.б. мысал болып табылады. Осы мақсаттарда 20-50 нм өлшемді титан оксиді және полимер байланыстырушы негізіндегі жамылғы жасалған. Осы жамылғы бетке судың, өсімдік майының және спирт ерітіндісінің жұғуын күрт төмендетеді (9.10,11 - сурет).

Медицина және биотехнология. Таза наноқұрылымды материалдарды жеке алғанда Ті-ды қолданудың маңызды облысы оларды медициналық мақсатта - имплантанттарды, протездерді және травматологиялық аппараттарды дайындау үшін қолдану болып табылады. Оның себебі жоғары механикалық қасиеттердің ағза жарғақшаларымен жоғары биологиялық үйлесімділігі болып табылады. Көміртегінің наноқұрылымды қабықшалары және көміртегі мен Si, SiOx, SiNx негізіндегі композициялық наноқабықшалар жақсы биоүйлесімділікке, химиялық, термиялық және механикалық орнықтылыққа ие және сондықтан олар биосенсорлар түйіндерінде, протездерде және импланттарда қолдану үшін перспективалы. Емдік препараттардың наноұнтақтары тез сіңірілетін медикаменттерде және экстремалды жағдайларда әрекет ету үшін (катастрофалар мен әскери әрекеттердегі жаралануда) қолданылады.

Әскери іс. Ультрадисперсті ұнтақтар «Стелс» технологиясын қолдана отырып жасалған ұшақтардың бірқатар радиожұтатын жамылғыларында, сонымен қатар жарылатын заттардың және жанатын қоспалардың перспективалы түрлерінде қолданылады. Көміртекті наноталшықтар қарсыластың энерго жүйесін және электроникасын істен шығаруға арналған әскери жарақтарда («графит» бомба») қолданылады.

Наноматериалдарды қолданудағы шектеулер. Наноқұрылымды конструкциялық материалдарды қолданудағы маңызды шектеу олардың дәнек шекараларының көлемдік үлесінің үлкен болуынан коррозияға ( беттегі атомдардың және дәнек шекаралары бойынша атомдар диффузиясы, коррозиялық әсерлермен үйлесімділіктегі жоғары температуралар, радиация, дәнек шекаралары бойынша химиялық құрамның өзгерістерге бейімділігі құйма құрамы) бейімділігі болып табылады. Осыған байланысты олар осындай коррозия жағдайында ( беттен және дәнек шекаралары бойынша атомдардың диффузиясы, коррозиялық әсерлермен жоғары температуралардың бірігуі, дәнек шекарасы бойынша химиялық құрамның өзгерістеріне қабілетті құйма құрамы және т.б.) жұмыс істеуге жарамсыз болып табылады. Басқа маңызды шектеу наноматериалдар құрылымының орнықсыздығы, осылайша олардың қасиеттерінің орнықсыздығы болып табылады. Осылай термиялық, радиациялық, деформациялық және т.б. әсерлерде қайта кристалдану, релаксациялық, сегрегациялық және гомогенизациялық процестер, сонымен қатар ыдырау, фазалық түрленулер құбылыстары және нано арын мен нанокапиллярлардың пісірілу және жүзуі, аморфизация немес кристалдану сөзсіз орын алады. Мысалы сұйықты фильтрлеуге арналған көміртекті наноталшықтар вибрация әсерінен және көміртегінің құрылымдық орнықсыздығында қоздырылған сұйық ағынымен зақымдалуы мүмкін. Наноұнтақтардан бұйымдарды қалыптастырғанда нанобөлшектердің жабысып қалу мәселесі маңызды, бұл құрылымы және компоненттердің таралуы берілген материалдарды алуды қиындатуы мүмкін. Қазіргі уақытта металдар мен құймалар наноұнтақтары, оксидтер ( кремний, темір, сурьма, алюминий, титан) наноұнтақтары, бірқатар карбидтердің наноұнтақтары, көміртекті наноталшықтар, фуллерен материалдар сияқты наноматериалдар кеңінен шығарылуда.

ГЛОССАРИЙ

Адге́зия Adhesion (лат. Adhaesio – жабысу, іліну, тартылу). Өзара жанастырылған әр текті қатты немесе сұйық дене (фаза) беттерінің ілінісу қабілеті. Адгезия молекулааралық және химиялық өзара әсерлесу күштерінің нәтижесінде туындайды. Адгезияның шекті жағдайы – бөліну бетіндегі химиялық өзара әсерлесуі болып табылады (хемосорбция). Ол жанасу бетінің бірлік ауданына мөлшерленген беттердің үзілу күшімен өлшенеді.

Аморфиза́ция

Amorphisation

Қатты денелердің кристалдық (поликристалл) құрылымдарына тән анизатроптық қасиетінен айырылуы. Оларға изотроптық және балқу нүктесінің болмауы тән. Қатты дененің радиациялық физикасында «рентгенді-аморфтық құрылым» деген термин, яғни рентгенограммасы белгілі бір бұрышта анық байқалатын шыңы жоқ және бұрыштың кең диапазонында галлоны қамтитын құрылым қолданылады.

Потенциалдық барьер

Potential barrier.

Екі жағынан да потенциалдық энергиясы бірден төмендейтін, күштік өрісте бөлшектің жоғары потенциалдық энергиясының кеңістіктік шектелген облысы. Классикалық механикада бөлшектің потенциалдық барьер арқылы өтуі тек егер оның толық энергиясы (кинет+потенц) потенциалдық кедергінің биіктігінен асып түсетін болса ғана мүмкін болады.

Вака́нсия

Vacancy (латын тілінен ауд. Vacans – бос, еркін).

Кристалдық тор түйіндерінде атом немесе ионның болмауынан туындайтын кристалдың ақауы.

— анионды вакансия/ anionic vacancy — электр өрісінде анодқа қарай қозғалатын теріс зарядталған вакансия.

— екі өлшемді вакансия / dimer-vacancy defects, dimer-vacancy lines — қатты дене бетінде орналасқан вакансияның ерекше түрі.

— катионды вакансия / cationic vacancy — электр өрісінде катодқа қарай қозғалатын оң зарядталған вакансия.

— қос вакансия / divacancy — қатар орналасқан екі вакансиядан құралған вакансиялық комплекс.

— үш вакансия / trivacancy — қатар орналасқан үш вакансиядан құралған вакансиялық комплекс.

— тетравакансия / tetravacancy — қатар орналасқан төрт вакансиядан құралған вакансиялық комплекс.

Атомаралық өзара әрекеттесу

Atomic interaction

Бірдей не әр түрлі энергетикалық және зарядтық күйлерде орналасқан атомдардың өзара әркеттесуі. Ковалентті, иондық, металдық, сутегі тәрізді және ван-дер-ваальстік байланыстарда болуы мүмкін.

Атомаралық өзара әрекеттесу

Atomic interaction

Бірдей не әр түрлі энергетикалық және зарядтық күйлерде орналасқан атомдардың өзара әркеттесуі. Ковалентті, иондық, металдық, сутегі тәрізді және ван-дер-ваальстік байланыстарда болуы мүмкін.

Вискерлер

Whiskers (ағыл. whisker шаш, жүн, «мұрт», бейорганикалық талшық).

Қатты дененің бетінде түзілетін жіп тәрізді кристалдар. Кристалдың шыңындағы жартылай сфералық сұйық тамшыда конденсирленетін бу фазасынан өседі. Бұл зат сұйықты қанықтырып жіп тәрізді кристалдың өсуін қамтамасыз ете отырып түбіне тұнады. Мұндай түзілулер кейде беткі қабатты иондық шоқтармен немесе плазмамен өңдегенде байқалады.

Қозу (атомның немесе молекуланың)

Excitation (of atom or molecule)

Атомның немесе молекуланың фотондарды жұтқанда немесе электрондармен және де басқа бөлшектермен соқтығысқанда энергияның төменгі деңгейінен энергияның жоғарғы деңгейіне кванттық ауысуы.

Толқын (толқындар)

Wave

Ортада таралатын және өзімен бірге энергия тасымалдайтын орта күйінің өзгерісі (қозуы). Толқынның табиғатына тәуелсіз энергияның тасымалдануы заттың тасымалынсыз орындалады. Энергияның белгілі бір қашықтыққа тасымалдануы – толқынның энергияның тек «локальдық» түрленуі ғана жүзеге асатын тербелістен басты айырмашылығы болып табылады.

Белгілі бір ескертпелерді ескере отырып температуралық толқындар, электрондар және басқа да бөлшектердің ықтималдық толқыны, жану толқыны, химиялық реакцияның толқыны, реагент тығыздығының толқыны, транспорттық ағындар тығыздығыың толқыны және т.б. туралы айтады.

Толқын тәрізді бірақ өздігінен тарала алмайтын құбылыстар толқын бола алмайтындығын (мысалы, құм дюнь толқын болып табылмайды) айта кету керек.

серпімді толқын / elastic wave — серпімді күштің әсерінен сұйықта, қатты және газ тәрізді ортада таралатын толқын

Гетерогендік

Heterogeneity

Қандай да бір ансамбльдің элементтерін бір-бірінен ерекшелік дәрежесі.

Гетероөту

Heterojunction, heterogeneous junction

Химиялық құрамы әр түрлі екі жартылай өткізгіштің түйіскен жері.

Гомогендік

Homogeneity

Қандай да бір ансамбль элементтерінің өзара ұқсастық дәрежелері.

Броундық қозғалыс

Brownian movement

Сұйықтықта немесе газда орналасқан кіші бөлшектердің үздіксіз хаосты қозғалысы.

Қос сыңар

Twin

Кристалдық құрылымы кристалдың негізгі бөлігі торының айналық көшірмесі болып табылатын, қалыңдығы шекті болатын қабат түріндегі металдың немесе қорытпаның кристалдық торының көлемдік ақауы.

Дендрит

Dendrite

Ағаш тәрізді құрылымға ие балқымадан өсірілген кристаллит.

Кристалдық тордың ақауы (ақаулары)

Crystalline defect, lattice defect, structural defect

Потенциалдық энергияның минимумына сәйкес келетін қатты дененің кристалдық торындағы бөлшектердің (атомдардың, иондардың, молекулалардың) периодты орналасуының бұзылуы. Кристалдардың физикалық қасиетін өзгерте алады.

— биографиялық ақау (меншікті) / biographical defect — материалдың өсу процесінде оның құрамының стехиометрліктен ауытқуы, температуралық шарттардың өзгеруі және т.б. нәтижесінде пайда болатын кристалдағы ақау.

— ішкі ақау / internal defect — беткі қабаттан белгілі бір тереңдікте жиналатын ақау.

— критикалық ақау / critical defect, fatal defect — денеге түсірілген кернеуде өлшемі одан асып кетсе оның өздігінен қирауына алып келетін макроскопиялық ақау.

— бір өлшемді ақау / one-dimesional defect — сызық түріндегі ақау.

— беттік ақау / surface defect — фазаның бөліну шекарасы бетіндегі кристалдық тордың жинағыш ақауы.

— — нүктелік (нөл өлшемді) ақау / point (spot) defect — бір немесе бірнеше түйіндермен шектелген идеал кристалл торының бұзылуы. Түйінаралық атомдар, вакансиялар, дивакансиялар нүктелік дефектілер болып табылады.

— жинаушы ақау / stacking fault, dislocation — кристалдық тордағы тығыз жинақталған атомдық қабаттар реттілігінің бұзылуы.

— пішін ақауы / shape defect — бұйымның технологиялық шарттармен белгіленген пішінінің ауытқуы (мысалы, қисықтық, жазық еместік, орақ тәріздік және т.б.).

— — орын басу ақауы / substitutional defect — негізгі заттың кристалдық торының түйіндеріндегі матрица бөлшектерін (атомдарды, иондарды) қоспамен ауыстыру нәтижесінде пайда болатын кристалдағы ақау. Қоспалық элементтің матрицалық элементті алмастыруы олардың атомдық (иондық) радиустары неғұрлым жақын болған сайын оңай жүзеге асады және негізгі екі топқа бөлінеді.

Электрондық құрылымы негізгі заттың құрылымына енетін атомдардың электрондық құрылымдарына ұқсас қоспалық атомдар бірінші топқа жатады. Бұл жағдайда кристалдың идеал құрылымының немесе әйнек тәрізді материалдың торынының ретін бұзбайды, бірақ атомдық өлшемдерінің әртүрлілігінің әсерінен серпімді бұзылулардың аз уақыт әрекет ететін өрісін тудыруы мүмкін. Егер атомдық өлшемдері неғұрлым жақын болса, серпімді бұзылулардың алыстан әрекет ететін өрісін тудырады.

Орын ауыстыру ақауларының екінші тобына негізгі зат атомымен салыстырғанда басқа зарядтық күйде бола тұра (әдетте бірлік зарядқа ерекшеленеді), олармен изоэлектрондық құрылымға ие болатын ақаулар жатады. Мұндай атомдар матрица торына орналақан кезде артық заряд тасымалдаушыларды оның энергетикалық зоналарына немесе заряд коспенсаторларына жақын орналасқан торлардың энергетикалық зоналарына беруі тиіс.

— қоспалық ақаулар / dash defects — кристалдық торда жетілмеген кемшіліктерінің жинақтық атауы; торда матрицаға қатысты өзге атомадардың болуы нәтижесінде түзіледі. — радиациялық ақаулар / radiation(-induced) defects, radiation damages — кристалдық құрылымның жылдам бөлшектердің ағыны немесе электромагниттік сәуленің жоғары энергетикалық кванттарымен сәулелендіру нәтижесінде бұзылуы.

Механикалық деформация

Deformation, distortion, strain (лат. deformatio – қисаю)

Механикалық күштің түсірілуі, жылулық ұлғаю, электрлік және магниттік өрістің және т.б. әсері нәтижесінде туындайтын, дене өлшемінің және формасының қисаюына әкелетін және бөлшектер арасындағы өзара әрекеттесу күшін өзгеріске түсіретін, яғни кернеу тудыратын материалдық ортаның көптеген бөлшектерінің өзара орналасуының өзгеруі.

— тұтқыр-серпімді деформация / ductile elastic deformation — оған жүктеу процесінің уақытқа айқын тәуелділігі тән. Жүктемені алып тастаған соң деформация өздігінен нөлге ұмтылады. Жүктеменің жылдамдығына тәуелді.

— пластикалық деформация / plastic deformation — кернеуді алып тастағаннан кейін де сақталады және энергияның шашырауымен қабаттаса жүреді; оның шамасы тек түсірілген күштің мәніне ғана емес, сонымен қатар олардың алдыңғы өзгерісіне тәуелді болады.

— серпімді деформация / elastic [Hooke(an)] deformation, reversible deformation, elastic strain, deflection, compliance — жүктелумен бір мезетте пайда болады және жоғалады, сондай-ақ энергияның шашырауы болмайды. Жүктеу жылдамдығына тәуелді емес.

— суық деформация / cold strain — пластикалық деформация, оның нәтижесінде беріктік пайда болады және беріктіктен ажырау болмайды.

Электрлік диполь

Electric dipole (гр. di – екі и pólos – полюс), douplet, electric douplet

Бір-бірінен белгілі бір қашықтықта орналасқан, абсолют шамасы бойынша бірдей және таңбасы әр түрлі нүктелік зарядтан тұратын жүйе.

Кристалдағы дислокация

Dislocation ( орта ғас. лат. dislocatio – ығысу, орын ауыстыру)