Главная >> Учебник по физике. 10 класс. Базовый уровень. Пурышева

 

Глава 7. Свойства твёрдых тел и жидкостей

 

Наноматериалы и нанотехнология

Наноструктуры

1. Проникновение в глубь вещества открывает всё новые и новые его свойства. Так, в конце XX в. были открыты уникальные свойства объектов, состоящих из небольшого (по сравнению с макроскопическими телами) числа атомов. Их называют наноструктурами. К наноструктурам относят объекты, которые хотя бы в одном направлении имеют размеры от 1 до 100 нанометров (нм). Вспомните, что

    1 нм = 10-9 м.

Существуют точечные наноструктуры, называемые кластерами (рис. 124). Их размеры по всем трём направлениям не превышают 100 нм. Кластеры содержат от десятков до десятков тысяч атомов или молекул. От числа атомов, содержащихся в кластере, зависят его физические и химические свойства. Так, при небольшом числе атомов кластер имеет свойства диэлектрика, а при увеличении числа атомов может приобрести свойства проводника.

    кластеры

Существуют линейные одномерные наноструктуры. Это такие наноструктуры, размеры которых меньше 100 нм в двух направлениях, а в третьем их размеры много больше, например сантиметры. Один из наиболее известных и перспективных для использования нанообъектов — углеродные нанотрубки (рис. 125). Они представляют собой свёрнутый в трубку слой графита толщиной в один атом углерода. Электрические и механические свойства нанотрубок определяют путём их использования для создания новых материалов, в медицине, экологии, наноэлектронике.

    углеродные нанотрубки

Есть нанообъекты, которые обладают двумерной структурой. Их размеры меньше 100 нм только в одном направлении. Примером двумерной наноструктуры может служить графен (рис. 126) — наноструктура, полученная совсем недавно.

    графен

Наноматериалы

2. Макроскопические объекты, если элементами их структуры являются наноструктуры, наноразмерные элементы, называют наноматериалами. В настоящее время уже создано большое число различных наноматериалов, обладающих свойствами, отличными от свойств обычных материалов. Рассмотрим некоторые примеры.

Нанокристаллические материалы включают в свой состав кластеры, размер которых порядка 10 нм. При этом, чем меньше размер кластера, тем ярче выражены специфические свойства материала, например, температура плавления, удельное сопротивление, твёрдость, прочность. Увеличение прочности нанокристаллов связано с тем, что при малых размерах кластеров уменьшается плотность существующих дефектов структуры и вероятность образования новых. Существенно, что в отличие от обычных кристаллов увеличение прочности нанокристалла сопровождается повышением его пластичности.

Продолжение >>>