5. Металдық нанокластерлер дегеніміз не?

Металдық нанокластерлер дегеніміз - 10 нм өлшемнен аспайтын заттардың бөлшектері. Олар 1000 атомға дейінгі атомдардан құрала алады. Нанокластерлер қасиеті жағынан нанобөлшектерден де өзгешеленеді. Кембридж Университетінен шыққан Ричард Ламберт өзінің тобымен жаңа катализатор алу жолын ұсынған. Бұл катализатор алтынның 55 атомынан құралған және 1-2 нм размеріндегі бөлшектері бар кластерлерді көрсетеді. Аu55 кластерлері "магиялық" кластерлерді сипаттайды. Мұндағы алтынның атом сандары - бөлшектерге дұрыс геометриялық форма қалыптастыруға мүмкіндік береді. Катализатор бөлшектерінің өлшемдері оның активтілігін сипаттағанда маңызды роль атқарады. Металдық нанокластерлер қазіргі таңда ЭЕМ-дердің жадының өндірісінде, медицина саласы мен парфюмерияда да кеңінен қолданылады. 1-суретте металл атомдарының кластерлерін алуға арналған құрылғы көрсетілген. Жоғары қарқынды лазерлі сәуле металл стерженьге түсіп, оның беткі қабатындағы атомдарды буландырады. Буланған атомдар гелий ағынымен сопло арқылы әкетіліп отырады. Бұл ағынның кеңеюі оның салқындауына және металл атомдары кластерлерінің түзілуіне алып келеді.

Бұл кластерлер ультракүлгін сәулелермен ионданады да, массаның зарядқа қатынасын өлшейтін масс-спектрометрге түседі. 2-суретте осындай тәжірибе нәтижесінде алынған қорғасын кластерлерінің масс-спектроскопия мәліметтері берілген. Берілген массаның иондар саны кластердегі атом санының функциясы ретінде көрсетілген. Бұл мәліметтерде 7 және 10 атомнан тұратын кластерлер мүмкіндігі жоғары екендігін көруге болады. Бұл осындай өлшемді кластерлердің басқа кластерлерден тұрақтырақ екендігін көрсетеді.

3-ші а-суретте атомдардың иондану потенциалы мен олардың атомдық номеріне Z тәуелділігі көрсетілген. Иондану потенциалы дегеніміз атомның сыртқы қабатындағы электронды жұлып әкетуге қажетті энергия ал б-суретте натрий кластерінің иондану потенциалының құрамындағы атомдар санына тәуелділігі көрсетілген.Тәуелділікте шыңдар екі және сегіз атомдары бар кластерде байқалады. Бұл сандарды электронды магиялық сандар деп атайды. Бұлардың болуы кластерлерді суператомдар ретінде қарастыруға мүмкіндік берді және осының нәтижесінде кластерлер үшін желе моделі пайда болды.

6. Магиялық сандар ұғымын түсіндіріңіз.

1-суретте металл атомдарының кластерлерін алуға арналған құрылғы көрсетілген. Жоғары қарқынды лазерлі сәуле металл стерженьге түсіп, оның беткі қабатындағы атомдарды буландырады. Буланған атомдар гелий ағынымен сопло арқылы әкетіліп отырады. Бұл ағынның кеңеюі оның салқындауына және металл атомдары кластерлерінің түзілуіне алып келеді.

Бұл кластерлер ультракүлгін сәулелермен ионданады да, массаның зарядқа қатынасын өлшейтін масс-спектрометрге түседі. 2-суретте осындай тәжірибе нәтижесінде алынған қорғасын кластерлерінің масс-спектроскопия мәліметтері берілген. Берілген массаның иондар саны кластердегі атом санының функциясы ретінде көрсетілген. Бұл мәліметтерде 7 және 10 атомнан тұратын кластерлер мүмкіндігі жоғары екендігін көруге болады. Бұл осындай өлшемді кластерлердің басқа кластерлерден тұрақтырақ екендігін көрсетеді.

3-ші а-суретте атомдардың иондану потенциалы мен олардың атомдық номеріне Z тәуелділігі көрсетілген. Иондану потенциалы дегеніміз атомның сыртқы қабатындағы электронды жұлып әкетуге қажетті энергия ал б-суретте натрий кластерінің иондану потенциалының құрамындағы атомдар санына тәуелділігі көрсетілген.Тәуелділікте шыңдар екі және сегіз атомдары бар кластерде байқалады. Бұл сандарды электронды магиялық сандар деп атайды. Бұлардың болуы кластерлерді суператомдар ретінде қарастыруға мүмкіндік берді және осының нәтижесінде кластерлер үшін желе моделі пайда болды.