- •Физико-химические основы микро- и нанотехнологий Введение в микро- и нанотехнологию
- •1.2 Положение микро- и нанообъектов на шкале размеров, исследуемых современной наукой
- •История развития нанотехнолоий и нанообъектов
- •Терминология
- •1.1 Основные понятия и определения, используемые в микро- и нанотехнологиях
- •Магнитные жидкости (мж)
- •Ферросуспензии и их свойства.
- •1.2 Строение. Родственные соединения
- •1.3 Получение фуллеренов
- •1.4 Свойства и применение фуллеренов
- •2 Углеродные нанотрубки
- •2.1Строение и классификация нанотрубок
- •2.3 Свойства и применение углеродных нанотрубок
- •17.11.3 Физические типы кристаллических решеток
- •17.11.4 Тепловое движение в кристаллах. Теплоемкость кристаллов
- •13 Методы получения магнитных жидкостей и ферросуспензий
- •13.1 Получение магнитных жидкостей с различной дисперсной фазой
- •13.2 Технология получения магнитной жидкости методом химической конденсации
- •13.3 Методика получения магнетита и магнитных жидкостей на трансформаторном масле и керосине
- •13.4 Выбор дисперсионной среды
- •13.5 Получение магнитных жидкостей с микрокапельными агрегатами
- •14 Основные и перспективные применения нано- и микродисперсных сред
- •14.1 Применение ферросуспензий
- •14.2 Применение нанодисперсных магнитных жидкостей в науке и технике
- •Современные экспериментальные методы исследований микро- и нанодисперсных систем
- •1.1 Акустические методы исследования структуры и кинетики микро- и наносистем
- •1.1 Звуковые волны в газах, жидкостях и твердых телах
- •Волновые уравнения
- •1.2 Волновое уравнение для газов
- •Таким образом, относительное приращение давления пропорционально относительному приращению плотности.
- •Выполняя над системой уравнений преобразования, аналогичные преобразованиям системы уравнений для газов, получим волновое уравнение
- •1.4 Волновое уравнение для твёрдых тел
- •Примечание. Формулы кинетической энергии молекул газа в зависимости от числа степеней свободы
- •1.6 Отражение и прохождение звука через границу раздела двух сред
- •Поделив первое уравнение на , а второе - на получим:
- •1.7 Коэффициенты отражения и прохождения звуковых волн
- •1.10 Техника ультраакустики
- •1.10.1 Прямой и обратный пьезоэффекты
- •1.10.2 Методы измерения скорости распространения звука
- •1.11 Распространение звука в микро- и нанодисперсной системе
- •1.11.1 Скорость звука в системе абсолютно-твердые наночастицы в жидкой сжимаемой матрице. Аддитивная модель упругости микро- и нано- дисперсных систем.
- •1.11.2 Приращение скорости звука в микро- и нано- дисперсной системе за счет магнитофореза
- •1.8 Оптимизация акустических параметров микро- и нано-дисперсных систем
- •1.11.3 Диссипация упругой энергии микро- и нано- дисперсных систем за счет межфазного теплообмена
- •1.11.3.1 Физическая природа теплопроводности газов
- •1.11.3.2 Межфазный теплообмен
- •1.11.4 Диссипация акустической энергии микро- и нано- дисперсных систем за счет относительного смещения фаз
- •1.11.4.1 Проскальзывания микро- и наночастиц относительно жидкой матрицы
- •1 .11.4.2 Добавочное поглощение ультразвука в герерогенной системе за счет относительного смещения фаз
- •2. Измерение линейных и угловых размеров оптическими приборами
- •3. Рентгентовская спектроскопия и дифракция
- •2.2.5. Дифракция рентгеновских лучей
- •4. Электронная микроскопия
- •4.1 Понятие об электронной оптике
- •4.2 Электронный микроскоп
- •5 Методы и средства измерений, основанные на эффекте Мёссбауэра
- •6. Атомный силовой микроскоп
- •Физическая сущность работы асм
- •Асм при исследовании магнитных коллоидов
- •7. Cпектроскопия комбинационного рассеяния
- •Методы физико-химического анализа суспензий
- •2. Седиментация
- •Механические рычажные весы
- •Молекуляпные кластеры
- •17.11.4 Тепловое движение в кристаллах. Теплоемкость кристаллов
Физико-химические основы микро- и нанотехнологий Введение в микро- и нанотехнологию
1.2 Положение микро- и нанообъектов на шкале размеров, исследуемых современной наукой
Чтобы наглядно сравнить по размерам наноматериалы с физическими телами и объектами окружающего мира, можно сравнить Вселенную, планету Земля и наночастицы. Размер наблюдаемой Вселенной оценивается в 10-20 миллиардов световых лет или (1-2)∙1026 м. Радиус Земли составляет ~ 6370 км=6,37∙106 м. Сравнение показывает, насколько малыми являются размеры объектов наномира и нанотехнологий.
Каждая конкретная величина мала или велика лишь по отношению к другой величине, характерной для данных условий. Длина волны λ света мала в сравнении с человеком, поэтому ею пренебрегают, считая, что свет распространяется прямолинейно. В сравнении с отдельным атомом λ велика и считают, что при взаимодействии с атомом амплитуда световой волны одинакова во всех точках атома в любой момент.
Температура 2000 оС очень велика во всех областях техники, но в термоядерных исследованиях плазма с такой температурой считается низкотемпературной.
Таблица 1.1.
|
Метры |
Область |
Макромир |
1025 |
Размер видимой части вселенной |
1024 |
Расстояние между галактиками |
|
1021 |
Размеры галактик |
|
1018 |
Межзвездные расстояния |
|
1015 |
Размеры солнечной системы |
|
1012 |
Размер Земли |
|
105 |
Высота больших гор |
|
1 |
Размер (рост) человека |
|
10-3 |
Размер песчинки |
|
10-6 |
Микромасштаб ~ 1-10 мкм. Предел разрешения оптического микроскопа |
|
Наномасштаб |
10-7- 10-9 |
Субмикрокристаллические материалы ~ 100 мкм Нанокристаллические материалы ~ 10 нм Предел разрешения атомно-силового микроскопа ~5 нм Молекулярные кластеры (фуллерены и др.) - 3-4 нм 2-3 атомные молекулы ~ 1 нм |
Одночастичный мир |
10-10 |
Размер атома ~ 0,1 нм |
10-15 |
Размеры атомных ядер |
|
10-18 |
Исследуемая структура элементарных частиц |
Характер физических явлений существенно зависит от размера области пространства, в которой происходило явление. В табл. 1.1 приведена шкала масштабов различных величин, исследуемых современной наукой.
Одной из основных характеристических величин является размер атома 10-10 м. Этим размером все явления разделяются на макроскопические и микроскопические. Макроявления протекают в областях >10-7 м, а микроявления в областях сравнимых с атомным размером 10-10 м и меньше.
Заметим, что понятие «размер атома» в геометрическом плане не имеет смысла, поскольку физически о линейных размерах атома можно судить по взаимодействию атомов между собой, которое определяется электромагнитным полем атома, не имеющим четких границ.
Непосредственно наблюдаемые тела являются макроскопическими, состоят из большого числа частиц N. Большим является такое число частиц N, для которого выполняется условие lnN>>1.
Особо важным является число Авогадро NA = 6,021023 моль‑1, которое связывает микроскопический масштаб с макроскопическим, так как моль любого вещества составляет тело привычных для нас размеров. Так, моль Н2О это 1810-6 м3 воды.
Естественным масштабом скорости в природе является скорость распространения света в вакууме с=2,998108 м/с.
Постоянная Планка также является универсальной константой, с которой связано разграничение законов физики на квантовые и классические ћ=1,0510-34 м2/с.