Нанотехнологияның негізгі жетістіктері,наноматериалдарды дамытудың проблемалары мен перспективалары. Физика, 11 сынып, қосымша материал.

Наноматериалдар типтері

Физикалық қасиеттері

Көміртекті наноматериалдар

carbon nanomaterials) —

 Өткізгіштігі. Көміртекті нанотрубкалардың электр өткізгіштігі мыс пен күміске қарағанда әлдеқайда жоғары. Сонымен қатар, бірнеше микрометр қашықтықта баллистикалық өткізгіштігі байқалады. Екінші жағынан, көміртекті нанотрубкалар-бұл керемет жартылай өткізгіш материал, ол өзінің сипаттамалары бойынша кремниймен салыстырылуы мүмкін. Бір қабатты көміртекті нанотүсіргіштерді пайдалана отырып, дәстүрлі кремний транзисторларында заряд тасығыштардың қозғалғыштығы едәуір асып түсетін транзисторларды алуға болады. Сонымен қатар, бір қабатты нанотрубкалар икемді және мөлдір төсемдерде транзисторларды алуға мүмкіндік береді. Бір қабатты көміртекті нанотрубкалар алмазға қарағанда жақсы жылу қасиеттеріне ие: түтіктердегі жылу өткізгіштігі шамамен 2 есе жоғары. Сонымен қатар, бір қабатты көміртекті нанотүсіргіштер — суық электрондардың тиімді далалық эмитенті.

Көміртекті нанотрубкалардың термиялық тұрақтылығы өте жоғары: оларды бұзудан қорықпай, 1500 Цельсий градусқа дейін қыздыруға болады, ал олардың негізгі бәсекелесі — органикалық өткізгіштер — шамамен 150 Цельсий градус температурада бұзыла бастайды. Көміртекті нанотрубкалар өте жеңіл материал. Екінші жағынан, олар жоғары меншікті беріктікке ие — беріктігі жоғары болатқа қарағанда 25 есе жоғары. Бұл геостационарлық орбитада айналатын жер серігін жермен байланыстыра отырып, ғарыш лифтін құруға болатын жалғыз материал ғана емес, жүктерді ғарышқа көтеруге болатын трос түрінде. Полимерлерге көміртекті нанотрубкалардың қоспалары механикалық қасиеттері өзгеретін композиттер алуға мүмкіндік береді, өте берік композициялық материалдар алынады, онда электр өткізгіштігі өзгереді. Егер материал көміртекті нанотүсіргіштің қабатымен жабылса, онда материалды электромагниттік толқындардан қорғайтын және қорғайтын қабат алуға болады

Наноблшектер (англ. nanoparticle) — иоляцияланған қаттыфазалы объект, қоршаған ортамен нақты аймақпен бөлінген ,барлық үш өлшемде 1 ден 100 нм.

Нанобөлшектер үшін түс физикалық сипаттама болып табылады және мұндай нанобөлшектері бар материалдар әртүрлі түрде болуы мүмкінОрта ғасырдағы әйнекшілер әйнектерді бояудың жаңа тәсілдерін табуға тырысты. Олар шаршамай алтынмен көптеген эксперименттер жасай отырып, өлшемдеріне байланысты өз түстерін өзгертіп отыратын, кішкентай бөлшектерді алды: жасыл, сарғылт, қызыл және ашық қызыл түстер..

• нанотүтікше,наноталшықтар, наноленталар

Нанотүтікше диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болаты милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтікшелер сирек кездесетін ете берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшенің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) өзгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді. Нанотүтікшелер газды (әсіресе сутегі) сақтауға қауіпсіз материал. Автомобилдерге жанғыш элемент ретінде сутегіні пайдаланса, ол бензинге қарағанда экологиялық таза элемент, алайда сутегі мелшері үлкен баллонды қажет етеді.

Көміртекті нанотүтікшелер жоғарғы өткізгіш қасиетке ие және беріктікке ие.Олардың беріктігі болаттан 500 есе артық, массасы әлдеқайда аз.Нанотүтікшелердің жартылай өткізгіштік модификациялары фотолюминеценция әсерінен тікелей жарық көзіне айналады.

• нанодисперсии (коллоиды)

Нанодисперсия, наноэмульсия және наножидкость — құрамында бөлшектер және бөлшектер агломераты бар сұйықтар.Олардың өлшемдері 0,1—100 нм. Бұндай сұйықтар  коллоидтық нанобөлшек ерітінділері болып табылады.

қосылыстардың аз мөлшерінің салдары мұндай жүйелер ерекше физикохимиялық қасиеттерге ие. Олардағы жер бетінің үлесіне барлық заттың 50 % - ға дейін келеді. Қозған күйдегі және сыртқы энергетикалық деңгейде кемінде бір бос электроны бар атомдардың көп санына байланысты жоғары беттік энергияға ие. Нанодисперсиялар әртүрлі табиғатқа ие. Дисперсиялық орта ретінде әдетте су немесе этиленгликоль пайдаланылады[2 Нанодисперсиялар микроэлектроника, отын элементтері, фармацевтика, гибридті қозғалтқыштар және т. б. сияқты салаларда жаңа физикалық қасиеттерге ие.]

Наносұйықтардың ерекше қасиеттері, атап айтқанда олардың жоғары жылуөткізгіштігі, оларды көптеген жылуфизикалық қосымшаларда өте перспективалы жұмыс денесімен жасайды: әр түрлі құрылғыларды салқындату үшін, жылу энергиясын тасымалдау мен өндірудің жаңа жүйелерін және т. б. құру кезінде.

Наноқұрылымды беттер мен үлдірлер Ең жұқа пленка қатты немесе сұйық бетке жағылған заттың бір атомдық қабатынан тұрады.

Серпімділік, микро қаттылық және беріктілік. Көптеген жағдайларда үлдірлер көлемді материалға қарағанда (шамамен 200 есе) мықты болады, бұл шамамен бетінің ерекше қасиеттерімен байланысты,

Кернеуді қысу мүмкін (қабықша бетіне параллельді кеңейтуге ұмтылады), шекті жағдайда ол дөңес болуы мүмкін. Шектегі созылатын кернеу пленканың үзілуіне әкелуі мүмкін. Цельсий бойынша 50 градустан жүз градусқа дейін тұндыру температурасы үшін металл үлдірлердегі созылатын кернеулердің типтік шамасы 108-1010 дин / см² , бұл ретте баяу балқитын металдар үшін мәндер жоғарғы шегіне жақын, ал жұмсақ (мыс, алтын, алюминий) үшін – төменгі шегіне жақын. Диэлектрлік пленкалар үшін кернеу бірнеше аз мәнмен сығылады. Кернеуді өлшеудің бірқатар әдістерінің негізінде жатқан жеткілікті жұқа төсенішті бүгуі мүмкін.

Қазіргі кванттық теорияға сәйкес металдардағы өткізгіштік электрондармен анықталады, ал электр кедергісі тормен өзара әрекеттескен кезде электрондардың шашырауымен байланысты. Өзінің толқындық табиғатына байланысты электрондар өшусіз мінсіз тор арқылы өтуі мүмкін, сондықтан меншікті кедергі Кристалл тордың құрылымын жетілдіру шарасы болып табылады. Шын мәнінде, бірқатар себептерге байланысты мінсіз құрылым болмайды, сондықтан электрондар шашырауға ұшырайды, электрондар соғулар арасында өтетін орташа қашықтық орташа бос жүріс деп аталады.