Анищик В.М., Борисенко В.Е., Жданок С.А., Толочко Н.К., Федосюк В.М. Наноматериалы и Нанотехнологии

Подождите немного. Документ загружается.

360

где k

и α – константа и параметр процесса зародышеобразования. Зародыше-

образование в этом случае происходит в результате флуктуаций концентра-

ции раствора. Растворы с начальным пересыщением С находятся в устойчи-

вом состоянии, если С < С

, где С

– критическое пересыщение, при

превышении которого происходит лавинообразное зародышеобразование

( С

= С

сr

- С

, где С

сr

– критическая концентрация: С

< С

сr

С подачей ультразвука в растворе в результате кавитации возникают об-

ласти гидродинамических возмущений, в которых концентрация возрастает

до значения С*

> С

сr

и, соответственно, пересыщение увеличивается до зна-

чения С* > С

( С* = С*

– С

сr

). При этом каждый захлопывающийся пу-

зырек представляет собой источник, генерирующий некоторое количество

центров кристаллизации n, которое можно рассматривать как меру кристал-

лизационной активности пузырьков. Значение n может быть определено с

помощью следующего уравнения, аналогичного по форме уравнению (9.4):

n = k*

( С*)

α*

, (9.5)

где k

и α* - константа и параметр процесса зародышеобразования, иниции-

руемого одиночными пузырьками при их захлопывании.

Интенсивность кавитационного зародышеобразования пропорциональна

количеству пузырьков, захлопывающихся в единице объема в единицу вре-

мени, и их кристаллизационной активности:

= J

γ k*

( С*)

α*

, (9.6)

где J

– интенсивность кавитации (количество пузырьков, возникающих в

единице объема в единицу времени), γ – доля захлопывающихся пузырьков.

Чем больше С, тем легче достигнуть С

за счет кавитации, т.е. тем

выше кристаллизационная активность пузырьков: каждый из них при захло-

пывании генерирует большее число центров кристаллизации n. Как следст-

вие, возрастает суммарное число центров кристаллизации, генерируемых

всеми захлопывающимися пузырьками, N = J*

Vt, где V – обрабатываемый

объем раствора, t - время обработки. Это ведет к более значительному сня-

тию пересыщения, в результате чего средний размер частиц в образующемся

кристаллическом продукте уменьшается. С другой стороны, чем больше С,

т.е. чем больше количество избыточно растворенного вещества, тем выше

361

вероятность получения максимально возможного выхода кристаллического

продукта.

Следует отметить, что при недостаточном времени обработки раствора

извлечение из него избыточно растворенного вещества оказывается непол-

ным. Как следствие, в растворе после окончания обработки остается значи-

тельное пересыщение, т.е. создаются условия для дополнительного роста об-

разовавшихся кристаллов. Во избежание этого кристаллы следует извлекать

из раствора. Тем самым будет обеспечена высокая дисперсность кристалли-

ческого продукта. Однако при этом выход кристаллического продукта ока-

жется сравнительно низким.

9.2. Наноэмульсии

Наноэмульсии (так же как и обычные эмульсии) в своем большинстве явля-

ются весьма неустойчивыми, поэтому для их стабилизации применяют спе-

циальные вещества – эмульгаторы, к которым относятся неорганические

электролиты, высокомолекулярные и поверхностно-активные вещества.

Наноэмульсии играют большую роль в жизнедеятельности организма

человека. Так, в состав крови входит эмульсия, дисперсной фазой которой

являются эритроциты, а роль эмульгатора играют белки. Жиры, являясь не-

обходимым компонентом продуктов питания, нерастворимы в воде и усваи-

ваются в организме только в эмульгированном состоянии. Синтетические на-

ноэмульсии находят применение в фармацевтической, химической, пищевой

промышленности.

Наноэмульсии могут быть получены двумя различными путями: конден-

сационным – формированием капелек требуемого размера из центров кап-

леообразования, и диспергационным – дроблением сравнительно крупных

капелек до наноразмерных [9, 10].

Среди конденсационных методов, позволяющих получать наноэмульсии

с размерами капелек менее 1 мкм, наиболее эффективен метод конденсации

из паров, когда пар одной жидкости (дисперсная фаза) инжектируется в объ-

ем другой жидкости (дисперсионная среда). Особенно перспективным явля-

ется вариант этого метода, основанный на использовании наноаэрозолей.

При этом в пересыщенный пар вводят наночастицы размерами около 10 нм,

которые играют роль центров каплеообразования. В результате образуется

362

нанодисперсный туман, при пропускании которого через дисперсионную

среду получают наноэмульсию.

Среди диспергационных методов заслуживает внимания электрический

метод диспергирования, в котором капли жидкости дробятся до размеров 1

мкм и менее в электрическом поле высокого напряжения.

9.3. Наноаэрозоли

Минимальный размер наночастиц или нанокапель, образующих дисперсную

фазу наноаэрозолей, определяется возможностью существования вещества в

соответствующем агрегатном состоянии. Для образования дисперсной фазы

необходимы агрегаты, состоящие, по крайней мере, из 20-30 молекул. Наноа-

эрозоли с твердой дисперсной фазой называются дымами (размер наночастиц

до 10 нм и менее), а с жидкой – туманами (размер нанокапель до 100 нм и

менее) [9, 10].

Аэрозольные наночастицы благодаря малым размерам обладают сильно

развитой поверхностью, на которой могут активно протекать адсорбция, го-

рение и другие химические реакции. Многие вещества в виде наноаэрозолей

могут легко самовоспламеняться.

Наноаэрозоли широко распространены в атмосфере. Главным природ-

ным источником атмосферных наночастиц является минеральная пыль, вы-

дуваемая ветром из почв, и частицы морской соли, образующиеся в океане.

Самыми крупными поставщиками наночастиц на большие высоты в атмо-

сфере служат вулканы, выбрасывающие в атмосферу вулканическую пыль.

Интересно отметить, что вспышки формирования наночастиц совпадают со

временем высокой солнечной активности. Кроме того, значительная часть

наноаэрозолеобразуется в атмосфере искусственным путем – в основном за

счет выбросов промышленных предприятий и транспорта. Аэрозольное за-

грязнение атмосферы отрицательным образом сказывается на экологической

обстановке, которая усугубляется вследствие высокой седиментационной ус-

тойчивости наноаэрозолей: наночастицы могут длительное время находиться

в воздухе во взвешенном состоянии и перемещаться воздушными потоками

на большие расстояния. Например, время оседания водного тумана с разме-

рами капель ≈500 нм в помещении высотой 3 м составляет несколько суток.

Вместе с тем, наноаэрозоли могут иметь и полезные практические при-

менения. В частности, весьма эффективным представляется использование

363

наноаэрозолей в качестве средства защиты от биологического оружия. Опы-

ты показывают [11], что термостойкие споры Bacillus Globigii (имитатор воз-

будителя сибирской язвы) уничтожаются в воздухе при комнатной темпера-

туре распыленными наночастицами из оксида магния и ему подобных реак-

ционноспособных компонентов. Аналогичные результаты получены для бак-

терий кишечной палочки E. coli и некоторых других видов бактерий.

364

ЛИТЕРАТУРА

К Главе 1

1. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. Пер. с японск. М: БИНОМ.

Лаборатория знаний, 2005. 134 с.

2. Борисенко В.Е. Наноэлектроника: Учеб. пособие для студентов. В З ч. Ч.1:

Основы наноэлектроники. Мн.: БГУИР, 2001. 48 с.

3. Борисенко В.Е., Воробьева А.И., Уткина Е.А. Наноэлектроника: Учеб.

пособие для студентов. В З ч. Ч. 3. Перенос носителей заряда в

низкоразмерных структурах. Мн.: БГУИР, 2004. 88 с.

4. Нанотехнологии в электронике. Под ред. Чаплыгина Ю.А. М.: Техносфера,

2005. 448 с.

5. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М.: Машиностроение, 2003. 112

с.

6. Зоркий П.М., Лубнина И.Е.. Супрамолекулярная химия: возникновение,

развитие, перспективы / Вестник Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 1999. Т. 40. №5. С.

300-307.

7. Чиркин А.А. Введение в биотехнологию. Витебск: УО ВГУ, 2004. 143 с.

К Главе 2

1. Суворов А.П. Микроскопия в науке и технике. М.: Наука, 1981. 137 с.

2. Пул – мл. Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. Пер. с англ. М.: Техносфера, 2006.

336 с.

3. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.:

Физматлит, 2005. 416 с.

4. Нанотехнологии в электронике. Под ред. Чаплыгина Ю.А. М.: Техносфера,

2005. 448 с.

5. Суздалев И.П. Нанотехнологии: физико-химия нанокластеров,

наноструктур и наноматериалов. М.:КомКнига, 2006. 592 с.

6. Пул – мл. Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. Пер. с англ. М.: Техносфера, 2006.

336 с.

7. Сканирующая зондовая микроскопия, спектроскопия и литография. Учеб.

пособие // НИИФП, ЗАО “НТ-МДТ”, Москва // http: // www.ntmdt.com.

365

8. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М.: Машиностроение, 2003. 112

с.

9. Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника: Учеб. пособие для

студентов. В З ч. Ч. 2. Нанотехнология. Минск: БГУИР, 2003. 76 с.

10. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. Пер. с японск. М: БИНОМ.

Лаборатория знаний, 2005. 134 с.

11. Толочко Н.К. Физические методы исследования материалов. Учеб.

пособие. Витебск: ВГТУ, 1998. 138 с.

К Главе 3

1. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. Пер. с японск. М: БИНОМ.

Лаборатория знаний, 2005. 134 с.

2. Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника: Учеб. пособие для

студентов. В З ч. Ч. 2. Нанотехнология. Минск: БГУИР, 2003. 76 с.

3. Optical Tweezers: An Introduction / http://www.stanford.edu

4. Optical Tweezers / http://en.wikipedia.org

К Главе 4

1. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.:

Физматлит, 2005. 416 с.

2. Шпак А.П., Куницкий Ю.А., Карбовский В.Л.. Кластерные и

наноструктурные материалы. Том 1. Киев: издательский дом

“Академпериодика”, 2001. 588 с.

3. Saranin A.A., Zotov A.V., Kotlyar V.G. et al. // Applied Surface Science. 2005.

V.243. P.199-203.

4. Kotlyar V.G., Zotov A.V., Saranin A.A. et al. // Physical Review B. 2002.

V.66. P.1-4.

5. Струк А.В., Кравченко В.И. Нанокомпозиционные полимерные материалы

и технологии. В кн.: Новые ресурсосберегающие технологии и

композиционные материалы // Ловшенко Ф.Г., Пантелеенко Ф.И., Рогачев

А.В. и др. М.: Энергатомиздат; Гомель: БелГУТ, 2004. 519 с.

6. Наноструктурные материалы: учеб. пособие для втуд. Высш. учеб.

заведений // Р.А. Андриевский, А.В. Рагуля. М.: Издательский центр

“Академия”, 2005. 192 с.

366

7. Толочко Н.К. Механизмы зародышеобразования в растворах // ХI Нац.

конф. по росту кристаллов. Тез. докл., Москва, 13-17 декабря 2004 г. С. 51.

8. Толочко Н.К. Механизмы зародышеобразования в пересыщенных

растворах // Вестник ВГУ, 2006, №4(38), с.125-128.

9. Cовременная кристаллография (в четырех томах). Том 3. Образование

кристаллов. Чернов А.А., Гиваргизов Е.И.. Багдасаров Х.С. и др. М.: Наука,

1980. 407 с.

10. Шевченко В.Я. Структура наночастиц // 2-й научно-технический

семинар “Наноструктурные материалы – 2002: Беларусь - Россия”, 24-25

окт. 2002. Тезисы докладов. М.: ИМЕТ РАН, 2002. С. 7-9.

11. Богатиков О.А. Неорганические наночастицы в природе // Вестник

Российской Академии наук, 2003, т.73, №5, с. 426

12. Скрипов В.П., Коверда В.П. Спонтанная кристаллизация жидкостей. М.:

Наука, 1984. 323 с.

13. Гальперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники кристаллизации расплавов.

М.: Химия, 1975. 352 с.

14. Нарисава И. Прочность полимерных материалов. М.: Химия, 1987. 400 с.

К Главе 5

1. Шпак А.П., Куницкий Ю.А., Карбовский В.Л.. Кластерные и

наноструктурные материалы. Том 1. Киев: издательский дом

“Академпериодика”, 2001. 588 с.

2. Ю.И. Головин. Введение в нанотехнологию. М.: Машиностроение, 2003.

112 с.

3. Фуллерены: Учебное пособие / Л.Н. Сидоров, М.А. Юровская и др. М.:

Издательство “Экзамен”, 2005. 688 с.

4. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.:

Физматлит, 2005. 416 с.

5. M. Prato. Fullerene chemistry for materials science applications // J. Mater.

Chem., 1997, 7 (7), 1097-1109

6. П. Харрис. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые

материалы XXI века. Пер. с англ. под ред. Л.А. Чернозатонского. М.:

Техносфера, 2003. 336 c.

7. Суздалев И.П. Нанотехнологии: физико-химия нанокластеров,

наноструктур и наноматериалов. М.:КомКнига, 2006. 592 с.

367

8. Пул – мл. Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. Пер. с англ. М.: Техносфера,

2006. 336 с.

9. А.В. Елецкий. Углеродные нанотрубки. УФН, 1997, Том 167, № 9. С. 945-

972

10. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. Пер. с японск. М: БИНОМ.

Лаборатория знаний, 2005. 134 с.

11. Попов В.А., Бишутская Е., Кулиш А.С., Лозовик Ю.Е. Нанотермометр,

нанореле и наномотор, основанные на взаимодействии слоев нанотрубок. В

кн.: Углеродные наночастицы в конденсированных средах. Сб. научн. тр.

Минск: ИТМО НАНБ, 2006. С. 34-41.

12. Нанотехнологии в ближайшем десятилетии. Прогноз направления

исследований / Под. ред. М.М. Роко, Р.С. Уильямса и П. Аливасатоса. Пер. с

англ. М.: Мир, 2002. 292 с.

13. Handbook of Nanotechnology. Bharat Bhushan (Ed.). 2

edition. Springer

Science+Business Media, Inc. Le-TeX GbR, Leipzig, 2007. 1916 pp.

К Главе 6

1. Кригер Ю.Г., Игуменов И.К. Перспективы молекулярной нанотехнологии.

В кн.: Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам. Сб.

статей под ред П.П. Мальцева. М.: Техносфера, 2005. С. 59-62.

2. Пул – мл. Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. Пер. с англ. М.: Техносфера,

2006. 336 с.

3. Зоркий П.М., Лубнина И.Е.. Супрамолекулярная химия: возникновение,

развитие, перспективы / Встн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 1999. Т. 40. №5. С.

300-307.

4. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия. Концепции и перспективы / Пер. с

англ. Под ред. В.В. Власова, А.А. Варнека. Новосибирск, Наука, 1988. 334 с.

5. Цивадзе А.В. Супрамолекулярные металлокомплексные системы на основе

краунзамещенных тетрапирролов / Успехи химии, 2004, т. 73, № 1. С. 6-25.

6. Астахова А.В., Демина Н.Б. Современные технологии лекарственных

форм: получение, исследование и применение комплексов включения

лекарственных веществ с циклодекстрином (обзор) // Хим.-фарм. ж.. 2004. Т.

38, №2. С. 46-49.

7. Нанотехнологии в ближайшем десятилетии. Прогноз направления

исследований / Под. ред. М.М. Роко, Р.С. Уильямса и П. Аливасатоса. Пер. с

англ. М.: Мир, 2002. 292 с.

368

8. Современная кристаллография (в четырех томах). Том. 2. Структура

кристаллов. Вайнштейн Б.К., Фридкин В.М., индебом В.Л. М.: Наука, 1979.

360 с.

9. Карякин А.А. Биосенсоры и биомолекулярная злектроника. В кн.: Нано- и

микросистемная техника. От исследований к разработкам. Сб. статей под ред

П.П. Мальцева. М.: Техносфера, 2005. С. 471-477.

10. П. Харрис. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые

материалы XXI века. Пер. с англ. под ред. Л.А. Чернозатонского. М.:

Техносфера, 2003. 336 c.

11. Наноструктурные материалы: учеб. пособие для студ. высш. учеб.

заведений / Р.А. Андриевский, А.В. Рагуля. М.: Издательский центр

“Академия”, 2005. 192 с.

12. Каплун А.П., Ле Банг Шон, Краснопольский Ю.М., Швец В.И. Липосомы

и другие наночастицы как средство доставки лекарственных веществ //

Вопросы медицинской химии, 1999, №1 // http://www.medi.ru.

К Главе 7

1. Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. М.:

Физматлит, 2001. 224 с.

2. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. Учебное руководство. М.:

Наука, 1978. 792 с.

3. Современная кристаллография (в четырех томах). Том 4. Физические

свойства кристаллов / Л.А. Шувалов, А.А. Урусовская, И.С. Желудев и др.

М.: Наука, 1981. 496 с.

4. Шпак А.П., Куницкий Ю.А., Карбовский В.Л.. Кластерные и

наноструктурные материалы. Том 1. Киев: издательский дом

“Академпериодика”, 2001. 588 с.

5. Наноструктурные материалы. Учеб. пособие / Андриевский Р.А., Рагуля

А.В. М.: Изд. центр “Академия”, 2005. 192 с.

6. Материаловедение. Учебник для высших учебных заведений. Арзамасов

Б.Н., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф. и др. Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.:

Машиностроение, 1986. 384 с.

7. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф.,

Третьяков А.В. и др. М.: Металлургия, 1987. 800 с.

8. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.:

Металлургия, 1981. 432 с.

369

9. Суздалев И.П. Нанотехнологии: физико-химия нанокластеров,

наноструктур и наноматериалов. М.:КомКнига, 2006. 592 с.

10. Фуллерены: Учебное пособие / Л.Н. Сидоров, М.А. Юровская и др. М.:

Издательство “Экзамен”, 2005. 688 с.

11. Жувикин Г. Лабиринты фотонных кристаллов // Компьютера, 2001, №30

// htth: // www. computerra.ru

12. Гаджиев Г.М., Голубев В.Г., Д.А., Курдюков А.Б. и др. Характеризация

фотонных кристаллов на основе композитов опал-полупроводник по спектрам

брэгговского отражения света // ФТП, 2005, т. 39, вып. 12. С. 1423-1429.

13. Витязь П.А., Шелехина В.М., Прохоров О.А.. Гапоненко Н.В. Получение

псевдокристаллических материалов на основе кремнезема // Весцi НАНБ,

сер. фiз.-тех. н., 2002, №1. С. 16-20.

14. Нанотехнологии в электронике. Под ред. Чаплыгина Ю.А. М.:

Техносфера, 2005. 448 с.

15. Материаловедение и конструкционные материалы. Учебное пособие.

Пинчук Л.С., Струк В.А., Мышкин Н.К., Свириденок А.И. Под ред. Белого

В.А. Мн.: Вышэйшая школа, 1989. 461 с.

16. Строение и свойства авиационных материалов: Учебник для вузов. Белов

А.Ф., Бенедиктова Г.П., Висков А.С. и др. Под ред. Белова А.Ф., Николаенко

В.В. М.: Металлургия, 1989. 368 с.

17. Физическое металловедение. В 3-х т. Под ред. Кана Р.У., Хаазена П.Т.

Т.2: Фазовые превращения а металлах и сплавах с особыми физическими

свойствами. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1987. 624 с.

18. Новые ресурсосберегающие технологии и композиционные материалы /

Ловшенко Ф.Г., Пантелеенко Ф.И., Рогачев А.Р. и др. М.: Энергоатомиздат;

Гомель: БелГУТ, 2004. 519 с.

19. Пул – мл. Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. Пер. с англ. М.: Техносфера,

2006. 336 с.

20. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые

материалы XXI века. Пер. с англ. под ред. Л.А. Чернозатонского. М.:

Техносфера, 2003. 336 c.

21. Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника: Учеб. пособие для

студентов. В З ч. Ч. 2. Нанотехнология. Минск: БГУИР, 2003. 76 с.

22. Ежовский Ю.К. Поверхностные наноструктуры – перспективы синтеза и

использования // СОЖ, 2000, N

1, с. 56–63.

23. Зимон А.Д. Коллоидная химия: учебник для вузов. М.: Агар, 2003. 320 с.