Название(я): Получение искусственных опалов
Номер в каталоге: 5
Основной предмет (школа): химия, физика
Область знания (ВУЗ): фотоника, самосборка, золь - гель технология
Актуальность: Одним из красивых и легко получаемых в условиях лаборатории полудрагоценных камней является опал. Конечно, если опал получен искусственно, то коммерческая ценность его будет невысока, однако самым ценным в рамках школьного проекта по получению искусственных опалов являются знания о необычных процессах и явлениях, которые школьник получит в процессе выполнения самой работы. В то же время, сам продукт выполнения проекта может многократно демонстрироваться на различных выставках и конкурсах. Изучение принципов строения опала и его уникальных оптических свойств могут помочь школьнику в понимании некоторых современных принципов управления светом и разработки фотоннокристаллических устройств.
Новизна: использование принципов самосборки для получения трехмерных дифракционных решеток
Цель: получение искусственного опала
Задачи:
1. литературный поиск по истории открытия опалов, их природном распространении, механизмах формирования в природных условиях
2. анализ литературных источников, описывающих структуру опалов и дефекты упаковки в опалах
3. анализ литературы по методам получения искусственных опалов и фотонных кристаллов
4. анализ литературы о развитии и перспективах создания фотоннокристаллических устройств
5. синтез монодисперсных микросфер гидратированного диоксида кремния методом Штобера (щелочной гидролиз тетраэтоксисилана в водно – спиртовом растворе, ТЕОС может быть предоставлен тьютором) или с использованием силиката натрия
6. самосборка фотоннокристаллических пленок в мениске при испарении коллоидного раствора микросфер в зависимости от температуры раствора и состояния поверхности подложки (подложка может иметь рельеф и различный баланс гидрофильности - гидрофобности)
7. получение объемных слоев опалов в результате седиментации коллоида
8. фиксация искусственных опалов пропиткой и термическим воздействием
9. изучение структуры опала с использованием оптической и электронной микроскопии
10. изучение оптических свойств опала
Экспериментальные подходы: золь – гель метод (гидролиз алкоксидных производных кремния), метод получения структур с помощью самосборки, использование седиментации
Методические подходы: основы классической кристаллографии, принципы золь – гель технологии, синтез в микрореакторах, подходы снизу - вверх, преломление и дифракция света
Требующиеся нестандартные реактивы и ресурсы: тетраэтоксисилан (может быть обеспечен тьютором)
Освоение школьником теоретического материала: изучение строения плотнейшей шаровой упаковки и других подходов классической кристаллографии, изучение принципов и химизма золь – гель технологии, синтеза в эмульсиях, подходов самосборки микро- и нанообъектов, строения дифракционных решеток, преломления и дифракции света, использование седиментации
Навыки, получаемые школьником: получение материалов с использованием «мягкой химии», приготовление и работа с растворами, декантация, работа с сушильным шкафом
Предшествующий материал по школьной программе: гидролиз, химия кремния
Роль учителя: общее руководство проектом
Возможная помощь тьюторов: обеспечение реактивами, дополнительной литературой, помощь в изучении строения полученных образцов (оптическая, электронная микроскопия, угловая зависимость спектров поглощения), консультативная помощь
Техника безопасности: особых предосторожностей не требуется (требуется работа со спиртом – легковоспламеняющейся жидкостью, ТЭОС должен храниться в особых условиях)
Примечания: в качестве дополнительных исследований можно получить иммерсионные картины иризации для жидкостей с различными показателями преломления, изучить вывод и использование модифицированного закона Вульфа – Брэгга, доменной структуры
Структура опала
Первичные литературные ссылки для начала поиска: фотонные кристаллы
Другие работы кластера "Каталог тем проектных работ" (гипертекстовый навигатор):
- 1.Cупергидрофобные покрытия природного происхождения с эффектом «лотоса»
- 2.Покрытия - хамелеоны
- 3.Синтез и исследование нетоксичных квантовых точек
- 4.Благородная металлическая радуга
- 6. Синтез и свойства люминофоров
- 7.Получение вспененного графита и графена
- 8.Сорбционные свойства силикагеля
- 9.Абразивные материалы
- 10.Эффект Тиндаля
- 11.Электрохромные материалы
- 12.Металлотермическое получение материалов
- 13.Свойства двумерных нанореакторов.
- 14.Магнитные жидкости
- 15.Исследование доступных жидкокристаллических систем
- 16.Силикатный сад
- 17.Жизнь и смерть липосом
- 18.Фунгицидные и бактерицидные наноматериалы
- 19.Химические источники тока
- 20.Вселенная клеточных автоматов
- 21.Сканирующая зондовая микроскопия
- 22.Клатраты
- 23.Проводящие полимеры
- 24. Наноматериалы на основе диоксида титана
- 25.Собственный фильтр для очистки воды
- 26.Биокерамика
- 27.Защита документов от подделки
- 28.Дурацкая замазка
- 29.Кольца Лизеганга
- 30. Разделение наночастиц
 |
|
