Әдeби шoлу

1.1 Нанотехнология және нанобөлшектер жайлы жалпы мәлімет

Нанотехнология – кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым. Тағы басқаша айтар болсақ нанотехнология - бұл көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын-ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды құрастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру. Нанометр дегеніміз бір метрдің миллиардтан бір бөлігі (1 нанометр=10−9 метр). Нанотехнология осындай ауқымды өлшемдермен айналысады.Нанобөлшектер дегеніміз – өзіндік анық шекарасы бар, размері 1-100 нанометр аралығында болатын қатты фазалы объект[1]. Нанобөлшектерді келесідей: ультра кіші бөлшектер 1-100 нм аралығында, ұсақ бөлшектер 100-2500 нм аралығында және ірі бөлшектер 2500-10000 нм аралығында деп жіктеуімізге болады. Генетика, медицина, клондау, микроағзалардағы бактерияларға әсер ету және машина жасау, электроника, т.б. өндірістерге арналған жаңа материалдар алу, техника мен өндірістің барлық түрлерін жаңа сапа деңгейіне көтеру мәселелерін нанотехнологияны дамыту арқылы ғана шешуге болады [2-3]. Размерлері бір макрометрден үлкен массивті материалдарда беттегі атомдардың барлық атомдарға қатынасы шамалас болып келеді. Нанобөлшектеріміздің меншікті беттік ауданы өте үлкен болып келеді. Осы қасиеті арқылы жоғары температураларда диффузияға үлкен қозғаушы күш береді. Ірі бөлшектермен салыстырғанда жабысу айтарлықтай төмен температурада және қысқа уақытта жүргізіледі.

1.1.1 Нанобөлшектердің ашылу тарихы

Эрик Дрекслер 1986 жылы өзінің студенттік шағында "Жасампаз машина" деп аталатын футуристік эссесінде молекулярлы технология атауын алғаш қолданған болатын. Ол фантаст-жазушы Станислав Лемнің идеяларымен өзінің ойын біріктіріп "Саналы тіршілік ортасының" жалпы сұлбасын жасады. Бірақ мұндай идея Эрик Дрекслерден бұрынырақ пайда болған болатын. Швейцариядағы ІВМ корпорациясының екі инженері, Герд Бинниг пен Гейнрих Рорер 1981 жылы мәнерлеп туннельдеуші микроскоп ойлап тауған болатын. Микроскоптың құрылысы өте қарапайым болып келеді: қысымға қосылған аса жіңішке ине бір нанометр қашықтықта материалдың үстімен жылжып отырады. Сосын инелердің өткір ұшы материалдың беткі қабатына электрондарды тесіп өткізеді және осының себеінен тоқ пайда болады, оның көлемі ине мен беткі қабаттың арасындағы қашықтыққа байланысты болады. Яғни осы жолмен материалдың беткі қабатынан жекелеген атомдардын "ажыратуға" мүмкіндік туады. Бұл ғылымның пайда болуына үлкен үлес қосқан 1959 жылы Нобель сыйлығының лауреаты, АҚШ физигі Р.Фейнман. Оның жеке атомдарды манипулятор көмегімен қозғалту мүмкіншіліктері туралы жасаған баяндамасы көп идеялар туғызған. Нанотехнология терминін қолданысқа алғаш рет 1974 жылы жапон физигі Норио Танигути енгізген. Нанотехнология терминін қолданысқа алғаш рет 1974 жылы Токио ғылыми институтының профессоры жапон физигі Норио Танигути енгізген болатын . Макроскопиялық заңдылықтарға сүйенетін басқа инженер ғылымдардан нанотехнологияның негізгі ерекшелігі, нанонысандар үшін кванттық және молекулааралық өзара әсерлесуінің күшті болуына байланысты. 1980-жылдары бұл анықтаманы доктор К. Эрик Дрекслер зерттей отырып «Engines of Creation: The Coming Eraof Nanotechnology (1986)» кітабын шығарған. Нанотехнология және нано-ғылым 1980-жылдарда «нанотехнология» кластерінің және сканирлеуші туннельді микроскоптың пайда болуымен белсенді түрде зерттеліне бастады. Міне, осы зерттеулер нәтижесінде фулерен, көміртек нанотүтікшелері т.б зерттелініп ашылып жатты.

1.2 Кадмий сульфиді нанобөлшектерінің қасиеттері, алу және қолданылуы.

Кадмий сульфиді негізіндегі нанобөлшектер және нанокомпазиттер құрылымы мен морфологиясы бойынша әртүрлі болып келеді.

Құрамы бойынша оларды келесідей топтарға бөліп қарастыруымызға болады:

1) СdS/X кадмий сульфидінің нанобөлшектері, мұнда X=S

2) Y/CdX гибридті нанокомпазиттері, бірнеше нанобөлшектерден тұратын нанокомпазиттер, көбінесе күміс галогенидінің нанобөлшектері асыл металдардың нанобөлшектерінің қатысында алынады. Сонымен қатар күміспен де бірге қолданылады. Оны мынадай қысқартылған теңдеумен көрсетуімізге болады: CdS/SX

3) Иерархиялық нанокомпазиттер, құрылысы мен құрылымы қиын болып және соның салдарынан айтарлықтай функционалдыболып келетін нанокомпазиттер. Мұндай нанокомпазиттердің құрамын келесідей жалпы формуламен көрсетсек болады: Y/CdX/Z, мұнда Z- ауыспалы металдар және бейметалдардың оксидтері,мысалы: фосфор және кремний т.б Y – асыл метал, көп жағдайда күміс қолданылады Y=Cd . Сонымен, кадмий сульфиді қатысындағы нанокомпозиттердің жалпы иерархиялық формуласын былайша өрнектеуімізге болады: CdS/SX/Z.

29. Зерттеу әдістеріне арналған тараудың құрылымын қарастырып, дипломдық жұмыс үлгісінде қорытынды жасаңыз.

Дипломдық жұмыс тақырыбы: Кадмий сульфиді негізіндегі нанокомпозиттерді алу және олардың қатты фазадағы синтезі.

Нанобөлшектердің қазіргі кезеде шоғырландырылған және оқшау түрлеріне деген қызығушылық өте жоғары себебі, нанобөлшектердің улкен түйіршікті аналогтарынан айтарлықтай айырмашылығы бар. Металды нанобөлшектер бірнеше потенциялды қолданысқа ие. Мысалы: биомедицина жүйесі, оптоэлектроникалық және жүйелік катализде. Бұл өндірістің барлығында олдың размерлеріне айрықша мәне береді. Күміс және оның тұздарын потенциялды пайдалануға айрықша көңіл бөлінуде. Мысалы: жанармай элементтеріне, гетерогенді катализаторларда , медициналық құрылғыларды қаптауда, гигиеналық төсемелерді залалсыздандыруда, ісікке қарсы амал және антимикропты химиотерапиялық әдіс ретінде көптеп қолданылады. Сондықтан да күміс тұздарының жаңа синтездеу әдістерін зерттеу және жаңа қолданыс орындарың іздеу өте актуалды. Күміс оксиді де өзінің белгілі қасиеттерімен жарық өткізгіш адгезиялық пленкаларда, екіншілік күміс – мырышты батареяларда т.б қолданылады. Аталмыш жұмыста күміс оксидінің және күміс хлоридінің синтезі жасалған боладын. Мұндағы қолданылған металл тұздары WINLAB chemicals Ltd. Ltd. (U.K.)алып келінген және қосымша тазартуларсыз қолданылған. Олеин қышқылын, натрий гидроксидн және т.б келтірілген ерітінділерді BDH Chemicals (Англия) алып келінен. Жәнеде өнімдер сканерлеуші электронды микроскоппен, элементарлы талдаумен(энергодисперсионды рентгенді анализ: EDX), жарықтандырушы электронды микроскоппен және де ұнтақты рентгеноқұрылымды зерттеулер Altima IV [Make: Regaco] дифрактометрінде, Perkin-Elmer 1000 FT -IR спектрофотометрінде ал термогравиметриялық талдау PerkinElmer 7 термогравиметрлік анализаторында жасалған.

Күміс хлоридінің нанобөлшектері: 0,1мл күміс нитратына 0,5М тұз қышқылы ерітіндісін күміс хлоридінің тұнбасы түзілмегенінше қосқан. Түзілген сұр –ақ түсті тұнбаны фильтрлеген. Бірнеше рет дистилденген сумен жуып, 60 0С де 3-4 сағат бойы кептіреді. Сосын оны алып 6500С –та 10сағат бойы муфельді пеште күйдіреді. Кальцинирленген үлгіні эксикаторда салқындатып тұрақтандырады. Алынған материал сканерлеуші электронды микроскоппен, элементарлы талдаумен(энергодисперсионды рентгенді анализ: EDX) жарықтандырушы электронды микроскоппен және де ұнтақты рентгеноқұрылымды зерттеулер Altima IV [Make: Regaco] дифрактометрінде, Perkin-Elmer 1000 FT -IR спектрофотометрінде ал термогравиметриялық талдау PerkinElmer 7 термогравиметрлік анализаторында зерттеліп қарастырылды. Күміс оксиді нанобөлшектері: күміс нитратының 4,61 г (0,0271 моль) эквимолярлы мөлшеріне 8,25 г (0,0271 моль) натрий олеатын қосып күміс олеатын алған. Сосын бұған триэтиленгликоль қосып қайнау температурасына дейін қыздырып 2 сағат бойы тоқтаусыз араластырған. Алынған қоспаны 10 мен бойы центрифугалап, қатты заттар түбіне отырғаннан кейін оны гексанмен диспергирлеп сақтап қояды. Алынған өнімді сканерлеуші электронды микроскоппен, элементарлы талдаумен(энергодисперсионды рентгенді анализ: EDX) жарықтандырушы электронды микроскоппен және де ұнтақты рентгеноқұрылымды зерттеулер Altima IV [Make: Regaco] дифрактометрінде, Perkin-Elmer 1000 FT -IR спектрофотометрінде ал термогравиметриялық талдау PerkinElmer 7 термогравиметрлік анализаторында зерттеген.

30. Дипломдық жұмыстың құрылымын қарастырып, қорытынды жасаңыз. Әдебиеттер тізімін жасауға қойылатын талаптарды қарастырып, мысалдар келтіріңіз

Дипломдық жұмыс тақырыбы: Кадмий сульфиді негізіндегі нанокомпозиттерді алу және олардың қатты фазадағы синтезі.

1. CdS негізіндегі нанокомпазиттерінің шарлы планетарды диірменінде механохимиялық синтезі ушін келесі қолайлы жағдайлар таңдалды: айналу жылдамдығы = 3000айн/мин; шар мен үлгі катынасы =1:20; механикалық активтендігу ұзақтығы = 20мин. Қозғалмалы майдалағыш денелер ретінде массасы m=1,25г; диаметрі d = 7мм. болат шарлары және көлемі 250 мл тең болат барабандар қолданылды.Термоөңдеу үшін қолайлы жағдайлар анықталды. Термиялық өңдеу барық үлгілерімізде 300-3500С та 2-2,5 сағат бойы орындалды. Келтірілген температуралар заттардың физикалық қасиеттеріне байланысты таңдалды. Термоөңдеуден кейінгі өнімді рентгенфазалық талдауға жіберіп, алған рентгенограмма бойынша мақсатсыз өнімнен толық арылғанын көреміз.

2. РФА нәтижелері бойынша CdS/S TSB-7 құрамы: CdS - 44.9%; NH4NO3 (romb) - 37.2%; NH4Cl 15.5% ; Cd - 2.4% түзілгендігін көрдік. Және де CdS/S TSB-9 құрамы: NH4NO3 - 88.8 %; CdS- 10.8 %; Cd - 0.4 %; нанокомпазиттер размерлері L (CdS) = 114 нм шамасында болды. Рентгенограммалар арқылы реакция басындағы өнімдер қалмай барлығы реакцияласып кеткендігін және реакция толық жүргендігін көреміз. СЭМ нәтижелері бойынша бізде 50 – 250 нм аралығындағы нанобөлшектер түзілді. Жарықтың динамикалық шашырауы талдауының нәтижесі бойынша механохимиялық әдіспен алынған CdS/S нанокомпозиттерінің орташа өлшемі 100-147 нм-ге тең болды. Трансмиссионды электрондық микроскоп нәтижелері бойынша күміс нанобөлшектерінің күміс хлориді бетіне отырғандығын дәлелдедік. Сонымен қатар CdS нанобөлшектерінің размерлері ≈ 70 нм шамасында болды.

3. Синтезделген нанобөлшектердің фотокаталитикалық активтілігін зерттегенімізде, жоғарғы активтілік көрсетті. Фотокатализаторлар ішіндегі ең жоғарғы белсенділік көрсеткені CdS/S TSB-9 болды, ол 30 минутта метилен көгілдірін түссіздендірді.