Студента 5 курса:
Нургалиева Михаила Радиковича
Зав. кафедрой:
Д.х.н. проф.Тверьянович Ю.С.
Научные руководители:
Возможно вы искали - Реферат: Каталітичні процеси
К.х.н. доцент Тверьянович А.С.
Инженер Мурадова Г.М.
Санкт-Петербург
2008 г.
Введение
Нанотехнология в последние годы стала одной из наиболее важных и захватывающих областей знаний на переднем крае физики, химии, биологии, технических наук. Она подаёт большие надежды на скорые прорывы и новые направления в технологическом развитии во многих сферах деятельности.
Одной из проблем, занимающих современных учёных, является проблема, связанная с созданием преобразователей солнечной энергии в электрическую . Она представляет огромный интерес из-за целого ряда причин, а именно: неисчерпаемость запаса солнечной энергии, исключение необходимости дорогостоящих и трудоёмких процессов, связанных с перевозкой топлива к преобразователю, и передачей выработанной электроэнергии к месту нахождения потребителей. Весьма заманчивым является и экологически чистое превращение в электричество и тепло энергии солнечных лучей. Сейчас уже вполне обоснованно на солнечную энергетику возлагаются очень большие надежды и резко возросла интенсивность теоретических и прикладных разработок в области преобразователей энергии солнечного излучения в электрическую.
Похожий материал - Реферат: Радон, его влияние на человека
Перспективным материалом для фотоэлементов являются наночастицы тройных полупроводниковых соединений AIBIIICVI2 благодаря их оптоэлетрическим свойствам. Было установлено, что фотоэлементы на основе соединения такого типа как CuInSe2 обладают эффективностью преобразования солнечной энергии в электрическую около 17%. Это значение является достаточно высоким и оправдывает активные поиски наиболее дешёвого и быстрого способа получения наночастиц CuInSe2. Одним из перспективных методов является микроволновой полиольныи метод, который сравнительно прост и технологичен. Вполне вероятно, что именно за этим методом будущее получения нанопорошков для фотоэлементов и не только для них.
Глава 1. Обзор литературы
1.1 О нанохимии
Одной из самых актуальных современных научных проблем, лежащей на стыке материаловедения, физики и химии, является проблема наносостояния вещества. В развитых странах осознание ключевой роли, которую в недалёком будущем будут играть результаты работ по нанотехнологиям, привело к разработке крупномасштабных программ по их развитию на основе государственной поддержки. Для информационного обеспечения в области нанотехнологии иностранными и российскими издательствами в последние годы читателям предоставляется большое количество книг и журналов, например, "Nanochemistry", "Nanotechnology", "Нано- и микросистемная техника ", "Новости нанотехнологии", "Зондовые нанотехнологии в электронике", "Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века" и многие другие.
Особенность нанотел, то есть сверхмалых тел, состоит в том, что их размер соизмерим с радиусом действия сил межатомного взаимодействия, а именно с расстоянием, на которое должны быть удалены атомы тела, чтобы их взаимодействие не сказывалось на его свойствах в заметной степени. Вследствие данной особенности нанотела взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой иначе, чем макротела. Специфика взаимодействия столь велика, что для исследования наносистем сформировалось особое направление научного поиска, которое можно назвать физикохимией наносистем или для краткости нанохимией [3].
Очень интересно - Курсовая работа: Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия по разделению смеси хлороформ-бензол
Перед тем как начать краткий обзор проблем, современных достижений и перспектив развития нанохимии, полагаю необходимым определиться с терминологией, дать четкое определение «понятиям с приставкой «нано»-, которые сейчас широко употребляются.
В концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года, одобренной в основном Правительством Российской Федерации (18 ноября 2004 года), используются следующие термины:
Нанотехнология - совокупность методов и приёмов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать модифицированные объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.
Наноматериалы - материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками.
Наносистемная техника - полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий, функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.
Вам будет интересно - Реферат: Фармацевтический анализ производных фенотиазина
Наноиндустрия - вид деятельности по созданию продукции на основе нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники [2].
Теперь обратимся ненадолго к истории: Как возникло понятие о нановеществе? Особые физические свойства малых частиц давно, хотя и неосознанно, использовались людьми. Ещё в древнем Египте изготавливались образцы цветных стёкол, окрашенные коллоидными частицами металлов. Первым научным упоминанием малых частиц является, по-видимому, открытое в 1827 году шотландским ботаником Р.Броуном беспорядочное движение частиц цветочной пыльцы, взвешенных в жидкости. Теория броуновского движения, развитая независимо А.Эйнштейном и М.Смолуховским в начале XX века, является основой одного из экспериментальных методов определения размеров малых частиц. Фактически началом изучения наноструктурного состояния вещества явились исследования в области коллоидной химии, достаточно широко проводившиеся уже с середины XIX века. В начале XX века значительный вклад в развитие коллоидной химии и исследование дисперсных веществ, в определение размеров коллоидных частиц внёс шведский учёный Т.Сведберг. В 1919 году он создал метод выделения коллоидных частиц из растворов с помощью ультрацентрифуги. В 1926 году за работы в области дисперсных систем Т.Сведбергу была присуждена Нобелевская премия по химии. В 1960 году на собрании Американского Физического общества известный физик, лауреат Нобелевской премии, Ричард Фейнман почитал провидческую и пророческую лекцию под названием «Там внизу ещё очень много места», где фантазировал на тему вероятности создания и потенциальных возможностей наноразмерных материалов. Он предлагал манипулирование отдельными атомами для создания структур с очень разными свойствами. Множество фейнмановских измышлений стало реальностью, однако, его идеи не нашли отклика у учёных того времени. Сейчас среди исследователей в области нанотехнологии эта лекция, разумеется, является легендарной [5].
В XX веке стали интенсивно развиваться исследования гетерогенного катализа, ультрадисперсных порошков и тонких плёнок. В таких исследованиях естественно возникал вопрос о влиянии малого размера изучаемых объектов на их свойства. В настоящее время к наноструктурным материалам относят нанопорошки металлов , сплавов, интерметаллидов, оксидов, карбидов, боридов, нитридов, и эти же вещества в компактном состоянии с зёрнами нанометрового размера, а также полимеры, углеродные наноструктуры, нанопористые материалы, нанокомпозиты, биологические наноматериалы [1]. Новейшие нанотехнологии наряду с комьютерно-информационными технологиями и биотехнологиями являются фундаментом научно-технической революции в XXI веке [2]. По этой причине правительствами ведущих стран приняты широкомасштабные программы по поддержке и развитию работ в области нанотехнологии.
Учёным, занимающимся исследованиями в области нанохимии, приходится сталкиваться со многими проблемами. Публикации по нанохимии указывают на то, что теоретическое и экспериментальное направления в нанохимии развиваются при значительном отставании теории от эксперимента, но с большим прикладным выходом в технику, медицину и экологическую химию.
Теоретическая нанохимия сосредотачивается на формулировании основного кинетического уравнения для изменения функции распределения наночастиц по состояниям в процессе синтеза и использования ультрадисперсных веществ. Это уравнение отражает закономерности изменения внешних (положение центра масс в пространстве , скорость движения, масса) и внутренних (состав, структура, дефектность) координат отдельного нанотела в фазовом пространстве во времени [4]. Сейчас эти расчёты проводят путём приближённого решения уравнения Шрёдингера для непосредственно контактирующих атомов, а взаимодействия наиболее удалённых атомов учитывают, вводя произвольный или эмпирический потенциал взаимодействия.
Похожий материал - Контрольная работа: Химическая термодинамика. Скорость химических процессов
Что касается экспериментальной нанохимии, то она развивается в трёх направлениях. В рамках первого из них разрабатываются и используются сверхчувствительные спектральные методы, дающие возможность судить о структуре молекул, включающих десятки и сотни атомов. В рамках второго направления исследуют явления при локальных электрических, магнитных или механических воздействиях на нанотела, реализуемых с помощью нанозондов и специальных манипуляторов. При этом преследуется цель изучить взаимодействие отдельных молекул газа с нанотелами, нанотел друг с другом, выявить возможность внутримолекулярных перегруппировок без разрушения молекул и с их распадом, а также осуществить «атомную сборку», то есть попытаться, перемещая атомы по поверхности подложки, собрать из них нанотело нужного радиуса. Работы третьего направления сконцентрированы на прецизионном определении макрокинетических характеристик коллективов нанотел и функций распределения нанотел по параметрам состояния с целью детализации основного кинетического уравнения.
Прикладная нанохимия нацелена на изучение явлений, происходящих при использовании нанотел в технике (техническая нанохимия), при функционировании ультрадисперсных лекарств в живых организмах (медицинская нанохимия) и при миграции ультрадисперсных веществ в окружающей среде (экологическая нанохимия). Кроме того, значительная часть прикладных работ направлена на синтез наноструктур (синтетическая нанохимия). В прикладной нанохимии отмечается тенденция к сближению содержания работ с фундаментальными исследованиями. Объём информации, которую приходится накапливать при решении каждой прикладной задачи, столь велик, что экспериментальный поиск оптимальных решений замедлен [4].
1.2 Нанотехнология
Собственно говоря, в мире до сих пор нет однозначного определения этого термина. На данный момент само существование наноматериалов и нанотехнологий вызывает разнообразные мнения, взгляды и порождает мифы. Одно из самых популярных объяснений для простых обывателей таково: нанотехнологии – это определенные технологии манипулирования веществом на молекулярном и атомном уровне. Как и любое другое явление, нано породило два противоположных мнения о себе: первое заключается в том, что нанотехнологии – это наше будущее, наше развитие, наше все, а второе гласит о том, что нано – это всего лишь временная блажь ученых, занимающихся выколачиванием денег на свои опыты, определенная мода в научном мире, которая вскоре пройдет. Но оба этих взгляда, в принципе, неверны. Что касается развития, то нанотехнологии – это действительно новая ступень научного знания, которая может принести реальные сдвиги в плане продуктивных технологий, значение которых день ото дня только возрастает. Однако на данный момент в некоторых областях науки применение результатов или продуктов нанотехнологии может быть вредным или не очень удобным [19].