Коллоидные кластеры

Коллоидные кластеры образуются в растворах в результате химических реакций и могут иметь размеры от 1 до 100 нм. Они могут долго существовать в жидкой фазе, не осаждаясь и не коагулируя, благодаря слабым межкластерным взаимодействиям, зарядовому отталкиванию и пассивации поверхности. По отношению к жидкой фазе коллоидные кластеры могут быть разделены на две группы лиофильные (гидрофильные) и лиофобные (гидрофобные). [c.26]

Для предотвращения слипания поверхность коллоидных кластеров пассивируют лигандами или действием поверхностно активных веществ (ПАВ). В качестве лигандов обычно применяются тиолы, трифенилфос-фин и его производные, фенантролин. [c.26]

Коллоидные кластеры и наноструктуры [c.346]

К коллоидным наносистемам относится обширный круг объектов, размеры которых входят в диапазон 1 100 нм. К ним относятся коллоидные кластеры металлов, оксидов и халькогенидов металлов, мицеллы, микроэмульсии и т, д. Эти объекты представляют значительный интерес как с точки зрения фундаментальных исследований, так и в многочисленных применениях, в частности в области нанотехнологий. Само формирование таких систем было предметом длительных и успешных изучений (см., например, [1-4]). [c.346]

По отношению к жидкой среде коллоидные кластеры могут быть разделены на лиофильные (гидрофильные) и лиофобные (гидрофобные). Лиофильные коллоидные кластеры могут сорбировать молекулы из окружающей среды и образовывать прочные сольватные комплексы. Кластеры этого типа окружены жидкой оболочкой, которая частично сохраняется и при коагуляции отдельных кластеров, и при переходе золя в гелевую наносистему, например, для оксидов кремния, железа или других металлов. Лиофобные кластеры не адсорбируют на своей поверхности молекулы растворителя. Однако их поверхность можно модифицировать ионами [c.347]

Глава 11. Коллоидные кластеры и наноструктуры [c.348]

Самоорганизация и эволюция коллоидной наносистемы заложена в высокоразвитой поверхности и термодинамической неустойчивости коллоидных кластеров. Избыток свободной энергии, обусловленный наличием поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой, стимулирует протекание различных процессов, приводящих к уменьшению свободной энергии Гельмгольца. Без учета химического потенциала [c.352]

Как уже упоминалось, проведение химических реакций с участием прямых и обратных мицелл активно применяется для синтеза коллоидных кластеров с высокой величиной монодисперсности в диапазоне размеров [c.353]

Оптические и электронные свойства коллоидных кластеров [c.356]

На рис. 11.6 приведены экспериментальные и расчетные спектры плазмонного резонанса для коллоидных кластеров Ag, Аи и Си в матрице аргона (Г = 10 К) при концентрации менее 1 % для размеров кластеров 10 нм [13]. [c.359]

Для коллоидных кластеров полупроводников также наблюдаются заметные размерные эффекты — сдвиги частоты поглощения оптических [c.361]

На рис. 11.9 приведена зависимость коэффициента поглощения света коллоидными кластерами С(18 с размерами от 6,4 до 48 нм от длины волны. [c.363]

Электронная релаксация в коллоидных кластерах [c.363]

Замедление электронной релаксации в коллоидных кластерах металлов может быть следствием ослабления электрон-фононного взаимодействия по сравнению с массивными материалами [15]. [c.363]

Время электронной релаксации весьма чувствительно не только к размеру кластера, но и в значительной степени к влиянию химии поверхности и пассивации коллоидных кластеров [16]. [c.363]

Представляет интерес еще один размерный эффект электронной релаксации в коллоидных кластерах. Речь идет о модуляции поглощения зондирующего излучения [19] (рис. 11.11). [c.364]

Фуллерены, как и коллоидные кластеры, проявляют ярко выраженные свойства организации и самоорганизации. Это связано с возможностью их получения монодисперсного размера, сферической формы и возможностью варьирования различного рода взаимодействий для организации фуллеренов. Организация и самоорганизация возможна в жидкой и твердой фазах, при этом получаются структуры, обладающие трехмерной организацией. Двумерные структуры менее подвержены организации, зато одномерные организованные структуры на основе углерода — углеродные нанотрубки (УНТ) — хорошо известны и активно исследуются как уникальные объекты, обладающие, например, одномерной проводимостью, или как объекты наноматериалов и нанотехнологии. Данная глава включает два вида углеродных высокоорганизованных структур — трехмерных фуллеритов и одномерных — УНТ. [c.367]

Это уравнение дает понижение точки плавления кластера с уменьшением размера кластера по сравнению с массивным материалом, и, кроме того, разность поверхностного натяжения для твердого и жидкого состояния максимальна для изолированного состояния кластера. С учетом поверхностного стабилизирующего слоя, как в коллоидных кластерах, или межкластерных взаимодействий, как в твердотельных наноструктурах, эта разность может убывать до нуля, что приведет к близости и даже [c.428]

Проводящие материалы могут быть созданы и на основе двумерных организованных наноструктур. Если исходить из того факта, что исходным материалом для построения служат молекулярные или коллоидные кластеры то принципиально прослеживаются два пути для создания двух- [c.508]

Хотя методика подготовки поверхности Ли (111) несколько отличалась от случая организации коллоидных кластеров, все же следует сделать вывод о том, что более мелкие кластеры способны более успешно организовывать двумерные упорядоченные наноструктуры, чем крупные нанокластеры. [c.511]

Для коллоидного раствора (рис. 16.12 а) насыщение намагниченности не наблюдается даже в магнитном поле 2 Тл. Величина насыщения Мз = 80 эме/г может быть оценена только экстраполяцией в единицах 1/Я. Кривая намагниченности организованной наноструктуры (рис. 16.12 5) значительно отличается от коллоидного раствора. Форма кривой намагничивания также другая, своего насыщения намагниченность достигает уже при 1,5 Тл, в то время как остаточная намагниченность увеличивается от 20 эме/г для коллоида, до 35 эме/г для наноструктуры, что составляет изменение соотношения Мц/Мз от 0,2 до 0,45 по сравнению с изолированным коллоидным кластером соответственно. Данные по намагниченности для двумерной наноструктуры свидетельствуют о влиянии межкластерных взаимодействий и появлении коллективных эффектов, связанных с поворотом магнитных моментов кластеров при их перемагничивании. [c.539]

Одиннадцатая глава включает данные о коллоидных кластерах и наноструктурах, образованных на их основе. Коллоиды образуются в растворах в результате химических реакций и могут длительное время существовать без коагуляции за счет слабых межкластерных взаимодействий и взаимодействий кластера со средой. Коллоиды металлов известны давно, например, красный золь золота наблюдал в 1857 г. М. Фарадей. Коллоидные частицы могут представлять собой также нанообразования, как мицеллы и обратные мицеллы, которые в свою очередь служат для формирования твердых коллоидных наноструктур. Известны многочисленные золь-гель превращения, которые также приводят к наноструктурам. Приводятся оптические свойства для металлических коллоидов, трактуемые на основе плазменных колебаний и изменений диэлектрической постоянной. Для полупроводниковых коллоидов рассматриваются сдвиги частот и изменения ширины оптических линий в виде размерных эффектов. Среди электронных свойств коллоидов внимание обращено на эффекты одноэлектронного переноса в коллоидных нанокластерах. [c.13]

В фуппу изолированных и слабо взаимодействующих нанокластеров включены молекулярные кластеры, газовые беанигандные кластеры (кластеры щелочных металлов, алюминия и ртути, кластеры переходных металлов, углеродные кластеры и фуллерены, вандерваальсовы кластеры), коллоидные кластеры. [c.16]

Ближайшим аналогом кластерных кристаллов следует видимо считать молекулярные кристаллы, которые кристаллизуются за счет слабых вандерваальсовых и водородных связей. По этому же типу кристаллизуются многие глобулярные белки, которые в сущности также являются нанообразованиями с размерами от 3 нм (например всем нам известный гемоглобин) до 30 нм (например накопительный белок — ферритин). Среди кластеров наиболее хорошо кристаллизуются молекулярные кластеры, в частности включающие Рс1 и Мо. Газовые кластеры, кроме углеродных, кристаллизовать затруднительно. То же относится к коллоидным кластерам, однако здесь ситуация гораздо лучше, если пассивировать поверхность коллоидного кластера лигандами, например тиолами. Таким путем удалось получить кластерные кристаллы ряда сульфидов. На рис. 1.16 [11] приведены электронные фотографии структуры кластерных кристаллов Ag2S, полученных из пассивированных кластеров с размерами 3,0, 4,0 и 5,8 нм. [c.32]

Наибольшее отклонение от линейной зависимости наблюдается для Рс15б . С учетом поправки на лигандную зависимость (С Т ) для молекулярных кластеров при сверхнизких температурах была получена зависимость С . Теплоемкость кластера может быть рассчитана в рамках квантоворазмерной теории с параметром 5 5 — среднее расстояние между энергетическими уровнями, 6 = Ер/Н, где N — число электронов в кластере). Расчеты величин д/кв, проведенные для кластеров Р(156 ,Р<1 415 и Ра2 057, а тзкже для коллоидного кластера палладия с размером 15 нм, дали значения 12, 4,5, 3,0 и 0,06 К соответственно. Таким образом, необычная зависимость С в области Г < 1 К свидетельствует о влиянии квантоворазмерных эффектов. Отметим, что зависимость С характерна и для аморфных тел и связывается с туннельными эффектами [14]. [c.230]

Подобные золи могут длительное время сушествовать в жидкой фазе не осаждаясь и не коагулируя благодаря участию в броуновском движении молекул раствора и слабым межкластерным взаимодействиям, зарядовому отталкиванию и пассивации поверхности. Размер образующихся коллоидных кластеров определяется условиями реакции, природой растворителя и стабилизатора, временем и температурой реакции и в значительной степени пересыщением растворов. Процесс образования кластеров связан с нуклеацией (гомогенной или гетерогенной) из раствора. В этой связи увеличение размеров кластера и предотвращение их коагуляции связано с пассивацией их поверхности. В качестве пассиваторов могут выступать тиолы, трифенилфосфин и его производные, фенантролин и т.д., а также различного рода поверхностно активные вещества (ПАВ). Так, полученные кластеры золота в реакциях (11.1)-(11.3), пассивированные алкантиолами, состоят из металлического кластера, покрытого монослоем тиолов, который создает плотную замкнутую оболочку Этот монослой самоорганизуется и влияет на размер металлического кластера путем изменения длины алкильной цепи в алкантиоле и соотношения тиола и металла. Образующиеся коллоидные кластеры золота представляют собой монокристаллы, обладающие гранецентрированной кубической решеткой и имеющие форму октаэдра или икосаэдра [5]. [c.347]

Слабые межкластерные взаимодействия в коллоидных системах позволяют исследовать индивидуальные свойства нанокластеров подобно кластерам в газовой фазе, однако с тем существенным различием, что для коллоидного кластера обязательна пассивирующая оболочка, которая может изменить его свойства. В этом пункте будут преимущественно рассмотрены кластеры изолированных и слабовзаимодейетвующих металлов и халькогенидов металлов, проявляющие металлические или полупроводниковые свойства. Переход от отдельных атомов к массивным телам может быть рассмотрен на языке молекулярных орбиталей и изменения плотности состояний. На рис. 11.5 приведена схема изменения энергетических уровней электронов для атома, кластера и массивного твердого тела (а) и изменение плотности электронных состояний при увеличении энергии электрона б) для массивной трехмерной, двумерной, одномерной структуры и так называемых в физике квантовых точек, которые на самом деле представляют собой трехмерные кластеры с размерами несколько нанометров. [c.356]

Плазмонная частота обычно составляет 10 с . Оптические свойства коллоидных кластеров хорошо описываются в рамках теории Ми (см. для сравнения гл. 7), которая рассматривает оптические свойства сферических металлических частиц в диэлектрической матрице. В рамках теории Ми, также возникает оптический резонанс, связанный с коллективным возбуждением плазмы электронов. Линия поглощения в области резонанса обладает Лорентцевой формой и характеризуется положением пика резонанса кшо и шириной Г. [c.358]

Другой причиной изменения времени релаксации в коллоидных кластерах является рассеяние электронов на поверхности кластеров. Релаксация электронов для кластера Аи55 с размером 2 нм идет значительно быстрее, чем в более крупных кластерах (14 40 нм) (рис. 11.10) [17]. [c.363]

Образование тонких пленок путем осаждения нанокластеров из растворов или, особенно, из коллоидных растворов позволяет формировать наноструктурированные пленки, например, из кластеров AgS. При однослойном покрытии формируется организованная пленка, имеющая гексагональную структуру из коллоидных кластеров с размерами 3-5 нм. Условиями получения организованной нанокластерной пленки является монодисперсность кластеров и их слабое (вандерваальсово) взаимодействие с подложкой и между собой. Процесс организации такой пленки можно уподобить свободному падению одинаковых шаров, например апельсинов, имеющих шероховатую поверхность, что обеспечивает некоторое слабое взаимодействие с подложкой и между ними при организации покрытия поверхности подложки. [c.436]

Взаимодействие биополимеров и клеток с нанокластерами золей металлов носит специфический характер и может отличаться для разных металлов. Бактериальному концентрированию металлов предшествует их адсорбция на поверхности клетки с последующей их ассимиляцией. При этом может происходить укрупнение кластеров золя без адсорбции на поверхности клетки (флокуляция) или адсорбция с последующим осаждением металл-бактериальных агрегатов (гетерокоагуляция). Подобно наносистемам на основе полимеров, наиболее устойчив золь с размерами около 10 нм. Важнейшим свойством коллоидно-бактериальной наносистемы по сравнению с полимерами является наличие специфических взаимодействий. Так, живые клетки, например Ba illus subtilis, способны к адсорбции коллоидных кластеров и образованию агрегатов, в то время как для неактивных клеток адсорбция почти не происходит [18]. [c.467]

Рис. 15.16. а) изображение, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) для наноструктуры из кластеров золота с размерами около 13 нм на поверхности Аи (111), модифицированной 2-аминэтантиолом б) схема взаимодействия коллоидного кластера, его лигандной оболочки с направленными химическими связями и модифицированной подложки [24] [c.510]

Подобная структура может формироваться, если поверхность, например, кварца, кремния или слюды первоначально модифицируется слоем молекул, которые могут образовывать связи с молекулярными или коллоидными кластерами. Так, 2-аминэтантиол взаимодействует с поверхностью золота. Аминогруппы затем участвуют в хемосорбции коллоидных кластеров (рис. 15.16 5). Такой способ позволяет получать достаточно хорощо зафиксированные кластерные структуры, однако их упорядоченность не слишком велика. [c.510]

Наноструктуры были получены из коллоидных кластеров кобальта с размерами 5,8 нм, синтезированных с помощью метода обратных мицелл. Двумерная гексагональная структура была получена на графитовой подложке. Ранее уже был отмечен сдвиг суперпарамагнитной температуры блокования (Гв = 63 К) гексагональной структуры по сравнению с коллоидным раствором (Тв = 85 К). Увеличение температуры блокования для коллоидной структуры связано с увеличением энергетического барьера КУ за счет межкластерного взаимодействия в нанокристаллах. Измерение намагниченности насыщения у нанокристаллической системы показало уменьщение величины Мз = 80 эме/г, что значительно меньше намагниченности массивных образцов Со, составляющей Мз = 162 эме/г. Уменьшение Мз связывается с действием стабилизирующей коллоидные кластеры лигандной оболочки, включающей такие электронные доноры, как пиридин. Такие лиганды фактически убивают вклад в магнитный момент от атомов металла на поверхности кластера и чем меньше кластер, тем больше вклад химически связанных атомов металла, которые не дают магнитного отклика на приложенное внешнее магнитное поле. Таким образом, уменьшение размера кластера, как отмечалось ранее в пунктах о безлигандных газовых кластерах, приводит к возрастанию магнитного момента на атом и, следовательно, к возрастанию намагниченности насыщения, в то время как для молекулярных или коллоидных кластеров, стабилизированных лигандами, эта зависимость будет обратной. На рис. 16.12 представлены кривые намагниченности для коллоидной наноструктуры и коллоидного раствора кобальта. [c.539]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология