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

 

Акватория
Акватория

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.