Нанопорошки. Технология получения, свойства, применение.

Нанотехнологии в современном мире открывают всё новые и новые возможности для создания новых высокоэффективных материалов, которые применяются в самых разных областях: электроника и компьютерная техника, медицина, биология и многие другие сферы. Бурное развитие данной области способствует активному увеличению различного рода научных и практических исследований как для открытий новых возможностей, так и с целью дальнейшей популяризации данного направления.
Целью данной работы является изучение развития технологий создания нанопорошков, их свойств и областей применения.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
- дать теоретическую оценку понятия «нанопорошки» (история возникновения понятия, разные подходы к определению, общая характеристика понятия);
- провести анализ основных технологий получения нанопорошков на современном этапе развития общества и науки;
- дать краткую характеристику основным физико-химическим и физическим методам получения нанопорошков;
- выяснить ключевые свойства и области применения нанопорошков;
- раскрыть на нескольких примерах практическое применение нанопорошков;
- подготовить список контрольных вопросов по данной теме.
В работе использованы следующие методы: метод анализа и синтеза, исторический, аналитический, графический, метод сравнения, описательный и другие.
Методологическую базу составили учебные пособия и научные статьи ученых по изучаемой теме.
Глава 1. Теоретические основы понятия «нанопорошки»
К числу наиболее значимых технологических достижений конца 20 – начала 21 века относится создание и развитие новых технологий, которые связаны с манипулированием свойствами материалов на уровне размеров менее 100 нанометров (1 нанометр (нм) равен 10–9 м), соизмеримом с размерами макромолекул. Совокупность данных новых технологий получила название нанотехнологии. Норио Танигути в 1974 году впервые употребил термин «нанотехнология», подразумевая под ним производство изделий размеров порядка нанометров. Позднее Эрик К. Дрекслер термином «нанотехнологии» назвал новую область науки, исследуемую им в своей докторской диссертации в Массачусетском Технологическом Институте (МТИ) (книга «Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation»). Главная роль в его исследованиях отводилась математическим расчётам, поскольку с их помощью до сих пор можно провести анализ предположительных свойств и разработать устройства размеров порядка нанометров.
Решающая роль в последующем активном развитии нанотехнологий принадлежит нескольким последовавшим друг за другом достижениям в измерительной технике:
1. Немецкие физики Биниг и Рорер создают в 1981 г. сканирующий туннельный микроскоп — прибор, который позволяет осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне;
2. Американские физики Р. Керл, Х. Крото и Р. Смэйли создают в 1985 году технологии, которые позволяют точно измерять предметы диаметром в один нанометр;
3. Изобретение в 1986 году атомно-силового микроскопа, который позволяет осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими (по сравнению с туннельным микроскопом).
Как видим, бурное развитие нанаотехнологий связано прежде всего с появлением оборудования, которое дает возможность осуществлять измерения и манипуляции веществом в наноразмерном диапазоне.
Объект нанотехнологий — это нанообъекты и наноструктуры. Основная сфера применения нанотехнологий: создание, контроль, изменение свойств нанообъектов и наноструктур.
Наноразмерный объект (нанообъект) — это объект, хотя бы один из габаритных размеров которого лежит в диапазоне от 1 до 100 нм.
Наночастица (нанопорошки) — это малоразмерное твердое вещество, геометрический размер которого изменяется от десятых долей до 100 нм.
Понятия «наночастица» и «нанопорошки» во многом перекрываются, однако всегда иметь в виду возможный изолированный характер первых и обязательно совокупный вид последних (порошок — это совокупность находящихся в соприкосновении индивидуальных твердых частиц размером от 0,001 до 1000 мкм).
В настоящее время существует несколько определений термина «нанопорошок»:
- нанопорошок — это