2. Свойства наноструктур

2.1 Строение наноструктур.

1 нм = 10^-9 м, это одна миллиардная часть метра.

Толщина человеческого волоса 50000 нм клетка бактерии 500 нм. Глаз человека способен различить размер 10000 нм.

1 нм – это ряд состоящий всего из 10-и атомов водорода.

Рис. 4 Сравнительные размеры человеческого волоса

и нановолокна

Нанотехнологии – это изучение структур от 1-100 нм. Такие структуры называются наноструктурами. [3] В таких структурах известные характеристики материалов, такие как проводимость, твердость и другие описываются не классическими, а квантовыми эффектами. Поэтому свойства наноструктур отличаются от свойств данного материала в обычных условиях. Строительными блоками в них являются отдельные атомы, а цементом - межатомные силы то есть в нанотехнологии реализуются совершенно новый подход не «сверху вниз», то есть от большей заготовки к меньшему изделию путем отсечения ненужного материала и превращении его в отходы, а «снизу вверх» то есть путем безотходной сборки необходимого изделия из отдельных атомов и молекул. Рассмотрим явление поверхностного натяжения жидкости. Молекулы на поверхности жидкости обладают большей энергией, чем те же молекулы внутри жидкости, это приводит например к тому, что лезвие бритвы или булавка положенные на поверхность жидкости не тонет тогда, как находясь в самой жидкости они тонут. [4]

Д анные поверхностные (особые) свойства начинают проявляться в области R<100нм. Основные причины появления размерных эффектов в наномасштабных объектах связаны, например, с тем, что доля атомов, находящихся в тонком приповерхностном слое ( 1 нм), растет с уменьшением размера частички вещества R, поскольку

где S – площадь поверхности частички,

V – ее объем.

Рис.5 Образование поверхностного слоя

Взаимодействие электронов или фотонов со свободной поверхностью приводит к появлению свободных специфических приповерхностных состояниях. Другая группа физических причин размерных эффектов состоит в следующем. В любом явлении переноса (электрический ток, теплопроводность, пластическая деформация и т. п.) носителям можно приписать некоторую эффектную длину свободного пробега .

При рассеяние (или захват и гибель) носителей происходит в объеме и слабо зависит от геометрии объекта. При ситуация радикально меняется и все характеристики переноса начинают сильно зависеть от размеров образца. В случаях, когда для возникновения нового состояния требуется образование зародыша критического размера (кристаллизация, полиморфные переходы, зарождение магнитного домена или дислокационной петли и т. п.) в частицах с размерами этот процесс блокируется, что меняет все термодинамические параметры таких переходов. Все это вместе взятое дает основание рассматривать приповерхностный слой как некое новое состояние вещества.

В настоящее время наноструктурами могут быть

- наночастицы

- нанотрубки

- нановолокна

- нанопленки

- нанопорошки

К лючом к нанотехнологии являются химические связи, а они осуществляются взаимодействием электронов, именно химические связи объединяют ионы и атомы в молекулы. Отдельные молекулы соединенные в группы образует кластер. [5]

Традиционно в материаловедении рассматриваются

Рис.6 Образование межмолекулярных связей

3 основных материала – металлы, полимеры, керамика.

Особенность металлов является то, что их электроны находятся в свободном состоянии.

Особенностью полимеров являются пластики, большинство полимеров основаны на углероде, поскольку он имеет уникальную способность связываться с самим собой. Полимеры это отдельные молекулы, сформированные повторяющимися шаблонами атомов (мономерами), связанными в цепочку. Цепочки мономеров соединяются с другими цепочками связями между цепочками. Такие полимеры могут иметь жесткую конструкцию.

Особенностью керамики является то, что при очень сильном охлаждении некоторые керамические материалы имеют свойства сверхпроводников.

В настоящее время наноструктурами на основании углерода являются фуллерены, углеродные нанотрубки, мономеры и отдельные наночастицы. Самые маленькие частицы называют квантовыми точками или наноточками

Цель проекта - разработать материал, который обладает следующими свойствами: он должен взаимодействовать с высокочастотным магнитным излучением(то есть поглощать гамма квант). Молекула должна переходить на более высокий энергетический уровень ( для этого он должен иметь свободные электроны, как металл ), но при этом он должен быть способен к самоорганизации под влиянием внешнего воздействия (как углеродный мономер). В микроэлектронике материал, подобным образом взаимодействующий с видимым светом называется фоторефрактивным. В наноэлектронике подобный материал можно назвать гамма-рефрактивным.

Все выше сказанное позволяет сделать вывод, что в настоящее время можно создавать материалы с заданными свойствами перебрасывая электрон с одного атома на другой, а так же изменяя спин электрона (разворачивая электрон и заставлять его вращаться в другом направлении).

Как правило, для того чтобы принимать электроны и переходить в другое состояние служат квантовые точки могут служить.