ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Классификация наноматериалов по размерам частиц из "Криохимическая нанотехнология" Отличие свойств малых частиц от свойств массивного материала известно уже достаточно давно (несколько десятилетий) и используется в различных областях науки и техники. В качестве примеров могут служить широко применяемые аэрозоли, различные композиционные материалы, наполнители полимерных композиций, катализаторы, лекарственные препараты, магнитные носители и др. [c.9] С уменьщением размеров кристаллитов ниже некоторого порогового значения может приводить к значительному изменению физико-химических и механических свойств. Такие эффекты появляются, когда средний размер кристаллических зерен не превышает 100 нм они наиболее отчетливо наблюдаются, когда размер зерен менее 10 нм. Кристаллические материалы со средним размером зерен 1—100 нм называют обычно наноматериалами. [c.9] К наноматериалам относят порошки твердых тел, состоящие из частиц размером меньше 100 нм стеклообразные и кристаллические материалы, в объеме которых распределены элементы структуры с наноразмерами наноразмерные образования на поверхности различных материалов пленки и волокна с наноразмерной толщиной. [c.9] Поликристаллические материалы со средним размером зерен 100—1000 нм обычно называкпультрадисперсными материалами или продуктами (УДП), дисперсные системы со средним размером зерен 10 -10 нм — тонкодисперсными материалами или тонкими порошками. [c.10] В зависимости от размерных ограничений выделяют три типа функций распределения частиц по размерам (рис. 1.1). [c.10] Полидисперсные структуры, содержащие отдельные частицы размером более 100 нм, как правило, имеют сплошной спектр функции распределения ф(й ) частиц по размеру d (вид 3 на рис. 1.1). Функция ф(й ) или дифференциальная кривая распределения частиц по размерам характеризует содержание (в долях или процентах) фракции частиц с размером она имеет один явно выраженный экстремум. [c.10] В уравнениях (1.1) и (1.2) ф( /,) — объемная доля частиц, размер которых больше d[, — средний размер частиц, соответствующий определенному значению (p(d) Ь — постоянный показатель, характеризующий степень разнородности системы (определяется опытным путем). [c.10] Структуры, содержаище отдельные частицы размером в интервале 10—100 нм, имеют ступенчатый спектр функции распределения ф(i/) с острыми пиками (так называемый бифуркационный спектр) (вид 2 на рис. 1.1). [c.10] Как известно, фонон — это квазичастица, сопоставимая волной смещений атомов (ионов) и молекул кристалла из положения равновесия. Энергия фотона Е = к(л12%, где к — постоянная Планка (квант действия) со - частота колебаний атомов. [c.11] Колебательная энергия кристалла приближенно равна сумме энЪр-гий фононов. В энергию фононов не принято включать энергию нулевых колебаний кристаллической решетки (при температуре абсолютного нуля). Число тепловых фононов тем больше, чем выше температура кристалла Т. [c.11] Формула (1.3) совпадает с энергетическим распределением частиц газа, подчиняющемся статистике Бозе—Эйнштейна, когда химический потенциал газа ц = 0. [c.11] Следует отметить, что строгих границ между указанными фуппами дисперсных систем не существует. Они выбраны достаточно условно и в основном служат для ориентирования в выборе тех или иных физических, физико-химических и химических приемов воздействия на исходное сырье для получения объектов в нанометровом диапазоне размеров (единицы, десятки и сотни нанометров). [c.11] На нижнем предельном размере наночастиц, когда 1 нм, их структура близка (но не тождественна) к структуре с ближнем порядком, характерным дата жидких и аморфных тел. [c.12] Со структурной точки зрения минимальный размер частицы, которая по рентгеновским и электронографическим данным проявляет кристаллические свойства, составляет 3—5 нм по другим физическим методам - 1-10 нм [6]. Эволюцию перехода от аморфного состояния к кристаллиту можно проследить на модельном представлении роста малоатомных кластеров, приводящего к образованию частиц различной симметрии (рис. 1.2) [1]. [c.12] Кластеры — многоядерные комплексные соединения, в основе молекулярной структуры которых лежит обьемный скелет (ячейка) из атомов металла (обычно переходного), непосредственно связанных между собой. Наличие такой связи приводит к отклонению состава вещества от стехиометрии, что является отличительной чертой кластерных соединений. [c.12] Ячейка кластера ифает роль центрального атома как правило, она имеет форму правильного полиэдра. С юзрастанием ядерности кластера, т.е. числа атомов в ячейке, увеличиваются размеры его внутренней центральной полости. По мере увеличения числа атомов в кластере изменяется его структура с последовательной сменой координационных полиэдров гантель треугольник тетраэдр (тригональная бипирамида) октаэдр кубооктаэдр - додекаэдр икосаэдр (см. рис. 1.2). Уже 7-атомные кластеры образуют внутреннюю центральную полость с тетраэдрами на ее гранях. Путем присоединения последующих атомов таким образом, чтобы образовывались тетраэдры на гранях кластера, можно получать различные кластерные структуры. Кластеры, содержащие 13,309,561 и т. д. атомов, будут представлять различные формы икосаэдров с гранецентрированной кубической ЩК) или гексагональной плотноупакованной ГПУ) кристаллическими решетками (рис.1.3) Смена структур по мере накопления атомов в кластере происходит не скачком, а в определенном интервале составов поэтому возможно появление изомеров . В результате образуются системы с дальнодействующими и центральными силами межатомного взаимодействия, и можно ожидать, что наиболее стабильными будут плотные структуры, в которых все межатомные расстояния приблизительно равны [1,6]. [c.13] Имеются кластеры, в ячейки которых входят отдельные атомы неметаллов (чаще всего С, В, 81, N. Р). [c.13] На верхней границе свойства наночастицы материала соответствуют свойствам массивного по размерам тела. [c.13] Вернуться к основной статье