Bevezetés, szintézise és osztályozása nanoclusters és nanocluster struktúrában - nanoclusters
nanorendszerekben izolált klaszter
Az elmúlt évtizedben a tanulmány nanoclusters és nanoszerkezetek vett egy hatalmas ugrás. Rengeteg publikáció szentelt két alapvető tudománya nanoclusters és nanoszerkezetek, és azok lehetséges alkalmazások nanotechnológia (létrehozása eszközök szintén mágneses rögzítés nanodiodes, nanoszálak, egyetlen elektron transzfer eszközök hangolható megváltoztatásával nanolaser méret, megszerzése új nanoanyagok sajátos mechanikai, termikus, elektromos, optikai és mágneses tulajdonságok).
Ismeretes, hogy az átmenet során a makrostruktúrákat mikroszerkezetek, amelyek mérete rejlik a nanométer tartományban, a tulajdonságait az anyag lényegében változatlan marad. Így, a kondenzált állapotban nanoclusters különböző kristályrács paramétereit, a fajhő, olvadási hőmérséklete és az elektromos vezetőképesség, mint a megfelelő makrokristályok. Ezen túlmenően, ezek új optikai, mágneses és elektromos tulajdonságai változnak reakciót és katalitikus tulajdonságok. A tulajdonságait a nanostruktúrák vannak határozza meg nem csak a méret a klaszterek, hanem módszerek a szervezetük vagy önálló nanocluster egy szerkezet, amelyben klaszterek hatnak egyes atomok. Nanoszerkezetek viszont képezhetnek szupramolekuláris szerkezetek.
Szervezési módjai nanoclusters nanoszerkezetekben függ nemcsak a tulajdonságait izolált nanoclusters és intercluster kölcsönhatások, hanem a generációs nanoclusters. Ebben a tekintetben, több fő irányait a tanulmány nanoclusters és klaszter nanorendszerekben:
- módszerek megszerzésének és osztályozása nanoclusters;
- ingatlan izolált nanoclusters;
- szervezési módjai (önszerveződés) klaszter nanorendszerekben;
- ingatlan a nanocluster rendszereket.
Mint már említettük, sok a tulajdonságait nanoclusters és nanorendszerek függenek az előállításukra szolgáló eljárások. Tehát megpróbáltuk minősítette a klaszterek alapján az előállításukra irányuló eljárást. Ez az empirikus megközelítés lehetővé teszi számunkra, hogy képviselje a sokszínűség a tulajdonságok a klaszterek és a klaszter rendszerek alapján azok eredetét. Attól függően, hogy a módszer a kívánt klaszterek lehet hat csoportba oszthatjuk: molecular, gázfázisú, kolloid, szilárd, és a mátrix filmet. Izolált nanoclusters állíthatók elő kémiai reakciók (molekuláris klaszterek) lézeres bepárlással (gázfázisú klaszterek) vagy izolálása a mátrix (amikor egy szilárd állapotú szintézis és kolloid). Nanosystems alakult elsősorban eredményeként a szilárd és kolloid szintézisek során.
Molekuláris ligandum fém klaszterek
Molekuláris fém klaszterek - polinukleáris komplex vegyület, amely a molekuláris struktúráját, amely körül ligandumok keret (cella) fématomok (a számukat kell több, mint kettő) közvetlenül összekapcsolódó. A hossza a fém - fém klaszter általában rövidebb, mint az ömlesztett fém. 11 jelentése fémszerkezet lánc különböző hosszúságú és elágazás, hurkolás, poliéder, és a kombináció ezen szerkezeti elemek. Ismert homo- és Heterometallic klaszterek.
Molekuláris ligandum fém klaszterek vannak kialakítva a fém-komplex vegyületek, mint eredményeként az áramlás a különböző kémiai reakciók. Synthesis, molekuláris szerkezete és tulajdonságai fém klaszterek szentelt óriási számú publikáció (lásd. Pl, Monograph 11 és az abban található hivatkozások).
A gázfázisú ligandumtól mentes klaszterek
Ligandumtól mentes klaszterek fém vagy fém-oxid előállítható, például lézeres elpárolgását fémet a hordozóra, majd elválasztás mérete (tömeg) az idő-of-flight tömegspektrométer. Bepárlás során képződött klaszterek rögzített csapdák (a szubsztrátok), majd vizsgáltuk az elektronikus, optikai és egyéb tulajdonságok. Az így kapott klaszterek tartalmaznak tíz több száz atom. Synthesis nanoclusters nagy (> 100 nm) végezzük fűtés és elpárologtatás fémek egy nagyfrekvenciás elektromágneses mezőt egy vákuum vagy inert gáz majd kicsapva klaszterek egy szubsztráton vagy a szűrő. Alkalmazása a hordozó van szükség, mert a nanorészecskék nagyon aktív és összeragadnak az ütközés, és a hordozó szerepét játssza stabilizátor.
Egy másik gázfázisú eljárás fém klaszterek - párolgás fém, közömbös gáz képződése követ fém klaszterek az alacsony hőmérsékletű mátrix (cryochemical módszer).
Gáz fázisú szintézis módszereket alkalmaznak előállítására szén-klaszterek (mint például a fullerén). Így, a lézer párolgása grafit 1985-ben vett első C60. Szintetizálva, fullerének összetételét MSB, C70, C82, C84, C90, C96.
További gázfázisú ligandumtól mentes klaszterek kell jegyezni, van der Waals-klaszterek nemes gázok és a víz.
párolgás-kondenzációs módszer lehetővé teszi, hogy megkapjuk a legtöbb tiszta fém részecskék, és ezért jelenleg nem elvesztette relevanciáját. Azonban, ezzel a módszerrel, hogy nehéz ellenőrizni a méretek a képződött fém-klaszterek. A klaszterek így kapott jellemzi széles részecskeméret-eloszlású.
Kolloid klaszterek és nanorendszerekben
Kolloid oldatokat tartalmazó nanoclusters fémek és fémvegyületek már régóta ismert, de szükségessége miatt megszerzésének nanostruktúrák szervezett szükség van a szintézis a monodiszperz kolloid rendszerek szabályozott klaszter méretű. A szintézis monodiszperz kolloid rendszerek jellemzően egy szol-gél - a technológia magában foglalja a készítmény a szol és az azt követő átadása ez a gél. Ahhoz, hogy szolok használt variancia - navigációs és kondenzáció (fizikai és kémiai) módszerekkel. Így, a hidrolízis során a fém-alkoxidokat vagy fém-sók, amelyek szolok Az oxidok és hidroxidok fémek, amelyeket az jellemez, nagy felesleges energiát. Mivel a többlet energia az ilyen rendszerekben a szolok aggregáció történik, együtt a gél képződése. Ennek eredménye egy nanoszerkezetű, amelynek mérete legfeljebb 100 nm.
Nemrégiben, a szintézis a nanoclusters szűk részecskeméret-eloszlással kezdték használni mikroemulziós rendszerek (direkt és inverz micélium - ly) T Ezt termelt sok fém klaszterek méretű 1-től 10 nm.
Szilárd klaszterek vannak kialakítva eredményeként a különböző szilárd fázisú reakciók: a kémiai reakciók során a szilárd fázis, az átmenet során az amorf fázisban, hogy a kristály során mechanokémiai reakciók, stb Sok kémiai reakciók szilárd állapotban, például egy termikus bomlási reakciója fémkomplexei és ezek sói, képződése kíséri a fém vagy fém-oxid a sejtmagokat és a későbbi növekedésük miatt szinterezés. Méret így képződött nanoclusters változik rendkívül széles, az egyik a több száz nanométer.
A nanoclusters Amorf ötvözetek kristályosítással. A kristályosodási körülményeket úgy, hogy hozzon létre annyi magképződésnek lehet, míg nanoclusters növekedési üteme legyen lassú.
Szilárd nanoclusters lehet beszerezni, mint eredményeként fotokémiai reakciók, például ezüst-halogenidek. Ezekben a reakciókban, mint ahogyan az első nucleation majd a bővítés képződése kíséri a nanoclusters méretben kezdve tíz több száz nanométer.
Amellett, hogy a kémiai reakciók szilárd szilárd klaszterek lehet használni mechanokémiai transzformációkat. Így, mechanikai őrlése egy nagy részét egy szilárd test nyerhető nanoclusters, amelyek mérete nem haladja meg a néhány nanométer. Ebben az esetben, mivel az aktiválás az újonnan létrehozott felület lehet új nanocluster vegyületek más, mint az eredeti.
Előállításának másik módszere a szilárd nanoclusters van nanostrukturálása anyag hatására nyomás és nyírás. Növelésével a nyomás 5 GPa és nyírás 1000 ° nanoclusters lehetséges szemcseméretű akár több nanométer, és amelyek tulajdonságai élesen különbözik a kiindulási anyag tulajdonságait. Nanoclusters során is kialakuló más módszerek a képlékeny deformáció.
Előállítási eljárások A nanoclusters segítségével különféle szerves és szervetlen mátrixok és mátrixizolációs megszerzett önálló jelentőséggel, bár ezek tartalmazhatnak elemei a gázfázisú, szilárd állapotú és egyéb módszerekkel. Az a tény, hogy a nanoclusters alkalmazásával kapott mátrixok különböznek a klaszterek alakult, például a szilárd fázisú kémiai reakciók, hogy így izolálható egymástól egy mátrixon, így fűtés a teljes nanorendszerekben nem növeli a klaszter méret miatt szinterezés . A eredetisége Ez a megközelítés áll a lehetőségét, hogy korlátozzák a diszperziót nanoclusters a mérete és a változás iránya intercluster kölcsönhatások. Így, a gáz fázisú eljárással fém klaszterek mikrokapszulázási nanoclusters közömbös gázok alacsony hőmérsékleten.
Gyakran klaszterek és klaszter rendszerek eredményeként kapott kémiai reakciók oldatban, majd kicsapjuk a kapott vegyületeket a pórusokat, a szilárd anyagokat. Nanoclusters és nanorendszerek is alakult az impregnálás során a porózus mátrixok megoldások és lebonyolítása kémiai reakciókat a pórusok, mint a mikro- vagy nanoreactor. Így által szintetizált, például fém és fém-oxid klaszterek zeolitok, a klaszter méret határozza meg a méret zeolitok sejteket (1-2 nm). Ebben az esetben, az alumínium-szilikátok hozzájárulnak a kialakulásához a szervezett klaszter struktúrák.
Széles lehetőségeit különböző mérete és összetétele a klaszterek felnyitottuk szervetlen és szerves szorbensek (például szilícium-dioxid és alumínium-oxid gél ioncserélő gyanták és polysorbitol). Ebben az esetben a változás klaszter méret és szervezeti miatt előfordul, hogy változások a pórusméret és a változtatásával a hidrofilitás (vagy hidrofób) a felületi koncentrációja a kiindulási komponensek, a hőmérséklet, stb
A nanoclusters alakult nanofilmek, azzal jellemezve, hogy egy a nukleációs és növekedési eltérő mechanizmus képződésének mechanizmusát szilárd klaszter, mivel azok szintézisét van társítva a felületi kémia (a formáció kétdimenziós szerkezetek). Az epitaxiális nanofilmek a kristály felületén orientált lézeres elpárologtatása és molekuláris gerendák.
Nemrégiben az alkalmazás felületén a nanocluster nanofilmek vált széles körben használt CVD - módszerrel. Ezzel a módszerrel, a kiindulási anyagok első bepároljuk, majd vidd át a gázfázisú és lerakódik a megfelelő arányban, hogy a kiválasztott szubsztrátot.
Ahhoz, hogy hozzon létre egy ellenőrzött összetétele és vastagsága a molekuláris réteg előállítása atomi réteg lerakódása módszer, amelynek lényege abban áll, a szervezet a felületi kémiai reakciók térbeli és időbeli szétválasztás. Ilyen módon kaptuk nanoplenki tartalmazó egytől tízig egyrétegű.
A közelmúltban kidolgozott technológia a szintézis Langmuir-Blodgett lehetővé teszi lépését a feltörekvő felületén a film felületaktív anyagok (tenzidek) fém-ion és ezek komplexei, és azok alsó nanoclusters. Ez a megközelítés lehetővé teszi a kialakulását Langmuir-Blodgett filmek megrendelt egyrétegű klaszterek, majd alkalmazza őket egy különleges technikával szilárd hordozón. Ezt az eljárást meg lehet ismételni, ezáltal egy többrétegű film, és a felépítmény.