Реферат на тему Физика поверхности. Кластеры (+слайд с докладом)

Содержание:

Введение. 3

Введение:

В настоящее время одним из наиболее интенсивно
развивающихся направлений в области естественных наук является исследование
малоразмерных объектов — наночастиц (НЧ) и наноматериалов. Бывшие долгое время
уделом узкого круга исследователей, наука о коллоидах и коллоидная химия за
последние примерно 20 лет превратились в обширную междисциплинарную область,
включающую в себя науку о наночастицах и наноматериалах (nanoscience) и
нанотехнологию. Концептуальными вопросами данного направления являются
получение и исследование наиочастиц, а также создание ансамблей (функциональных
материалов) на их основе. Разработан целый ряд физических, химических.
физико-химических и биологических методов получения и исследования НЧ, а также
методы нанотехнологии, в том числе лазерные.

Большой научный и практический интерес к наночастицам
и наноматериалам обусловлен тем, что многие их физические, химические и
термодинамические свойства существенно отличаются от свойств составляющих их
атомов или молекул и свойств макроскопического вещества, что открывает большие
возможности для получения новых материалов и создания новых технологий на их
основе. Ожидается, что наночастицы и наноматериалы будут играть важную роль в
экономике, технологии во всех сферах жизни человека.

Уникальные свойства наноматериалов определяются,
прежде всего, их структурой на атомарном уровне, в частности, структурой границ
раздела и поверхности. Роль, которую играют размер и структура наночастиц, во
многих случаях сравнима с ролью химического состава частиц. В результате это
добавляет ещё один управляемый и гибкий параметр для конструирования новых
материалов (наноматериалов) и контроля за их поведением. Многие из этих уникальных
свойств являются чрезвычайно важными и многообещающими для перспективных
технологических применений, включая наноэлектронику, нанофотоннку, биомедицину,
хранение информации, связь, оборону, исследование окружающей среды и космоса [1].

Быстрый прогресс в исследовании наночастиц и
наноматериалов обусловлен несколькими обстоятельствами.

Во-первых, разработанные методы нанотехнологии
позволяют синтезировать наночастицы практически произвольной формы и состава.

Во-вторых, современные методы диагностики дают
возможность детально исследовать свойства НЧ и наноструктур.

И, в-третьих, развитие компьютеров и вычислительных
методов позволяет предсказывать и оптимизировать свойства НЧ и основанных на
них устройств. Быстрое развитие как экспериментальных, так и теоретических
методов привело к пониманию многих свойств наиочастиц и наноматериалов.

Заключение:

Необычные свойства наноразмерных кластерных систем уже
в течение многих лет привлекают внимание исследователей, и интерес к этим
системам не ослабевает. В последнее время был достигнут значительный прогресс в
изучении нанокластеров и нанокластерных систем. Это связано с тем. что
современный уровень эксперимента позволяет не только получать отдельные
нанокластерные частицы, но и исследовать их свойства. Перечислим основные
успехи, достигнутые в области создания новых нанокластерных систем:

— разработаны методы получения монодисперсных
нанокластеров. позволяющие получать упорядоченные наноснстемы;

— найдены способы регулирования кластерных размеров
межкластерных взаимодействий и напряжений, позволяющие формировать и изменять
свойства наносистем;

— предложены способы стабилизации нанокластерных систем
путем пассивации изолированных кластеров:

— предложены методы создания упорядоченных слоев и сверхрешеток.

Дальнейший прогресс в этой области будет состоять в
синтезе новых наноструктур, в создании и развитии теоретических и
экспериментальных подходов к изучению механических, упругих, тепловых,
электронных, оптических и магнитных свойств нанокластеров и наносистем. При
этом необходимо придерживаться последовательности
нанокластер-наносистема-наноустройство.

Полученные на основе молекулярных кластеров,
фуллеренов и коллоидных кластеров упорядоченные системы и кластерные
нанокристаллы могут быть использованы в нанотехнологии для создания
одноэлектронных устройств, оптических выключателей и нелинейных систем,
лазерных устройств с перестраиваемой за счет размера кластера длиной волны,
квантовых магнетиков.

На основе фуллеренов могут быть получены одномерные
проволоки, выпрямители, диоды, электролюминесцентные источники света, холодные
катоды и плоские дисплеи.

Появилась возможность за счет варьирования
механических свойств получать сверхпластичные материалы.

Создание упорядоченных нанослоев и сверхрешеток
открывает путь к получению одноэлектронных устройств, голографическнх
изображений, сверхплотной магнитной записи.

Фрагмент текста работы:

1. Классификация наночастиц и
наноматериалов

Наноматериалы имеют ряд структурных особенностей,
которые обусловлены наличием параметров, которые могут относиться к структуре
как в целом, так и к ее отдельным элементам. В свою очередь, структурные
особенности наноматериалов находят свое отражение в необычном проявлении их
свойств. Поскольку наноматериалы лежат в основе создания наносистем, то
свойства наносистем в значительной степени зависят от свойств наноматериалов.

Существуют различные виды наноматериалов, каждый из
которых характеризуется присущей ему спецификой структуры, и как следствие,
свойств. Особенности наноматериалов и создаваемых на их основе наносистем
проявляются, прежде всего, в размерных эффектах, среди которых особое место
занимают квантовые эффекты.

Наночастицы представляют собой наноразмерные комплексы
определенным образом взаимосвязанных атомов или молекул.

К наночастицам относятся [3]:

— нанокластеры, среди которых различают упорядоченные
нанокластеры, характеризующиеся наличием определенного порядка в расположении
атомов или молекул и сильными химическими связями, и неупорядоченные
нанокластеры, характеризующиеся, соответственно, отсутствием порядка в
расположении атомов или молекул и слабыми химическими связями;

— нанокристаллы (кристаллические наночастицы),
характеризующиеся упорядоченным расположением атомов или молекул и сильными
химическими связями — подобно массивным кристаллам (макрокристаллам).

— фуллерены, состоящие из атомов углерода (или других
элементов), образующих структуру в виде сфероподобного каркаса;