24

Міністерство освіти і науки України

Управління освіти Рівненського міськвиконкому

Рівненське міське територіальне відділення МАН України

Відділення Хімії та біології

Секція Хімії

Фізико-хімічні умови отримання нанокристалів цинк оксиду

Роботу виконав:

Миронюк Вадим Миколайович,

учень 11 класу біолого-хімічного профілю Рівненського природничо-математичного ліцею «Елітар»

Науковий керівник:

Мартинюк Галина Валентинівна кандидат хімічних наук, викладач хімії Рівненського державного гуманітарного університету

Практичні керівники:

Данилюк Роман Едуардович, вчитель фізики та хімії ПМЛ «Елітар»

Максимчук Ірина Сергіївна,

вчитель хімії ПМЛ «Елітар»

Рівне - 2015

ЗМІСТ

ВСТУП	3
РОЗДІЛ І. ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД 1. Методи отримання наноматеріалів 1.1. Фізичні та хімічні методи добування наноматеріалів	6 6 6
1.2. Дисперсні методи 1.2.1 Механічне подрібнення	6 6
1.2.2. Механо-хімічний синтез нанокомпозитів і наночастинок	7
1.2.3. Метод розкладу при нагріванні	8
1.3 Конденсаційний і розчинні методи	9
1.3.1 Методи хімічного осадження (співосадження)	9
1.4 Добування за допомогою електролізу	10
РОЗДІЛ ІІ. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ 2.1. Електролітичне отримання дрібнодисперсних порошків оксидів металів	13 13
2.2. Іонометр И-130м	15
РОЗДІЛ ІІІ. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ 3.1. Процеси, які відбуваються під час електролізу	18 18
3.2 Хімічні аспекти протікання досліду	20
ВИСНОВОК	22
СПИСОК ВИКОИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	23

ВСТУП

Нанотехнологія - це мистецтво використання структур речовин розміром від одного до ста нанометрів, що володіють корисними функціями. Технологія наночастинок обмежується використанням штучно отриманих наночастинок. У сфері економіки їм надається на даний момент надзвичайно велике значення. Частинки наномасштабного розміру можна знайти у фарбах, вони руйнують пахучі речовини; на хірургічних інструментах, що залишаються стерильними самі по собі; в сонцезахисних кремах, після нанесення яких ніс не стає білим; в таблетках які миттєво вивільняють свої діючі речовини і так далі.

Як правило, наночастинки мають інші властивості, ніж той же матеріал в більшому масштабі. Якщо золота обручка блищить жовтим кольором, то наночастинки золота можуть пофарбувати келих водив червоний колір, що в даному випадку пояснюється законами квантової механіки, що передбачають для дуже дрібних речовин зовсім інші правила поведінки. Наприклад, золото у великому масштабі - хімічно малоактивна речовина; в об’ємі нанокластера або нанокомочка воно може бути каталітично активним, як, наприклад, платина в складі каталізатора.

Функції і властивості речовин в царині наноструктурних матеріалів цікаві і різноманітні. Цинк оксид займає серед них досить важливе місце. він простий у виготовленні, його добувають різноманітними способами. Сфери використання ZnO такі ж різноманітні, як і методи його добування.

Одномірні напівпровідникові наноструктури давно є об'єктом вчених через їх можливість застосування в освітлювальній техніці і гнучких дисплеях. Основна задача, що стоїть перед вченими, полягає в розробці процесів одержання такого роду наноструктур у великих обсягах і з мінімальними виробничими витратами. Наностержні цинк оксиду з досить гострими вершинами розглядаються, як один з найбільш перспективних матеріалів. І хоча наноструктури на основі ZnO інтенсивно досліджуються дуже давно, все ж необхідно вирішити дві найважливіші проблеми перед комерційним застосуванням даних матеріалів: просторове впорядкування наноструктур (необхідно підібрати таку щільність наноструктур на поверхні підкладки, щоб забезпечити оптимальну роботу пристрою) і вартість виробництва (зокрема, зменшення витрат на підготовку підкладки, наприклад, скло з провідним шаром).

Цинк оксид є важливим компонентом при виготовленні гнучких сонячних батарей. Гнучкі сонячні батареї на основі барвників, створені на пластиковій підкладці - легкі, тонкі і зручні. Вартість їх виробництва невисока, і вони можуть приймати самі незвичайні форми. Все це є визначальними критеріями для застосування в портативних пристроях. На сьогоднішній день розроблено безліч технологій отримання даного роду сонячних батарей, однак існує потреба у створенні саме гнучких пристроїв. Звичайна технологія виробництва полягає в нанесенні тонкої плівки пористого матеріалу (наприклад, ТіО₂ або ZnO) з подальшою просочуванням «губки» різними барвниками. При цьому конструкція залишається жорсткою, а великі вигини можуть призвести до тріщин, що знижує термін служби пристрою і його ефективність. Для покращення характеристик такого виду сонячних батарей був запропонований метод синтезу нанодротин цинку оксиду на пластиковій підкладці, що покращить гнучкість приладу, причому вольтамперні характеристики при цьому практично не змінюються.

При вирощування нанокристалів цинк оксиду на підкладках експериментують не тільки з видом самих підкладок, але і з особливостями впорядкування кристалів на їх поверхні. Наприклад, якщо виростити нанокристали ZnO на підкладці в вигляді так званого «лісу», то її ефективність сонячної батареї зростає в рази.

Цинк оксид використовується не тільки при виготовленні електронних приладів та пристроїв, він являється стратегічним продуктом для медицини і косметики, проте в цих галузях використовується порошок. За допомогою молекул ZnO створюються таблетки, які доставляють ліки тільки до потрібних місць, також цинк оксиду додають в різноманітні мазі і креми, з його допомогою виготовляють антисептичні засоби, сонцезахисні креми. На основі наночастинок цинк оксиду створюються експериментальні ліки проти деяких видів раку .

Спостерігаючи за сучасною наукою не важко помітити що розвиток нанотехнологій являється вагомою прогресивною та невід’ємною її частиною, а покращення методів добування нанорозмірного оксиду цинку одна з передових галузей.

Об’єкт дослідження - процеси отримання та аналіз напівпровідникових нанокристалів.

Предмет дослідження - отримання нанокристалів цинк оксиду та їх аналіз.

Мета дослідження - розробка електрохімічного методу отримання нанопорошку цинк оксиду та його аналіз.