2. Наносистемы

Под понятием наносистема можно определить взвесь наночастиц размером не больше 100 нм в определенной среде. Однако сами наночастицы следует понимать как системы, которые состоят из еще более мелких единиц – кластеров – наименьших элементах вещества. Величина кластера не более 10 нм. Любые квантовые эффекты динамично проявляются собственно на уровне кластеров.

Нанокристаллы, многоатомные молекулы и кластеры, нанокапли могут представлять собой примеры наносистем. Подобный подход дает возможность рассматривать отдельные атомы как нижнюю грань нанохимии, а верхняя грань – это определенное количество атомов в объекте, которое при последующем увеличении приведет к потере специфических качеств наночастицы – они становятся подобными качествам компактного вещества. Число атомов, которые определяют верхнюю грань, индивидуально для всех видов веществ.

Классификация нанообъектов по геометрическому признаку производится по-разному. Одни ученые предлагают охарактеризовать мерность объекта числом измерений и имеющий в нем макроскопические размеры. А другие берут во внимание количество наноскопических измерений.

Классификация нанообъектов по их мерности принципиальна не только лишь с формальной точки зрения. Геометрия значительно воздействует на их физико-химические качества.

В зависимости от формы кластеров, вещества и типа связи между атомами существует огромное количество нанообъектов.

Величина, форма и структура дисперсной фазы НЧ отличаются от дисперсной фазы распространенных дисперсных систем. Поскольку процесс получения НЧ неравновесный, то это служит результатом появления многообразных форм даже для одних и тех же частиц, которые получены одним и тем же способом, но при разных условиях (температура, скорость массопереноса, давление, степень пересыщения и т.д.).

На рис. 1 приведены как пример НЧ алюминия, которые получены синтезом. Частицы преимущественно полидисперсны и представлены в форме многогранников.

Рис. 1. Наночастицы алюминия

Дисперсная фаза НЧ может являться многокомпонентной и иногда представлять из себя нескольких фаз. К примеру, можно наблюдать фазовое послойное строение частиц кристаллов оксида алюминия (Al2O3) с разной модификацией.

Отличают такие способы получения НЧ, как:

- конденсационные;

- диспергирование;

- специфические, большей частью в сторону НЧ.

Конденсацию и диспергирование используют для получения объектов коллоидной химии, т.е. для всех дисперсных систем. В данном случае и НЧ. Механическое диспергирование не дает возможность получать частицы размером менее, чем 100 нм. Методы, которые интенсифицируют ход диспергирования, предоставляют варианты для генерирования наноразмерных частиц.

В последствии диспергирования образуются НЧ, которые при следующем спекании или прессовании образуют структуру, которая обладает установленной прочностью.

Обширно используют конденсационные методы, чтобы получить частицы дисперсной фазы, в том числе и НЧ. Конденсация подразделяется на химическую и физическую.

Физическая конденсация реализуется в ходе испарения с последующим контактом пара с холодной поверхностью: в условиях атмосферы инертного газа; при воздействии вакуума и иными методами. Кристаллизация присоединяется к числу конденсационных способов образования НЧ. В итоге появляются наноструктуры с особенными поверхностными качествами.

Процесс химической конденсации связывают с фазовым переходом и с образованием новой фазы в форме НС. Он возможен из-за восстановления ионов металлов (в смесях и микроэмульсиях) и в результате пиролиза (распада веществ при повышенной температуре). Нередко в одно и тоже время с физической происходит химическая конденсация, заканчивающаяся синтезом НЧ.

Так же используют комбинированные методы получения НЧ.

Как в объеме твердого тела, так и, например, в полимерной матрице, возможно образование НЧ. Синтез НЧ оксида железа (диаметром в пределах 100 нм) проводят в матрице полимера на основе поливинилового спирта. НС в полимерных композициях присваивают им необходимые для практического применения качества. Например, при изготовлении проводников в полимерные композиции на базе бутадиен-нитрильного каучука в качестве функциональных наполнителей применяют сажу и графит.