Elektromexanik rezonans - Mundarija

Elektromexanik rezonans. Elektr tebranishlarni mexanik tebranishlarga o’zgartirish ko’plab qurilmalarni ishlab chiqarishda qo’llaniladi. Bunga misol qilib elektroakustik qurilmalarni olish mumkin. Elektr maydon ta’sirida nanotrubka tebranishlarini qo’zg’atish uchun uni elektrodlardan biriga ikkinchi elektrodga nisbatan burchak ostida biriktiriladi. Elektrodga elektr kuchlanish berilganda trubka zaryadlanib, elektr tortishish hisobiga ikkinchi elektrodga og’adi. Agar elektrodlarga chastotasi nanotrubkaning xususiy chastotasi bilan mos keluvchi o’zgaruvchan kuchlanish uzatilsa nanotrubkaning mexanik tebranishlari vujudga keladi. Bu mexanik tebranishlar nanotrubkaning uzunligi va qalinligiga bog’liq bo’ladi.
Kvant o’tkazgichlar. Nanotrubkalarning elektr va magnit xossalarini nazariy va amaliy tadqiq etish bir qator effektlarning mavjudligini qayd etdiki ular bu molekulyar o’tkazgichlarda zaryad o’tishi kvant tabiatiga ega ekanligi va ularni elektron qurilmalarda qo’llash mumkinligi ko’rsatadi.
Oddiy o’tkazgichning elektr o’tkazuvchanligi uning uzunligiga teskari proporsional va ko’ndalang kesim yuzasiga, to’g’ri proporsionaldir. Nanotrubkada esa elektr o’tkazuvchanlik uning uzunligiga ham, qalinligiga ham bog’liq bo’lmasdan kvant o’tkazuvchanlik ga teng. Bu o’tkazuvchanlikning chegaraviy qiymati bo’lib, o’tkazgichning butun uzunligi bo’ylab delokallashgan elektronlarning erkin o’tishiga javob beradi. Oddiy temperaturada kuzatiladigan tok zichligining qiymati 107Axcm-2 bo’lib, hozirgi kunda o’ta o’tkazgichlarda erishilgan tok zichligidan ikki tartibga ko’pdir.
1K temperaturada ikkita o’ta o’tkazgich elektrod bilan aloqada bo’lgan nanotrubkaning o’zi ham o’ta o’tkazgich bo’lib qoladi. Bu effekt o’ta o’tkazgich elektrodlarda hosil bo’luvchi Kuper elektron juftlarining nanotrubka orqali o’tishida bo’linmasligidan kelib chiqadi.
Nanotrubkalarda magnit qarshiligi yaqqol namoyon bo’ladi. Elektr o’tkazuvchanlik magnit maydon induksiyasiga bog’liq. Agar nanotrubka o’qi yo’nalishiga tashqi magnit maydon qo’yilsa, elektr o’tkazuvchanlikning ostsillyatsiyalari qayd etiladi. Agar maydon nanotrubka o’qiga perpendikulyar qo’yilsa, elektr o’tkazuvchanlikning oshishi kuzatiladi.
Kimyoviy modifikatsiya. Sof uglerodli nanotrubkalardan kimyoviy modifikatsiyalangan nanotrubkalarga o’tish nanotrubkalarni molekulyar elektronikada qo’llash imkoniyatini kengaytiradi. Uglerod nanotrubkaning ichida silindrik bo’shliqning borligi ularning ichiga turli elementlarni, hatto og’ir metallarni kiritish imkoniyatini yaratadi. Nanotrubkalarning tashqi sirtiga addenlarni (masalan: ftor atomlarini) qo’shish mumkin. Hozirgi kunda uglerodli nanotrubkalardan tashqari bor-azot nanotrubkalarini ham olishmoqda. Bu barcha hollarda yangi va xususiyatlari eksperimental o’rganilmagan materiallar olinishi lozim.
Svetodiodlar. Ko’p devorli nanotrubkalarning (MSNT) yana bir qo’llash sohasi- organik materiallar asosida svetodiodlar tayyorlash. Bu holda quyidagi usul qo’llanilgan. Nanotrubkalardan iborat kukunni organik elementlar bilan toluolda aralashtirib, ultratovush bilan nurlantiriladi.
So’gra aralashma 48 soat davomida tindiriladi.Boshlang’ich komponentlarning miqdoriga qarab nanotrubkalarning turli massaviy qismlari hosil bo’ladi. Svetodiodlarni tayyorlash uchun aralashmaning yuqori qatlamini yechib, tsentrifugalash vositasida shisha asosga yotqiziladi. So’ngra polimer qatlamlarga alyumin elektrodlar purkaladi. Olingan qurilmalar elektrolyumenestsentsiya usuli bilan tadqiq etiladi. Ular nurlanishining maksimal qiymati spektrning infraqizil sohasi (600-700nm)ga to’g’ri kelishini ko’rsatadi.
Xulosa
Birinchi bobda uglerod nanotrubkalar va fullerenlarni olish usullari, uglerodli nanotrubkalar strukturasi o’rganilgan bo’lib, naonotrubkalardan uglerodning boshqa allotropliklardan spetifik farqi ko’rsatilgan. Bundan tashqari nanotrubkalarning asosiy xususiyatlaridan biri bo’lmish, nanotrubka xiralligi kattaligi haqida ma’lumotlar keltirilgan. Turli xirallikka ega bo’lgan nanotrubkalarning o’tkazuvchanlik koeffitsientlari bir-biri bilan ko’rsatilgan. Nanotrubkalar va fullerenlar olishning bir necha usullari tahlil etilgan.
II bob. Nanotexnologiyalarning amaliy qo’llanishi
2.1. Nanotexnologiyalar asosida kompyuter xotirasi
Uncha katta bo’lmagan Nantero kompaniyasi uglerod nanotrubkalari asosida elektron xotiraning yangi eksperimental namunasini yaratganini e’lon qildi. Olimlar har biri bir necha nanotrubkalardan iborat standart o’lchamdagi kremniy plastinkasida xotiraning 10mlrddan iborat yacheykasini joylashga muvaffaq bo’lishdi.
Xotirani ishlab chiqarishda standart fotolitografik jarayon ishlatiladi: kremniy oksididan iborat asosga ko’plab nanotrubkalar surtiladi, keyinchalik ishlov berish natijasida noto’g’ri orientirlangan nanotrubkalar olib tashlanadi. Shunday qilib, fazoda bir jinsli orientirlangan nanotrubkalarni joylashda vujudga keluvchi qiyinchiliklarni bartaraf qilish imkoniyati tug’ildi.
Xotira sxemasi biri ikkichisiga nisbatan 100nm masofada joylashgan ikkita kremniy oksidli plastinkalardan iborat.Nanotrubkalar yuqori plastinkaga osilgudek joylashgan. Quyi plastinkaga tok uzatilganda nanotrubkalar ikkita plastinkalarni ulab, o’zlarining vaziyatlarini o’zgartiradi.Bu holat yacheykada “ 1” qiymatga ega bitga mos keladi. Agar nanotrubka plastinkalarni ulamasa, yacheykada “0” qiymatli bit joylashgan bo’ladi.
Nanotrubkaning holati elektr manbaning borlgidan qat’iy nazar Van-der-Vaals kuchlarining ta’siri bilan aniqlanadi. Elektr impuls faqat trubkalarning vaziyatini o’zgartirish uchungina kerak. Bunda zamonaviy operativ xotirani o’chib yoqish uchun talab qilinadigan NRAM yacheykasida informatsiya yozuvi zichligi doimiy o’sib, eng yaxshi namunalarda operativ xotiraning mikrosxemalardagi informatsiya yozuvi zichligi bilan taqqoslasa bo’ladigan darajaga yetgan. Yaqin kelajakda berilgan yozuvlarning zichligi 1 sm2da trillion bitga yetishi aytilmoqda, bu esa zamonaviy operativ xotiradan 1000 marta kattadir.
Yangi xotiraning bozorga chiqishiga birmuncha vaqt bor. Chunki uglerod nanotrubkalar haliyam qimmat material bo’lib qolmoqda. NRAM ishlab chiqarilishi esa haliyam fotolitografiyaga asoslanadi. Shu sababli ishlab chiqarishda hali to’laligicha asoslanib olmagan. Ammo kelajakda NRAM kompyuter bozorini egallashi mumkin.
2.2.Nanotranzistorlar va nanobatareyalar. Nanometr o’lchamlardagi dvigatellar
Yarim o’tkazgichli qurilma bo’lmish tranzistorning tug’ilish sanasi 1947-yil. deb qabul qilingan. AQSH dagi Bell laboratoriyasidan Dj.Bardin, U. Bratteyn va U. Shoklilar 1958- yilda bu ish uchun fizika bo’yicha Nobel mukofoti bilan taqdirlandilar. Tranzistorning kashf etilishi katta sotsial qiymatga ega bo’ldi. Tranzistorli texnologiyalarning keskin o’sishi XX asr oxirida insoniyatni informatika asriga yetakladi.
Bugungi kunda nanotranzistorlar haqidagi ilmiy so’zlashuvlar ko’payib, ularning holatidagi prototiplari yaratildi. Nanometrli o’lchamlarda Bell laboratoriyasidan chiqqan tranzistorlar gigant edi. Ularning o’lchamlari smlarda o’lchanardi. Yarim asr davomida tranzistorning chiziqli o’lchamlari 100000 marta, massasi 1010 marta kamaydi. Elektr signallarning xususiyatlari ham nanodunyoda mikrodunyodagiga nisbatan ancha farq qiladi.
Endi elektr tokini qandaydir “elektr suyuqlik” yoki “elektr gaz” sifatida tasavvur qilish mumkin emas, chunki nanodunyoda elektr zaryadning kvantlangani birinchi planga chiqadi. Foydalanish mumkin bo’lgan zaryadning miqdori elektron zaryadiga karrali. Elektr toki va u orqali uzatilayotgan informatsiya miqdorini qanchalik aniqlik bilan qayd etmaylik, ular cheklangan va uzatilgan elementar zaryadlar soni bilan aniqlangan.
Oddiy doimiy elektr toki har doim bexosdan fluktuatsiyalanadi. Chunki zanjirda har bir yangi elektr zaryadning paydo bo’lishi oldingi zaryad hosil bo’lishi bilan moslashmagan. Bunday fluktuatsiyalarni ko’pincha kasriy shovqin deb atashadi va uni Puasson statistikasi bilan ifodalashadi. Ideal holda manba zanjirda bir sekundda n0 zaryadlarning o’rtacha tokini ushlab tursa, u holda o’rtacha t vaqtda zanjir bo’ylab N=n0t zaryad o’tadi. Bu kattalikning o’lchanadigan qiymati o’rtacha kvadratik chetlashish bilan fluktuatsiyalanadi. Kasriy shovqin quvvatining absolyut qiymati signal quvvatining oshishi bilan oshadi, ammo nisbiy quvvat pasayadi. Shu sababli mikrodunyoda zaryadni kvantlashdan foydalanilmaydi, chunki katta tokda nisbiy fluktuatsiyalar juda kichik. Agar signalni zaryad paketidagi elektronlar soni bilan tasvirlasak, t vaqt ichida tok orqali yetkaziladigan informatsiya miqdori shovqinni e’tiborga olgan holda
(2.2.1.)
ni tashkil etadi.
Elektr zaryadni kvantlash effektidan tashqari kichik masofalarda zarrachalarning to’lqin xususiyatlari ham namoyon bo’ladi. Qattiq jismda xona haroratida elektron to’lqinning kogerentlik uzunligi nanometr birliklari tartibida bo’ladi.Shu sababli 1nmdan kichik masofalarda elektronlarning to’lqin xususiyatlari namoyon bo’la boshlaydi. Agar modda kichik miqdorlarda olinsa ularni har doim o’tkagich, yarim o’tkazgich yoki izolyatorga mansub deyish mumkin emas. Masalan, ba’zi kimyoviy elementlar 20, 50 yoki 100 atom miqdorida olinsa ular ketma-ket ravishda izolyator, yarim o’tkazgich va o’tkazgich stadiyalarini mos ravishda o’tadi. Barcha aytilganlardan ma’lumki modda, fazo, vaqt, energiya va informatsiya resurslaridan nanodunyoda foydalanish kvant mexanikasi qonunlariga asoslangan alohida qoidalar bilan qattiq nazorat qilinadi. Bundan tashqari nanotranzistorlarni konstruktsiyalash qiyin kvantomexanik masalaga aylanadi.
Demak, nanotranzistor- bu kvanto mexanik qurilma. Ammo u faqat kvantomexanik informatsiya bilan ishlashi shart emas. Isbot qilinganki, nanotranzistorlar bazisida oddiy klassik mantiq elementlarini joylashtirish mumkin. Bundan tashqari, zamonaviy nanoelektronikaning asosiy vazifasi klassik mantiq nanometrli qurilmalarni yaratish texnologiyasidir. Dunyoning katta ilmiy markazlarida bu vazifani yechish uchun ko’plab miqdordagi moliyaviy resurslar tashlangan.
Hozirgi kunda mikroelektron ishlab chiqarishda tajriba sifatida o’lchamlari 20- 30nm bo’lgan tranzistorlar ishlab chiqarilmoqda. Bu o’lchamdagi tranzistorlar oddiy elektron signallarda ishlamoqda, ammo o’lchamlar yana kichraytirilganda yuqorida aytib o’tilgan muammolar tez ko’payadi. Mezostruktura deb ataluvchi 30nmdan 5nmgacha bo’lgan sohani klassik qattiq jism elektronikasidan kvant elektronikasiga o’tish sohasi deb atash mumkin. Mur qonuniga asosan mezoelektronika sohasini to’la qamrashga taxminan 10 yildan keyin erishiladi. Shunday qilib mezotranzistorlar-oddiy tranzistorlar faoliyatining oxirgi bosqichi bo’lib, undan keyin nanotranzistorlar avlodi keladi.
Nanotranzistorlar texnologiyalari.
Kembridj universitetida va Tokioning Japan Science I Technology Corporationda bir elektronli tranzistor ishlab chiqarildi. U xona haroratida ishlaydi. Bu qurilma sxemasi 2.2.1-chizma ko’rsatilgan.
2.2.1-chizma. Bir elektronli tranzistor
Tranzistorning o’tkazuvchan kanali (orol) kirish va chiqishdan izolyatorning yupqa qatlamlaridan iborat tunnel to’siq bilan ajratilgan. Tranzistor xona haroratida ishlay bilish uchun orol o’lchamlari 10nmdan oshmasligi kerak.
Potensial to’siq balandligi 0,173eV. Ancha oldingi (2001-yil) konstruktsiyasida orol kattaroq bo’lib, potensial to’siq balandligi 0,04eV va temperatura 60K oshmas edi. Orol materiali sifatida amorf kremniy xizmat qiladi. Uning sirti yupqa to’siq qatlami hosil qilish uchun past temperaturada oksidlangan.
Nanotranzistorlarni ishlab chiqarishda asosiy talablardan biri ularni olishda yuqori ishlab chiqarish ko’rsatkichi. Masalan, tunnel skanerlash mikraskopiyasi texnikasini qo’llovchi nanometrli robot – boshqaruvchilar vositasida nanotranzistorlarni bittalab atom bo’yicha terish mumkin, ammo bu jarayon juda sekin kechadi. Bunday usulda bitta nanochipni yig’ishga o’nlab yil talab etiladi. Shuning uchun hozirgi vaqtda bir necha operatsiya vositasida nanotranzistorlarni katta sonini yig’ishga imkon beruvchi texnologik jarayonlarni topish ustida ish olib borilmoqda.
Masalan, IBM xodimlari NEC xodimlari ochgan uglerodli nanotrubkalar bilan ishlab klaster texnologiyasini rivojlantirmoqda. Bunday trubkalar faqatgina bir necha atom qatlamlaridan iborat bo’lib, po’latdan minglab marta mustahkamroqdir. Shakli va o’lchamiga qarab, uglerodli nanotrubkalarlar metal yoki yarim o’tkazgich xususiyatlariga ega bo’lishi mumkin. Hozirgi kunda maxsus sharoitlarda grafit elektrodlar orasida elektr razryadni hosil qilish bilan uglerod klasterlarini olish usuli ishlab chiqarilgan. Bu usul bilan nafaqat nanometrlar, balki turli fellerenlar hosil qilinadi. Fullerenlar- bu nanoo’lchamdagi ichi bo’sh sharlar va ellipsoidalar. C60 fullerenlar 1985-yilda Sasseka universitetidan (University of Sussex) H.W. Kroto va Rays undan (Rice University) James Heath, Sean O` Brien, R.E. Smalley va R.F.Curl lar ochishdi. Bu fandagi yangilik uchun Krato, Curl va Smalley 1996- yilda Nobel mukofoti bilan taqdirlandi.
IBM dagi olimlar yarim o’tkazgichli va metal uglerod nanotranzistorlarni bitta asosda integratsiyalash texnologiyasi ustida izlanishlar olib bormoqda. Bundan maqsad kelajakda butun funksional elektron nanosxemalarni yaratishdir. Texnologiya yakunlanishdan ancha uzoqda bo’lsada, bir qator texnologik ishlar amalga oshirilgan. Oksidlangan kremniydan iborat asosga bir-biriga yopishgan yarim o’tkazgich va metall uglerodli nanotranzistorlar suriladi. Ularni bir- biridan ajratish birmuncha qiyin bo’lgan texnologik jarayondir. Hosil bo’lgan plyonka ustiga metografik usulda oddiy metalning yupqa qatlamlari suriladi. Elektr signal vositasida uglerodli nanotranzistorlarni yarim o’tkazgich holatidan izolyator (dielektrik) holatiga o’tkazish mumkin. Bu esa boshqariladigan elektr teshish natijasida o’tkazuvchanligi metall tipidagi nanotranzistorlarni sindirib, yarim o’tkazgichli nanotranzistorlar bo’laklaridan iborat katta doimiy massivlarni olish imkoniyatini yaratadi. Bunday har qanday bo’lak-kelajak nanotranzistorning asosi.
Shu korparatsiyada uglerod nanotranzistorlarni elektr boshqariladigan “ishlov berish” usuli ishlab chiqariladi. Bu usul yordamida nanotranzistorlardan atomlarning qo’shimcha qatlamlari olib tashlanadi. 2001- yilda bu usul bilan IBM da man etilgan soha kengligi talab etilgan maydon tranzistorlari ishlab chiqildi. Ularni NT-FET(nanotube*field-effect transistors) deb atashdi.
Uglerod klasterlariga kelsak, bu yerda ishlar bir necha yo’nalishlarda olib borilmoqda. Bir qatlamli nanotranzistorlar bilan SWNT(single- walled nanotube), ko’p qatlamli nanotranzistorlar bilan – MWNT (multi- walled nanotube) va turli fullerenlar (C60, C70 va hokazo) berilgan. Bunday tipdagi klasterlar o’lchamligi pasaygan muhitlar bo’lib hisoblanadi.
Masalan, nanotranzistor bir o’lchovli, bu esa kvant mexanikasining yangi modeli bo’lgan kvant ipi bilan o’xshash qiladi. Fullerenlar esa nanoo’lchamlardagi pufaklar bo’lib, ikki o’lchovlidir. O’lchamligi pasaygan muhitlarda elektronlar holatining alohida kvant shartlariga asosan ular ajoyib xususiyatlarga ega. Masalan, metall nanotranzistorlar oddiy metallarga qaraganda katta tok zichligiga chidam berishi mumkin. (oddiy metallarga qaraganda 100-1000 baravar ko’proq).
Yarim o’tkazgichli nanotranzistorlar tashqi elektr maydon ta’sirida dielektrlarga aylanishi mumkin. Bunda man etilgan soha uzunligi trubka diametriga teskari proporsional:
Ba’zi metallar bilan to’ldirilgan fullerenlar esa o’z navbatida yuqori temperaturali o’ta o’tkazgichlardir.
Uglerod nanotrubkalarning uzunligi ularning diametrlaridan minglab marta katta bo’lishi mumkin. Bu esa o’z navbatida nanotrubkalarni nanosxemalar montajida ularni o’tkazgichlar sifatida ishlatish imkoniyati beradi.
1998-yilda AQSHda Lawrence Berkeley National Laboratoryda avval uglerod nanotrubkalar asosidan nanotranzistorlar yaratildi. Amerika Qoʻshma Shtatlari (AQSh, ingl. United States of America) - Shimoliy Amerikadagi mamlakat. Poytaxti - Vashington shahri, BMT aʼzosi. Amerika Qoʻshma Shtatlari Sharqdan Atlantika, gʻarbdan Tinch okeani, janubi-sharqdan Meksika qoʻltigʻi bilan oʻralgan. Keyinchalik 2000 -yilda C60 fulleren klasterlar asosidagi nanotranzistorlar olindi. Nanotranzistor quyidagicha tayyorlangan. Nanowriter elektron nur metografik mashinasi yordamida kremniy plyonkasida kengligi 200nm va qalinligi 10nm bo’lgan tilla o’tkazgichlardan panjara hosil qilingan. Panjaradan zichligi katta tok o’tkazish natijasida tilla atomlarning elektromigratsiyasini hosil qilish mumkin. Natijada o’tkazgichlar nanometr o’lchamlarigacha yupqalashib, ma’lum joylarda uziladi va kengligi 1nm bo’lgan tirqishlarni hosil qiladi. So’ngra plastina fulleren klasterlarning suvdagi eritmasi bilan yupqa qilib surilgan. Keyinchalik eritma bug’lanadi va C60 klasterlar ikkita elektrodlar orasidagi tirqishga qoladi.
Uglerod nanotrubkalar asosidagi nanotranzistorlar yordamida Delfta texnik universitetining (Delft University of Technology) xodimlari 2001 yilda Yoki –Yo’q (Ili- Ne )mantiqiy elementni amalga oshirishdi. O’zining juda kichik o’lchamlari bilan xarakterli bo’lishi bu nanotranzistorlar xona haroratida ham ishlaydi.
Shunday qilib, XX asrning oxiri XXasrning boshlarida yangi soha bo’lishi nanoelektronika sohasida kvantomexanika va molekulyar klaster texnologiyali g’oyalar tajribaviy tasdig’ini topdi. Hozirgi vaqtda tadqiqot makazlarida texnologik jarayonlarni nanoelektron texnika ishlab chiqarishda qo’llash amaliyoti ustida ish olib borilmoqda. Ishlab chiqarishi rivojlangan mamlakatlar uchun nanotexnalogiyalarning iqtisod, harbiy- siyosiy, sotsial jihatlarga ta’siri katta. Texnika (techne - mahorat, sanʼat) - moddiy boylik olish hamda odamlar va jamiyatning extiyojlarini qondirish maqsadida inson atrofdagi tabiatga taʼsir qilishiga imkon beradigan vositalar va koʻnikmalar majmui. Siyosat (arab. سياسة (siyasa) - ot tarbiyalash, ot boqish) - davlatni boshqarish sanʼati. Siyosat biror guruh, jamiyatni boshqarish jarayonidir. Ushbu jarayonda tegishli guruh vakillari ham qatnashishadi.
Metalloelektronika va molekulyar elektronika.
Oddiy mikroelektronikada tranzistor effektni hosil qilish uchun yarim o’tkazgich zarur. Nega? Chunki yarim o’tkazgich o’tkazuvchanlikka javobgar zaryadlangan zarrachalarning boshqarish imkoniyatini yaratuvchi muhit hosil qila oladi. Dielektrlar tokni umuman o’tkazmaydi. Ular faqat tok o’tkazadigan qismlar orasida izolyatsiya hosil qilish uchungina kerak. Metallarda erkin zaryadlangan zarrachalarning kontsentratsiyasi shunchalik kattaki, izolyatsiya orqali qo’yilgan tashqi elektr maydon metall ichiga deyarli kirmaydi. Ammo shu metalning o’zidan bir necha atom miqdorida olsak, bunday nanoklasterning elektron xususiyatlari yarim o’tkazgich xususiyatlarini eslatadi. Bu nanoo’lchamdagi tranzistorlarni metall atomlari oksidlari asosida yaratish imkoniyatini yaratadi.
Bu yerda nanostrukturalarning qaydarajada mustahkamligi va ular tayyorlanish texnologiyalarning muammolari birinchi planga chiqadi. Ma’lum bo’ladi-ki, kengligi bir necha atomlardangina iborat qatlamning yashash vaqti normal foydalanish sharoitlarida juda qisqa. Bu yaxshi mahkamlanmagan atomlar nanostrukturalar bo’ylab ko’chishi yoki asos bo’ylab yanada qattiqroq bo’g’lanishni qidirish bilan bog’liq. Bunga konstruktsiyaning qizishi va elektromigratsiya sabab bo’ladi.
Aniqlandi-ki, ba’zi klaster konfiguratsiyalar yuqori mustahkamlikka ega bo’lib, undagi barcha tashqi atomlar mustahkam ushlanib turiladi. Bunday klasterlar sehrli, ular atomidagi sonlar sehrli sonlar deb ataladi. Masalan, ishqoriy metallar uchun sehrli sonlar -8, 20,40, nodir metallar atomlari uchun -13,55, 137, 255. C60 va C70 fullerenlar ham sehrli. Uglerod nanotranzistorlar ham sehrli hisoblanadi. Bu holat oldindan maxsus reaktorlarda sehrli nanostrukturalarni ishlab chiqarish texnologiyasini yaratish va ulardan nanotranzistorlar yig’ishda foydalanish mumkinligini ko’rsatadi.
Aniqlandi-ki, kimyoviy usulda sintezlash mumkin bo’lgan molekulalarda ham tranzistor effekt kuzatiladi.
Yana bir yangilik –molekulyar biologiya strukturalarini: DNK molekulasini oqsil va biologlarni qo’llash. Genetik texnologiyalar asosida nanotranzistorlarni yig’ish amaliyoti muhokama qilinmoqda. Masalan, Amerikaning Scripps Research Institute da alohida DNK molekulasini oktaedr ko’rinishida diametri 22nm olinishiga muvaffaq bo’lingan. Uning ichki sohasi diametri 14nm bo’lgan sferani sig’dira oladi. Olimlarning maqsadlaridan biri – uch o’lchovli DNK strukturalardan uch o’lchovli murakkab mantiqiy zanjirlarni yig’ishda foydalanish.
Masalan, 2004- yilda Northwestern University da tilla va ferromagnetiklar (temir oksidi) klasterlarini DNK molekulasi bilan birlashtirishga erishilgan. Bu esa DNK reaksiyalari natijasida tilla klasterlari kerakli ketma-ketlikda ferromagnit klasterlar bilan almashadigan klaster zanjirlarni olish imkoniyatini tug’dirdi.
Bir qator fransuz tadqiqotchilaridan iborat guruh nanotexnologiyalar yordamida metiy-ion batareyalar uchun o’ta kichik o’lchamlarga ega elektrodlar ishlab chiqdi. Ular asosidagi akkumulyatorlar oddiy akkumulyatorlarga qaraganda ko’proq energiya miqdorini saqlay oladi. Odatiy akkumulyatorlar elektrodlarida ion va elektronlar, agar u yupqa qatlam qilib surilgan taqdirdagina harakatlana oladi. Ammo bunda aktiv material miqdori kamayadi va demak batareyaning sig’imi ham kamayadi. Katta sig’imli qurilmalarda ko’pincha aktiv qatlam qalinligi oshiriladi. Natijada zaryad tezligi kamayadi
2.2.2-chizma. Batareyalarning nanosterjenlari
Yangi texnologiyaning asosi bo’lib, aktiv material uchun nanosterjenlarni “yakorlar” sifatida qo’llash hisoblanadi. Aktiv material nanosterjenlar atrofida yupqa plyonka qilib “o’raladi”. Elektrodlarning 1sm2 yuzasiga yupqa plyonkaning 50sm2 yuzasi to’g’ri keladi. Shunga asosan kichik o’lchamlarda katta sig’imlarga ega batareyalar olish mumkin bo’ladi. Bu birinchi navbatda kardiologiyada (sun’iy yurak) manba sifatida, turli avtonom zondlarda qo’l keladi.
Ammo olimlar katta o’lchamlardagi akkumulyatorlar haqida o’ylamoqda. Bu texnologiya elektromobil qo’llash mumkin bo’lgan batareyalarni ishlab chiqarish imkonini beradi.
Isroil fiziklarining ishlarida (M. Proto, M. Urbakh) nanometrli dvigatellarni oson boshqarish sxemalari taklif etilgan edi. Bu taklif hozirga qadar qog’ozda qolib kelmoqda. Ammo avtorlar bu g’oya juda yaqin vaqtda amalga oshishiga ishonishmoqda.
2.2.3- chizma. Nanometr masshtabda harakatlanuvchi vositaning bir o’lchovli oddiy modelini ko’ramiz.
Davriy tashqi maydonda joylashgan uchta nanozarracha berilgan bo’lsin. Bu vazifani kristal sirtida yotgan atom klasterlari bajarsin. Ular orasida chizmada prujinalar vositasida ko’rsatilganidek aloqa bor. Biz bu purjinalarning “erkin uzunligini boshqara olamiz” deb tasavvur qilaylik! Bunday prujinalar vazifasini fotoxrom molekulalar bajara oladi. Ular tashqi yorug’lik ta’sirida o’zining to’lqin uzunligini o’zgartira oladi. i-nchi aloqaning erkin uzunliging o’zgarishi davriy ravishda vaqt bo’yicha kechayotgan bo’lsin va u quyidagicha qonuniyatga bo’ysunsin.
(2.2.2)
Ikkita prujina orasida fazo bo’yicha ma’lum chetlashish muvjudki, birinchi prujina ikkinchisiga qaraganda tezroq uzayishni boshlaydi.
Natija sistema birinchi prujina tomon harakatlana boshlaydi. 14(b)- chizmada vaqt o’tishi bilan sistema evolyutsiyasining o’nta “chizmai” ko’rsatilgan.
Bunday mashina faqat gorizontal tekislikda emas balki, tashqi kuchga qarshi yo’nalishda masalan, qiya tekislik bo’ylab yuqoriga harakatlanishi mumkin. Qarshi (1926 37 yillarda Behbudiy) - Qashqadaryo viloyatidagi shahar (1926 yildan), viloyat markazi (1943 yildan). Qashqadaryo vohasining markazida, Qashqadaryo boʻyida, xalqaro t. yil va avtomobil yoʻllari kesishgan joyda.
Bundan tashqari u harakatlanayotgan qurilma massasining yarmiga teng bo’lgan yukni ham tashishi mumkin. Asosiy jihat shundan iboratki, prujinaning erkin uzunligi o’zgaradigan qonunni o’zgartirib, sistemaning tezligi va harakat yo’nalishni tadqiq etish mumkin. Xususan ikki o’lchovli holda sistemani ixtiyoriy yo’nalishda harakatlanishga majbur etish mumkin. Va nihoyat, eng qizig’i shundaki, agar uchta zarrachani bitta aylanaga birlashtirsak, nanometrik rotor hosil bo’ladi.
Bunday sistema ko’chishi asoslangan prinsip umumiy bo’lib, sof mexanik xarakterga ega va bevosita klassik mexanika tenglamalaridan kelib chiqadi. Shuning uchun bunday g’oyaning qo’llanilishi nanomashinalar bilan cheklanib qolmasdan, makroolamda ham foydali bo’lishi mumkin.
Fotokataliz- bu yorug’lik ta’sirida moddalarda ishtirok etuvchi kimyoviy reaksiyalarning tezligining o’zgarishi va reaksiya ishtirokchilarining har o’zaro ta’sir sikldan so’ng o’z kimyoviy tarkibini o’zgartirishidir.
Fotokataliz tirik tabiatda katta roy o’ynaydi. Yer hayotini ta’minlovchi fotosintez hodisasi ham fotokatalitik. Suv va havoni organic aralashmalardan tozalash uchun fotokatalizatorlar sifatida TiO2 ishlatiladi.
Fotokataliz atamasi turli adabiyotlarda turlicha takqin etiladi. N.S.Zefirov tahriri ostida chop etilgan “Kimyoviy ensklopediyada” fotokataliz katalizator va yorug’lik ta’sirida kimyoviy reaksiyalardan tezlashuvchi Fotokatalitik reaksiyalardan muhim jihati shundan iboratki, yorug’lik yoki katalizatordan alihida ta’siri reaksiya tezligiga ta’siri sezilmaydi. Bunga oddiygina ta’rif keltiriladi.: Fotokatalizatorlar ishtirokida fotokimyoviy reaksiyalarda tezlashuvi.
TiO2 - yarim o’rkazgichli bog’lanish. Zamonaviy qarashlarga asosan bunday bo’glanishlarda elektronlar ikki holatida: erkin va bog’langan bo’lishi mumkin. 1-holatda elektronlar (Ti4 dan kationlar va O2-) anionlar hosil qilgan kiristall panjara bo’ylab harakatlanadi. 2- holatda elektronlar kiristall panjaraning qandaydir ioni bilan bog’langan va kimyoviy bog’lanish hosil bo’lishida ishtirok etadi. Elektronni bog’langan holatdan, erkin holatiga o’tkazish uchun 3,2 eV dan kam bo’lmagan ,energiya sarflash lozim bo’ladi. Bu energiya to’qin uzunligi kichik bo’lgan yorug;lik kvantlari bilan keltirilishi mumkin.Zarra harakatlanib TiO2 zarra hajmida yorug’lik yutilishida elektron va elektron vakansiya, ya’ni teshik hosil bo’ladi. Elektron va teshik etarlicha harakatchang tuzilmalar bo’lib, yarim o’tkazgichda harakatlanib ularning bir qismi rekombinasiyalanadi, bir qismi esa sirtga chiqadi. Sirt bilan egallangan elektron va teshik konkret kimyoviy zarrachalar bo’lib , hisoblanadi. Masalan, elektron -bu sirtdagi (Ti3 dan) teshik panjaraviy sirtiy kislorodda lokallashib (O) ni hosil qiladi. Ular o’ta reaksiyaga sezgir. TiO2 sirtida elektron va teshikning reaksion qobiliyati quyidagi kattaliklar bilan xarakterlanadi:
- elektron potensiali -0,1V
- teshik elektron potensiali 3V
Bu ko’rsatkichlar normal vodorod elektroniga nisbatan olingan. Boshqacha aytganda elektron kislorod bilan birgalikda reaksiyalar ketma-ketligini tug’dirishi mumkin.
Fotokatalizator ta’sirining effektivligi reaksiyaning kvant chiqishi va fatokatalizator ta’sir spektri bilan aniqlanadi. Fotoreaksiyaning kvant chiqishi maxsulotning hosil bo’lgan, molekulalar sonining yutilgan yorug’lik kvantlari soniga nisbatiga teng. Fotokatalizator sifatida yarim o’tkazgichli zarra ko’tilayotgan bo’lsa, jarayonning bir necha bosqichi kechadi:
a) yorug’lik yutilishi - elektron teshik juftlarining tug’ilishi;
b) yarimo’tkazgich sirtida electron va teshiklarning diffuziyasi;
c) electron va teshiklarning hajmiy rekombinasiyasi;
d) electron va teshiklarning sirtiy rekombinasiyasi;
e) electron va teshiklarning adsorblashgan molekulalar bilan foydali reaksiyalari;
Tok tashuvchilarning hissasi aniqlansa, reaksiyaning kvant chiqishini hisoblash mimkin bo’lur edi. Pay - biriktiruvchi toʻqimadan iborat pishiq tuzilma. Shakli va uzunligi (lenta yoki plastinka) har xil; muskullar P. yordamida suyaklarga birikadi. P.ning pishiq yoki choʻziluvchanligi, qayishqokligi u paydo boʻlgan biriktiruvchi toʻqimaga bogʻliq. P. Tok tashuvchilarning hissasini aniqlash uchun spontan harakatlanuvchi zarralar harakatini ifodalovchi tenglamalardan foydalanish zarur. Umumiy holda bu tenglamalar ancha murakkab bo’lib, kvadraturalarda yechilishi mavjud emas. Ammo oddiy hollarda, ya’ni, zarralarni sferik deb hisoblash mumkin bo’lganda ularning hajmida elektr maydonlari yo’q va rekombinasiya jarayonlari tezligi hamda foydali reaksiya electron va teshiklar konsentrasiyasi bo’yicha chiziqli. Soddalashtirishlarga qaramasdan bu yechimlar tadqiq etilayotgan jarayonjar harakatida aniq sifatli tok tashuvchilarni shakllantiradi. Xususiy holda zarracha o’lchami tok tashuvchining erkin yugurish yo’li uzunligidan kichik bo’lsa unda tok tashuvchilarning hissasi birga teng bo’ladi.
Tajribalardan ma’limki, TiO2 namunalar eng katta fotokatalitik aktivlikka ega. Aktiv TiO2 ni tayyorlash tajriba va malaka natijasidir. Amaliy fotokataliz bu shug’ullanuvchi barcha yuqori aktivlikka ega TiO2 sintezining haqiqiy metodikalarga ega.
Ilmiy nuqtai nazardan fotokatalitik effekt tabiatini tadqiq etish, fotokatalizatorlarning ta’sir mexanizmini o’rganish nihoyatda qiziqarli. Elektron paramagnit rezonans, va ifraqizil spetroskopiya metodlari juda ahamiyatli. Bu usullar organik birikmalarning oraliq maxsulotlarini TiO2 namunalari fotokatalitik aktivligi jihatidan nima uchun bir-birida keskin farq qilishi mumkin degan savol javobsiz qolmoqda.
TiO2 sirtida organik birikmalar CO2 va H2O gacha oksidlanishi mumkinligi tajribalarda o’z tasdig’ini topgan. Agar birikmalar tarkibiga azot yoki X gologen atomlari kirsa, reaksiya maxsulotlarida HNO3 va HX kuzatiladi. TiO2 sirtida yorug’lik ta’sirida oksidlanmaydigan birikma- bu tetraxormetan. Ammo, trixolretilin yorug’lik ta’sirida TiO2 da parchalanadi va bunda kvant chiqishi birinchidan katta. Bu TiO2 sirtida atomar Cl hosil bo’lishi mumkinligi bilan bog’liq. Cl o’z navbatida boshlang’ich trixloretilenning parchalanish zanjir jarayonining kechikishiga sabab bo’ladi. Amalda har qanday fotokatalitik havo tozalagich TiO2 so’rilgan tashuvchiga ega. U yorug’lik bilan nurlantiriladi va u orqali havo o’tkaziladi. Oqimdan organik molekulalar fotokatot sirtida adsorbsiyalashadi va ultrabinafsha lampa ta’sirida CO2 (karbonat angidrit) gazi va H2O (suv) gacha oksidlanadi.
Fotokataliz organic birikmalarni yumshoq sharoitlarda chuqur oksidlash imkonini beradi.Qurilmalarning soddaligi fotokatalizni amaliyotda qo’llashga keng imkoniyat yaratadi.
Hozirgi kunda fotokatalitik havo tozalagichlar “Toshiba”, “Shasp”, “Toto” mashhur firmalar tomonidan ishlab chiqarilmoqda. Rossiyada ham haqiqiy havo tozalagich fotokatalizatorlar ishlab chiqarilmoqda. Rossiya (ruscha. Россия), Rossiya Federatsiyasi (ruscha. Российская Федерация) - Yevropaning sharqida, Osiyoning shimolida joylashgan mamlakat. Maydoni jihatidan dunyoda eng katta mamlakat. Quruqlikdagi chegarasi 22125,3 km, dengiz chegarasi 38807,5 km. R.
Yuqorida aytilgan qurilmalardan tashqari aktiv TiO2 ni xona devorlarini qoplash uchun ham foydalanish mumkin. Bunda xonaning butun devor sirtlari havo tozalagich sifatida ishlaydi. TiO2 sirtida yorug’lik ta’sirida nafaqat organic molekulalar, balki zararli mikroorganizmlar ham halok bo’ladi. Bu texnologiyaning tozalash metodikasining ahamiyatli jihatlari quyidagicha:
-Zararli moddalar (faqat gazlar uchun) qandaydir sirtda to’planmaydi;
- Zararli moddalar, badbo’y hudlar molekulalar darajada parchalanadi;
- Qo’llashning keng spektri;
-Temperatura rejimi-uy haroratidan -180C gacha;
- Oddiy elektr maydondan foydalanish mumkinligi (220 v);
|