Нанотехнология және наножүйелердегі негізгі түсініктерді атаңыз
Нанобөлшектердің электрлік қасиеттері туралы не білесіз
жүктеу/скачать 2,92 Mb.
|
Нанотехнология негіздері (4)
- Бұл бет үшін навигация:
- 49. Нанобөлшектердің магнитті қасиеттерін атап көрсетіңіз.
| 48. Нанобөлшектердің электрлік қасиеттері туралы не білесіз
Нанобөлшектер – бұл бөлшектердің құрылымдық өлшемі ең төменгі дәлдікке ие болып, беттік қабатындағы үлесі 100 нм-ден жоғары болмайтын және немесе одан аз атомнан тұратын бөлшектер. Нанобөлшектер көлемдік материалдардың бір бөлігі болып есептеледі және олар әртүрлі құрылымдық элементтерді сипаттай: Бірөлшемді (нанометрлі өлшемі біреу ғана – қалыңдығы болатын, жұқа пленкалар); Екіөлшемді (жұқа пленка бетінде тұндыру немесе оларға металл нанобөлшектерін сорбциялау); Үшөлшемді (кеуекті материалдар, кеуекті әйнектер және басқа мүмкін болатын сорбциялау). Нанобөлшектердің электрлік қасиеті туралы айтатын болсақ, Металл қатты заттардың электрлік кедергісі фонондардағы электрондардың таралуы, құрылысындағы ақаулар мен қоспалар мөлшерімен анықталады.Көптеген металл тәрізді нанометалдар үшін (Cu, Ni,Ni-P,Fe-Cu-Si-B,NiAl және ауыспалы металдардың нитридтері мен боридтері және т.б.) дәнек өлшемдерінің азаюымен электрлік кедергілері біршама артады.Іс-жүзінде барлық металл тәрізді наноматериалдарға Т=1-10К температура арлығында үлкен қалдық электрлік кедергі шамасы мен электр кедергінің температуралық коэффициенттерінің шамасы аз болады. Қабықшалардың электрокедергілерін талдау кезінде электрондардың сыртқы қабаттарда шашырауы мүмкіндігін, олардың топографиясын және көпқабатты құрылымын ескеру керек. Электрлік кедергінің ρнанокристалдың қалыңдығына тәуелдік сипаты бойынша 3 топқа бөлінеді: Қалың, ірі кристалды объектілердің өткізгіштігіне сәйкес келетін қабықшалар; мұндай монокристалды қабықшаларды минималды қалыңдығы δ шамамен 100 нм жоғары ; Жұқа (δ~10 нм ), қалың қабықшалармен салыстырғанда өткізгіштігі төмендеу, электрокедергінің температуралық коэффициенті шамасы 0 жуық болады; Түбек тәрізді (δ~1нм), өткізгіштігі жинақы материалдардан бірнеше ретке ерекшеленеді, ал электрлік кедергінің температуралық коэффициенті теріс шама болатын қабықшалар болып келеді. 49. Нанобөлшектердің магнитті қасиеттерін атап көрсетіңіз. Магнитті қасиеттері Көптеген бейорганикалық заттар магнитті өткізгіштік (µ)қасиеттерге ие. Осыған байланысты заттар парамагнитті (µ1) немесе диамагнитті (µ1) кластарға бөлінеді. Нанобөлшектердің магнитті қасиеттері макробөлшектерден айтарлықтай айырмашылығы бар. Магниттік қасиеттердегі размерлік эффект Кюри нүктесінің төмендеуінен көрінеді. Мысалы, Fe, Co, Ni нанобөлшектерінің Кюри нүктесі олардың макроскопиялық үлгілерінен жүздеген градусқа төмен болады Магниттік қасиеттерді негізгі төрт топка бөліп қарастыруға болады парамагнитиктер ферромагнитиктер, антиферромагинититер феримагнитиктер деп жиктеленеді Ферромагнетиктер жоғары оң магниттік қабылдауға ие. Алдыңғы материалдар ғақарағанда, ферромагнетиктердің қабылдауы белгілі бір мөлшерде температура мен магниттік өріс кернеулігіне ие. Ферромагнетиктер компенсирленбеген антиферромагнетизм ерекшеленеді. Олардың магниттік қабылдауы магниттік өріс кернеулігіне ие. Алайда бұл жағдайда бірқатар ерекшеліктерге ие. Мұндай қосылыстарға ә ртүрлі оксидтік қосылыстар жатады. Келтірілген барлық магнетиктерді тағыда екі категорияға бөледі. Яғни магниттік жұмсақ және магниттік қатаң материалдар. Магниттік қатты коэрцивтивті күш жоғары мәнге ие заттар жатады. Оларды қайта магниттеу үшін күшті магниттік өріс жасау керек. Мұндай магнетиктерді тұpақы магнетиктер дайындауда қолданады. Бұл қосылыстардың сырткы магнит өрісімен әрекеттесуі электрлік жане механикалык әдістермен салыстырганда сегнеэлектриттер мен сегнепластиктердің әрекеттесуіне өте ұқсас болып келеді Гистерезисті құбылыстар мен мартенсивті ауысулар тәнкристалды материалдарға ферроиктер деген ат беріген.Олар кұрамында домендер магниттілік шамасы максималды мәндері тән аумақтармен ерекшеленеді. 50. Наноматериалдарды функционализациялау қалай жүзеге асады. КНТ мен КНЖ отттек, фтор, озон, ауамен, құрамында оттек бар қышқылдармен және тұздармен әрекеттескенде көміртекті қабаттардың СО мен СО₂ түзе тотығуы мен ашылуынан басқа олардың беткі қабаттарында функционалды топтарды түзілуі де жүзеге асады. Құрамында оттегі бар функционалды топтар, хлоро-, фторо-, топтар тәрізді әртүрлі реагенттермен әрекеттесіп нанотүтікшелерге басқа да көптеген функционалды топтарды жалғастыра алады. Функционализация дәрежесі функцияланған көміртек атомдарының жалпы көміртек атомдар санына қатынасымен анықталады. Бұл үлес фторлау кезінде – 0,5, радикалдау кезінде – 0,2 және фторлы диаминге алмастыру кезінде 0,08-0,12 құрауы мүмкін. Функционализация ретсіз байланған КНТ мен өсінділерді бөлуге және оларды сулы немесе органикалық еріткіштерге өтуіне мүмкіндік береді. КНМ осы қасиеті, композиттер алу барысында маңызды рөл атқарады, себебі матрица мен толтырғыш арасындағы күштірек әрекеттесу нәтежиесінде материалдың механикалық қасиеттері артады. Функционализацияның екі түрі белгілі – функционалды топтардың нанотүтікшелердің ашық ұштарына немесе бүйір бетіне қосылуы. Ашық ұштарда бос байланыстардың болуының әсерінен оларға функционалды топтардың жалғануы жеңіл жүреді. Алайда, нанотүтікшелердің бүйір беттеріне көбірек топтар байланысады. КНМ жалғасу үдерістерін түзілген байланыс беріктілігіне байланысты екіге бөлуге болады: берік ковалентті байланыс түзетін және берік байланыс түзбейтін (гидрофобты әрекеттесу нәтежиесінде сутекті байланыс түзі арқылы). КНТ ковалентті байланысу химиялық және электрохимиялық реакциялар нәтежиесінде жүзеге асады. КНТ электрохимиялық ұяшықтың катод немесе анодты ретінде қолдана отырып, түтікше бетінде молекуланы тотықтыру немесе тотықсыздандыру арқылы түзілген радикалдың беткі қабатпен ковалентті байланысуын жүзеге асыруға болады. Химиялық ковалентті функционализацияның негізгі түрлеріне тотықтыру, фторлау және амидтеу реакцияларын жатқызуға болады. Құрамында оттек бар топтардың әртүрлі табиғаты болады (4.1 - сурет). Қышқылмен әрекеттесу барысында КНТ беттерінде негізінен –С(О)ОН, > С=O және ≡C-OH топтары түзіледі, олардың қатынасы 4:2:1 шамасына жақын болады да, жалпы концентрациясы 7 мол. %, немесе 1 г массаға дейін болуы мүмкін. Тотықтырудың бірдей шарттары кезінде түзілетін топтардың концентрациясы КНТ диаметрі, ұзындығы, бастапқы ақау дәрежесіне және үдеріс ұзақтығына тәуелді болады. Наноматериалдарды бірдей жағдайда а - қоспасымен өңдеу кезінде түзілген функционалды топтартдың тығыздығы таза – мен өңдеумен салыстырғанда көп болады. Қышқыл-негіздік титрлеу нәтежиесінде пиролитикалық әдіспен алынған КНТ қышқылдар қоспасымен 2сағ. өңдеу нәтежиесінде түзілген функционалдық топтардың концентрациясы 4 сағ. қайнатылған үлгімен салыстырғанда 15% көп болғаны анықталған Бұл топтардың ішінара иондануы нәтежиесінде КНМ беткі қабатында аздаған беттік теріс заряд туғызады, соның салдарынан түтікшелер өзара тебіліп, олардың тұрақты таралуы жүзеге асады. КНТ-ді терең функционализациялау түтікшелердің түсін өзгертуі мүмкін. Мысалы, БКНТ - , қоспасында ұзақ уақыт өңдесе, түссіз мөлдір ерітінді алынады. Алынған ерітіндіні буландырып, қышқыл қалдығынан жуып тазаласа, функционализацияланған бірқабатты көміртекті нанотүтікшелерден (ары қарай қысқартылып, БҚКНТ деп жазылатын болады.) тұратын ақ түсті тұнба алынады. жүктеу/скачать 2,92 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|