Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Этот загадочный мир наноматериалов

Ключевые слова:  Мастерские инноваций, микроскопия, микрофотографии, периодика, термогидролиз, ФИОП РОСНАНО

Автор(ы): Халиуллина Аделя Шамильевна

Опубликовал(а):  Гольдт Илья

05 июня 2015

Мы с удовольствием публикуем лучшие работы конкурса «Моя лаборатория», который провели в рамках Олимпиады Программа «Мастерские инноваций» ФИОП РОСНАНО и МГУ имени М.В.Ломоносова.


«Знание возбуждает любовь: чем больше знакомишься
с наукою, тем больше любишь ее»
Н. Чернышевский

Воспоминания... пролетевшие за один миг трудности, печали, радости, вдохновения и мечты. Выбирая в 2009 году специальность для поступления, только одно слово привлекло мое внимание, определив дальнейшую судьбу. Слово, обозначающее удивительное и невероятное, наполненное тягой познания, – нанотехнологии. Так же, как и сорок лет назад оно вызывает удивление и желание раскрыть тайну этого мира, мира удивительной науки, которая находится на стыке химии, физики, биологии, медицины и техники.

Оглядываясь назад, я не верю, что еще шесть лет назад, я не знала принципа растрового микроскопа, не работала на атомно-силовом микроскопе, не проводила синтезы материалов, не наносила тонкие пленки, не понимала, почему же у бабочки переливаются крылья, не могла представить что такое литография или кристаллическая решетка… Все эти удивительные вещи раскрыла для меня специальность, написанная в дипломе – нанотехнологии. В своей небольшой статье хочется поделиться знаниями о небольшой области нанотехнологии - наноматериалах, которые получают в промышленных или лабораторных условиях, для которых нередко требуется дорогое и уникальное оборудование, а для некоторых способов получения – требуется только керамическая чашка, несколько термостойких стаканов с электроплиткой и огромное желание людей увидеть мир нанотехнологий здесь и сейчас. Приоткрыв маленькую щелочку, хочется передать небольшой толчок, который может заставить людей сказать: «я хочу заниматься наукой!», «я хочу разгадать загадку нано-мира!»

Методы получения наноматериалов бывают разные – физические, химические, физико-химические и даже механохимические, например, помол в планетарной или шаровой мельнице. И как было сказано выше, некоторые из таких методов достаточно просты с точки зрения аппаратурного оформления. Одним из таких методов является метод получения наноматериалов по нитрат-органической технологии, его реализация возможна в обычном школьном классе химии или лаборатории, поскольку требуются только реактивы, несколько термостаканов и керамическая чашка. Для проведения синтеза берутся исходные соединения, рассчитываемые по стехиометрическому соотношению с последующим растворением в азотной кислоте для получения нитратов, единственным критерием данного синтеза является растворимость в азотной кислоте. Далее добавляется некоторое количество глицина или другого органического топлива, и полученный раствор ставится на нагревательную плитку. С течением времени данная смесь начнет воспламеняться, гореть, а иногда может просто тлеть.

Другой метод получения наноматериалов, активно применяемый в нашей лаборатории, – термогидролиз. С помощью этого метода можно получать в наноструктурированном состоянии металлы, сплавы и их оксиды на простой лабораторной установке, включающей перистальтический насос и кварцевый реактор. Как следует из названия, термогидролиз – это разложение водой при нагревании, при правильном подборе условий одновременное воздействие температуры и водяного пара на соли металлов может привести к получению продукта в искомом, наноструктурированном состоянии. Получаемый продукт при этом остается в реакторе, а остальные продукты разложения уносится вместе с потоком водяного пара и газа носителя. В качестве исходных компонентов лучше всего подходят хлориды, фториды и формиаты.

Для наглядности реализации данного метода на рис. 1 представлена схема установки.

Рис. 1. Схема установки для темогидролиза

После синтеза материала проводится его аттестация, измеряется размер частиц и изучается их морфология. Это обязательная процедура, поскольку на свойства материалов очень часто влияет не только удельная поверхность частиц, но и их форма. Удельная поверхность – это сумма поверхностей всех частиц, содержащихся в единице массы (например, 1 грамме) порошкового материала. Она является одной из основополагающих характеристик, когда дело касается порошковых материалов. Чем мельче размер частиц, тем больше удельная поверхность. Чаще всего удельную поверхность измеряют по методу БЭТ, названному в честь трех ученых – Брунауэра, Эммета и Тейлора, которые его предложили.

Кроме этого для изучения полученных соединений используется целый арсенал методик и методов, к ним, прежде всего, относятся растровая электронная микроскопия и рентгенофазовый анализ (РФА).

С помощью рентгенофазового анализа проводится определение фазового состава и параметров кристаллической решетки. Растровая электронная микроскопия позволяет увидеть мельчайшие элементы образца: зерна, крупицы, жгутики, несовершенства и поры. Существуют несколько видов приставок, которые делают электронный микроскоп универсальным методом исследования вплоть до определения качественного и количественного элементного анализа локальных областей исследуемого объекта.

Существуют и другие способы изучения материалов: просвечивающая электронная микроскопия, импедансная спектроскопия, ИК-спектроскопия, нейтронография, ЯМР, термогравиметрический анализ и другие.

В нашей лаборатории были проведены работы по синтезу множества соединений методами термогидролиза и нитрат–органической технологии, были проведены исследования морфологии и фазового состава и некоторых других интересующих свойств данных соединений. Рассматривая полученные результаты, хочется еще раз удивиться прекрасному наномиру, который не виден невооруженным глазом, который имеет свою закономерность развития и роста, может изменяться из-за сопутствующих условий, возникающих в ходе синтеза. На микрофотографии (рис.2) представлен оксид железа, полученный при 400 ºС, частицы сильно агломерированы и образуют ориентированные волокна. На микрофотографии (рис. 3) представлены частицы, полученные термогидролизом с введением хлорида натрия, используемым в качестве барьера, такие частицы однородны, форма их приближена к сферической, а сильная агломерация отсутствует.

Рис. 2. Оксид железа, полученный термогидролизом при 400 ºС

Рис.3. Оксид кобальта, полученный термогидролизом с хлоридом натрия

Еще более удивительными кажутся частицы оксида железа, которые образуют сетку, представленную на следующей микрофотографии (рис. 4) или частицы вольфрамата иттрия, полученного по нитрат-органической технологии (рис. 5). Удивляет, что возможно получение частиц оксида никеля с большим распределением частиц по размеру (рис. 6).

Рис. 4.Оксид железа полученный термогидролизом

Рис. 5.-Частицы вольфрамата иттрия, полученные глицин-нитратным способом

Рис. 6. Частицы оксида никеля, полученные термогидролизм

Эти изображения показывают насколько удивителен мир, наблюдаемый через "объектив" микроскопа, и без которого это просто белый, черный или розоватый порошок (рис. 7).

Рис. 7. Внешний вид порошка вольфрамата иттрия, синтезированного по нитрат-органической технологии в розовом тигле

Синтезируя новые соединения, варьируя условия синтеза, мы часто удивляемся полученной морфологии соединений, которая образуется по своим законам, по своим «причудам», и если многие закономерности природы уже обнаружены, то объяснение того, почему, например, на микрофотографиях видим настолько необычные и уникальные вещи – есть далеко не всегда. Многих людей, как и меня, привлекает желание познать эти тайны, найти закономерности, и глубже (в прямом смысле) понять природу вещей… Занимаясь этим интереснейшим делом, все больше и больше пытаешься докопаться до истины, погружаясь и узнавая новое и понимая, как мало ты еще знаешь. Научные знания безграничны, за это мы и любим науку, а она в ответ преподносит нам все новые непростые и увлекательные загадки.

Об авторе


Аделя Халиуллина – магистрант Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

.



В статье использованы материалы: Моя лаборатория


Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 


Комментарии
спасибо, красиво, теперь бы биологические свойства узнать полученных порошков?........

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Латексные сферы на подложке.
Латексные сферы на подложке.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Наноалмазы помогут в борьбе с вредными биоплёнками в полости рта. Одежда-оборотень из металл-диэлектрических композитов. Фуллерины – новые углеродные каркасы. По щелчку пальцев: физические аспекты знакомого явления.

III Международная гибридная школа-конференция "Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем - 2021"
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает вас принять участие в III Международной гибридной школе-конференции "Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем -2021", BioSPM-2021

SCAMT Workshop Week - практикум по нанотехнологиям в области хим/био/IT. Санкт-Петебург, 30 января - 6 февраля
SCAMT открывает подачу заявок на 8-ую научную школу SCAMT Workshop Week, которая пройдет с 30 января по 6 февраля 2022 года. Для студентов, прошедших отбор, участие в SWW бесплатное, иногородним предоставляется проживание.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2021
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 8, 9, 10 и 11 июня 2021 г. Начало защит в 11.00. Защиты пройдут с использованием дистанционных образовательных технологий.

Академик Е.Н. Каблов: «Для освоения космоса нужны новые материалы»
Янина Хужина
В этом году весь мир отмечает 60-летие первого полета человека в космос. Успех миссии Юрия Гагарина стал возможен благодаря слаженной работе многих людей: физиков, математиков, конструкторов, инженеров-проектировщиков и, конечно, материаловедов. «Научная Россия» обсудила с академиком РАН Евгением Кабловым основные вехи в развитии космического и авиационного материаловедения.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2021 году
коллектив авторов
25 - 28 мая пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.