Kumush nanozarrachalari Optik xususiyatlari

Kumush nanozarrachalarning optik xususiyatlaridan turli mahsulotlar va sensorlarning funktsional komponenti sifatida foydalanishga qiziqish ortib bormoqda.Kumush nanozarrachalar yorug'likni yutish va tarqatishda juda samarali va ko'plab bo'yoq va pigmentlardan farqli o'laroq, zarrachaning o'lchami va shakliga bog'liq rangga ega.Kumush nanozarrachalarning yorug'lik bilan kuchli o'zaro ta'siri metall yuzasida o'tkazuvchanlik elektronlari ma'lum to'lqin uzunliklarida yorug'lik bilan qo'zg'atilganda kollektiv tebranishga duchor bo'lganligi sababli yuzaga keladi (2-rasm, chap).Yuzaki plazmon rezonansi (SPR) sifatida tanilgan bu tebranish g'ayrioddiy kuchli sochilish va yutilish xususiyatlarini keltirib chiqaradi.Darhaqiqat, kumush nanozarrachalar o'zlarining jismoniy kesimidan o'n baravar kattaroq bo'lgan samarali yo'q bo'lib ketish (tarqalish + yutilish) tasavvurlariga ega bo'lishi mumkin.Kuchli sochilish kesimi 100 nm dan past nanozarrachalarni an'anaviy mikroskop bilan osongina ko'rish imkonini beradi.60 nm kumush nanozarrachalar oq yorug'lik bilan yoritilsa, ular qorong'u dala mikroskopida yorqin ko'k nuqta manba sochuvchi sifatida paydo bo'ladi (2-rasm, o'ngda).Yorqin ko'k rang 450 nm to'lqin uzunligida cho'qqiga chiqadigan SPR bilan bog'liq.Sferik kumush nanozarrachalarning o'ziga xos xususiyati shundaki, bu SPR cho'qqi to'lqin uzunligi zarrachalar o'lchamini va zarracha yuzasi yaqinidagi mahalliy sinishi indeksini o'zgartirish orqali 400 nm (binafsha nur) dan 530 nm (yashil yorug'lik) gacha sozlanishi mumkin.SPR cho'qqisi to'lqin uzunligining elektromagnit spektrning infraqizil mintaqasiga yanada katta siljishiga novda yoki plastinka shaklidagi kumush nanozarrachalarni ishlab chiqarish orqali erishish mumkin.
Kumush nanopartikullarni qo'llash
Kumush nanozarrachalari ko'plab texnologiyalarda qo'llanilmoqda va ularning istalgan optik, o'tkazuvchan va antibakterial xususiyatlaridan foydalanadigan keng iste'mol mahsulotlariga kiritilgan.
Diagnostik ilovalar: Kumush nanozarrachalar biosensorlarda va ko'plab tahlillarda qo'llaniladi, bu erda kumush nanozarrachalar miqdoriy aniqlash uchun biologik teglar sifatida ishlatilishi mumkin.
Antibakterial qo'llanmalar: Kumush nanozarrachalar antibakterial xususiyatlari uchun kiyim-kechak, poyabzal, bo'yoqlar, yara qoplamalari, asboblar, kosmetika va plastmassalarga kiritilgan.
Supero'tkazuvchilar ilovalar: Kumush nanopartikullar o'tkazuvchan siyohlarda ishlatiladi va issiqlik va elektr o'tkazuvchanligini oshirish uchun kompozitlarga birlashtiriladi.
Optik qo'llanmalar: Kumush nanozarrachalar yorug'likni samarali yig'ish va yaxshilangan optik spektroskopiyalar, shu jumladan metall bilan kuchaytirilgan floresans (MEF) va sirtni yaxshilangan Raman tarqalishi (SERS) uchun ishlatiladi
So'nggi bir necha yil ichida nanotexnologiya nafaqat yuqori texnologiyalarning eng istiqbolli tarmoqlaridan biri, balki XXI asr iqtisodiyotida tizimni shakllantiruvchi omil - bilimga emas, balki bilimga asoslangan iqtisodiyot sifatida ham ko'rilmoqda. tabiiy resurslardan foydalanish yoki qayta ishlash. Bundan tashqari, nanotexnologiya barcha ishlab chiqarish faoliyatining yangi paradigmasini ishlab chiqishni rag'batlantiradi ("pastdan yuqoriga" - alohida atomlardan - mahsulotga, "yuqoridan pastga" emas, balki an'anaviy texnologiyalar kabi, bunda mahsulot ishlab chiqariladi. Kattaroq ish qismidan ortiqcha materialni kesib olish orqali olingan) , bu o'zi hayot sifatini yaxshilash va postindustrial jamiyatda ko'plab ijtimoiy muammolarni hal qilish uchun yangi yondashuvlar manbai hisoblanadi. Fan-texnika siyosati va investitsiya sohasidagi aksariyat ekspertlarning fikricha, boshlangan nanotexnologiya inqilobi inson faoliyatining barcha hayotiy sohalarini (kosmik tadqiqotlardan tortib tibbiyotgacha, milliy xavfsizlikdan tortib ekologiya va qishloq xo‘jaligigacha) qamrab oladi va uning oqibatlari shunday bo‘ladi. 20-asrning oxirgi uchdan bir qismidagi kompyuter inqilobidan ham kengroq va chuqurroq. Bularning barchasi nafaqat ilmiy-texnik sohada, balki turli darajadagi ma'murlar, potentsial investorlar, ta'lim sohasi, davlat organlari va boshqalar oldiga ham vazifalar va savollarni qo'yadi.
Nanotexnologiya kompyuter texnikasidagi inqilobiy o'zgarishlar asosida shakllandi. Elektronika yaxlit yo'nalish sifatida 1900-yillarda paydo bo'ldi va o'tgan asr davomida jadal rivojlanishda davom etdi. Uning tarixidagi favqulodda muhim voqea 1947 yilda tranzistorning ixtiro qilinishi bo'ldi. Shundan so'ng yarimo'tkazgich texnologiyasining gullab-yashnashi boshlandi, unda yaratilayotgan kremniy qurilmalarning o'lchamlari doimiy ravishda kichrayib bordi. Shu bilan birga, magnit va optik xotira qurilmalarining tezligi va hajmi doimiy ravishda oshdi.
Biroq, yarimo'tkazgichli qurilmalarning o'lchamlari 1 mikronga yaqinlashganda, moddalarning kvant mexanik xususiyatlari ularda paydo bo'la boshlaydi, ya'ni. g'ayrioddiy jismoniy hodisalar (tunnel effekti kabi). Ishonch bilan taxmin qilish mumkinki, agar kompyuter quvvatining hozirgi rivojlanish sur'ati saqlanib qolsa, butun yarimo'tkazgich texnologiyasi taxminan 5-10 yil ichida fundamental muammolarga duch keladi, chunki kompyuterlarda integratsiya tezligi va darajasi aniqlangan ba'zi "fundamental" chegaralarga etadi. Bizga ma'lum bo'lgan fizika qonunlari bilan. Shunday qilib, fan va texnologiyaning keyingi taraqqiyoti tadqiqotchilardan yangi ish tamoyillari va yangi texnologik usullarga sezilarli "yutuq" kiritishni talab qiladi.
Bunday yutuqga faqat nanotexnologiyalardan foydalanish orqali erishish mumkin, bu esa nanorobotlar kabi tubdan yangi ishlab chiqarish jarayonlari, materiallar va qurilmalarning butun majmuasini yaratish imkonini beradi.
Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, nanotexnologiyalardan foydalanish yarimo'tkazgichli hisoblash va saqlash qurilmalarining asosiy xususiyatlarini uchta kattalik darajasida yaxshilashi mumkin, ya'ni. 1000 marta.
Biroq, nanotexnologiyani faqat elektronika va kompyuter texnologiyalaridagi mahalliy inqilobiy yutuq bilan qisqartirish kerak emas. Ilm-fan va texnikaning boshqa sohalarini rivojlantirishda sezilarli yutuqlarga umid qilish imkonini beruvchi bir qator juda muhim natijalarga erishildi.
Fizika, kimyo va biologiyaning ko'plab ob'ektlarida nano darajaga o'tish alohida birikmalar va ular asosida olingan tizimlarning fizik-kimyoviy xususiyatlarida sifat o'zgarishlarining paydo bo'lishiga olib kelishi ko'rsatilgan. Biz optik qarshilik, elektr o'tkazuvchanlik, magnit xususiyatlar, kuch, issiqlikka chidamlilik koeffitsientlari haqida gapiramiz. Bundan tashqari, kuzatuvlarga ko'ra, nanotexnologiyalar yordamida olingan yangi materiallar fizik, mexanik, issiqlik va optik xususiyatlari bo'yicha mikrometr shkalasi analoglaridan sezilarli darajada ustundir.
Yangi xususiyatlarga ega bo'lgan materiallar asosida quyosh batareyalarining yangi turlari, energiya konvertorlari, ekologik toza mahsulotlar va boshqa ko'p narsalar allaqachon yaratilmoqda. Yuqori sezgir biologik sensorlar (datchiklar) va boshqa qurilmalar allaqachon yaratilgan bo'lib, ular yangi fan - nanobiotexnologiyaning paydo bo'lishi haqida gapirish imkonini beradi va ularni amaliy qo'llash uchun katta istiqbolga ega. Nanotexnologiya materiallarni mikromexanizatsiyalash va shu asosda kelajak avlodlarning iqtisodiy va ijtimoiy hayotiga inqilobiy ta'sir ko'rsatishi kerak bo'lgan yangi ishlab chiqarish jarayonlari va yangi mahsulotlarni yaratish uchun yangi imkoniyatlarni taqdim etadi.
2.1 Umumiy xarakteristikalar
Nanomateryallarning tuzilishi va shunga mos ravishda xossalari ularni ishlab chiqarish bosqichida shakllanadi. Nanomateryallarning barqaror va optimal ishlashini ta'minlash uchun asos sifatida texnologiyaning ahamiyati juda aniq; bu ularning iqtisodiyoti nuqtai nazaridan ham muhim.
Nanomateryallar texnologiyasi, ikkinchisining xilma-xilligiga muvofiq, bir tomondan, metallurgiya, fizik, kimyoviy va biologik usullar, ikkinchi tomondan, an'anaviy va printsipial jihatdan yangi usullarning kombinatsiyasi bilan tavsiflanadi. Shunday qilib, agar konsolidatsiyalangan nanomateriallarni olish usullarining aksariyati an'anaviy bo'lsa, u holda skanerlash tunnel mikroskopidan foydalangan holda, masalan, "kvant qalamlari" ni ishlab chiqarish, atomlarning o'zini o'zi yig'ish orqali kvant nuqtalarini shakllantirish yoki ulardan foydalanish kabi operatsiyalar. polimer materiallarda g'ovak konstruksiyalarni yaratish uchun ion-track texnologiyasi tubdan farqli texnologik usullarga asoslangan.
Molekulyar biotexnologiyaning usullari ham juda xilma-xildir. Bularning barchasi mualliflar tomonidan ko'plab texnologik tafsilotlar («nou-xau») faqat umumiy ma'noda tasvirlanganligi va ko'pincha xabar reklama xarakteriga ega ekanligini hisobga olgan holda nanomaterial texnologiya asoslarini taqdim etishni murakkablashtiradi. Bundan tashqari, faqat asosiy va eng xarakterli texnologik usullar tahlil qilinadi.
2.2.1 Chang texnologiyalari
Kukun deganda kichik o'lchamlar - bir necha nanometrdan ming mikrongacha bo'lgan aloqada bo'lgan alohida qattiq jismlar (yoki ularning agregatlari) to'plami tushuniladi. Nanomateryallarni ishlab chiqarishga kelsak, xom ashyo sifatida ultra nozik kukunlar qo'llaniladi; hajmi 100 nm dan oshmaydigan zarralar, shuningdek intensiv silliqlash sharoitida olingan va yuqorida ko'rsatilganlarga o'xshash o'lchamdagi kichik kristalitlardan tashkil topgan kattaroq kukunlar.
Kukun texnologiyasining keyingi operatsiyalari - presslash, sinterlash, issiq presslash va boshqalar - berilgan shakl va o'lchamdagi namunani (mahsulotni) tegishli tuzilish va xususiyatlarga ega bo'lish uchun mo'ljallangan. Ushbu operatsiyalarning umumiyligi ko'pincha M.Yuning taklifiga binoan deyiladi. Balshina, konsolidatsiya. Nanomateryallarga kelsak, konsolidatsiya, bir tomondan, deyarli to'liq siqishni ta'minlashi kerak (ya'ni, strukturada makro va mikroporlarning yo'qligi), boshqa tomondan, ultra nozik materialning dastlabki o'lchamlari bilan bog'liq nanostrukturani saqlab qolish. kukun (ya'ni, sinterlangan materiallardagi don hajmi imkon qadar kichik va har qanday holatda 100 nm dan kam bo'lishi kerak).
Nanomateryallarni ishlab chiqarish uchun kukunlarni olish usullari juda xilma-xildir; ularni shartli ravishda kimyoviy va fizikaga bo'lish mumkin, ularning asosiylari, eng xarakterli o'ta nozik kukunlari ko'rsatilgan holda 1-jadvalda keltirilgan.
Qoldiq g'ovaklikni yo'qotish uchun presslangan namunalarni issiqlik bilan ishlov berish kerak - sinterlash. Biroq, nanomateriallarni ishlab chiqarishda qo'llanilganda, kukunli ob'ektlarni sinterlashning odatiy usullari asl nanostrukturani saqlab qolishga imkon bermaydi. Donning o'sishi (qayta kristallanish) va sinterlash (qisqarish) paytida siqilish jarayonlari diffuziya bilan boshqariladi, parallel ravishda, bir-birining ustiga chiqadi va yuqori siqilish tezligini qayta kristallanishning oldini olish bilan birlashtirish oson emas.
Shunday qilib, yuqori statik va dinamik bosim va o'rtacha haroratni qo'llashni o'z ichiga olgan yuqori energiyali konsolidatsiya usullaridan foydalanish donning o'sishini ma'lum darajada kechiktirish imkonini beradi.
Nanostrukturali g'ovakli yarim tayyor mahsulotlarni olish uchun ultra nozik kukunlarni bosish va sinterlashning an'anaviy usullaridan foydalanish mumkin, ular keyinchalik to'liq konsolidatsiya uchun bosim bilan ishlov berish operatsiyalariga duchor bo'ladi. Shunday qilib, kondensatsiya usuli bilan olingan mis kukunlari, zarrachalarining o'lchami ~ 35 nm bo'lgan oksidi (Cu 2 O 3) plyonkasi 3,5 nm qalinlikda, 400 MPa bosimda presslash va vodorodda 230 ºS gacha izotermik bo'lmagan sinterlashdan keyin. (isitish tezligi 0,5 ºS / min) don o'lchami 50 nm bo'lgan 90% nisbiy zichlikka ega bo'ldi. Keyinchalik gidrostatik ekstruziya yuqori mustahkamlik va plastisiyaga ega bo'lgan g'ovak bo'lmagan makronamunalarni ishlab chiqarishga olib keldi (siqishni oqish quvvati 605 MPa, nisbiy cho'zilish 18%).
An'anaviy sinterlash paytida donning o'sishini maxsus izotermik bo'lmagan isitish rejimlari yordamida kechiktirish mumkin. Bunday holda, siqilish va donning o'sishi mexanizmlari o'rtasidagi raqobat tufayli siqilish jarayonlarini optimallashtirish, qayta kristallanish hodisalarini katta darajada bartaraf etish mumkin. Sinterlangan namunadan oqim o'tkazish yo'li bilan amalga oshiriladigan elektrodeşarj sinterlash va chang ob'ektlarini issiq bosim bilan ishlov berish (masalan, zarb yoki ekstruziya) ham qayta kristallanishni inhibe qilishga yordam beradi va nanomateriallarni olish uchun ishlatilishi mumkin. Mikroto'lqinli isitish ostida keramik nanomateriallarni sinterlash, bu namunaning kesimida bir xil harorat taqsimotiga olib keladi, shuningdek, nanostrukturaning saqlanishiga yordam beradi. Shu bilan birga, konsolidatsiyaning sanab o'tilgan variantlaridagi kristallitlarning o'lchami odatda nanostrukturaning don hajmining yuqori chegarasi darajasida, ya'ni. odatda 50-100 nm dan past emas.
2.2.2 Kuchli plastik deformatsiya
Massiv metall namunalarining nanostrukturasini shakllantirish qattiq deformatsiya usuli bilan amalga oshirilishi mumkin. Kvazi-gidrostatik yuqori bosimda burilish, teng kanalli burchakli presslash va boshqa usullarni qo'llash natijasida erishilgan katta deformatsiyalar tufayli parchalangan va noto'g'ri yo'naltirilgan struktura hosil bo'ladi.
4-rasmda qattiq plastik deformatsiyaning ikkita sxemasi ko'rsatilgan - yuqori bosimli buralish va teng kanalli burchakli presslash. Sxema bo'lsa a disk shaklidagi namuna qolipga joylashtiriladi va aylanuvchi zımba bilan siqiladi. Fizikada va yuqori bosimli muhandislikda ushbu sxema Bridgman anvillarining taniqli g'oyalarini ishlab chiqadi. Yuqori bosimdagi kvazidrostatik deformatsiya va siljish deformatsiyasi yuqori burchakli don chegaralari bilan muvozanatli bo'lmagan nanostrukturalarning shakllanishiga olib keladi. Sxema bo'lsa b, uning fundamental asoslari V.M.Segal (Minsk) tomonidan ishlab chiqilgan, namuna oddiy kesish sxemasi bo'yicha deformatsiyalanadi va turli yo'llar yordamida takroriy deformatsiya qilish imkoniyati mavjud. 1990-yillarning boshlarida R. Z. Valiev va boshqalar. tuzilishi va xossalari xususiyatlari bilan bog‘liq holda olish qonuniyatlarini batafsil o‘rganib, nanomateriallarni olishda ikkala sxemadan ham foydalangan.
|