Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Аморфтық құймалардың кристаллизациясы.




Блок

1.«Нано» бірлігі дегеніміз не. Нанотехнология дегеніміз не. Нанотехнологияның пайда болуы. «Нано» - «гном, ергежейлі», метрдің миллиардтан бір бөлігі (10-9).Нанотехнология – өлшемі метрдің миллиардтан бір бөлігі болатын заттың әр түрлі құрылымдарын қарастырады. Нанотехнологиялар дегеніміз – жаңа химиялық, физикалық,биологиялық қасиеттері бар наномасштабты элементтерден (1-100 нм) құралған обьектілерді алу үшін құрылымдар, құралдар және жүйелерді, олардың формасын, өлшемін, құрайтын элементтерінің интеграциясы мен өзара байланысын қадағалау және өзгерту арқылы зерттеу, жобалау, өндіру және қолдану кезіндегі әдістер мен амалдар жиынтығы. нанотехнология атомдар мен молекулалардан құралған барлық техникалық процестерді біріктіреді. Сондықтан жаңа конструкциялық материалдарды алуда, мысалы жартылай өткізгішті приборларды, ақпаратты жазуға арналған құрылғыларды жасауда өте перспективті болып табылады. Негізі нанотехнология сөзі салыстырмалы түрде жаңа болып табылады ал наноөлшемдегі құрылғылар мен құрылымдар жаңа емес. Олар жер бетінде өмір пайда болғаннан бастап бар. Адамзаттың наноқұрылымдарды қай кезден бастап қолданып жатқаны белгісіз. Біздің эрамызға дейінгі 4 ғасырда Рим шыны қайнататындары құрамында металлдың нанобөлшектері бар шыны жасаған деген мәлімет бар. Осы дәуірдегі Ликург тостағаны деп аталатын бұйым Британия музейінде сақталған. Ликург королінің өлімін бейнелейтін тостаған күміс пен алтынның нанобөлшектерінен тұратын натрий әгі негізінде жасалған. Тостағанның түсі жарық көзі түскенге байланысты жасылдан күңгірт қызыл түске айналады. Орта ғасырдағы шіркеулерде витраждардың керемет түстері шыныда металл нанобөлшектерінің барымен түсіндіріледі. Өте кіші бөлшектердің кластерлердің потенциалды қажеттілігін ирланд химигі Роберт Бойлмен түсіндірілген және 1661 жылы «Химик-скептик» деген еңбегінде талқыланған. Өзінің еңбегінде Бойль Аристотельдің материяның 4 негізі жер, от, су және ауа деп айтқан көзқарасын сынайды. Бұның орнына ол өте кішкентай бөлшектер әр түрлі әдістермен қосылады және оны корпускула деп атауды ұсынды. Бойлдің пікірінше массасы өте кішкентай бөлшектер немесе кластерлер өзі құралған бөлшектерге тез таралуы ауыр болып келеді деп түсіндірді. Ричард Фейнман ( кванттық электродинамика теориясын құрғаны үшін 1965 ж Нобель сыйлығыменмарапатталды). 1959 ж. 29 желтоқсанында Нобель сыйлығының лауреаты Ричард Фейнман Калифорния университетінде өзінің әйгілі «Ана жерде, астында, орын көп» деген лекциясын оқыды «Там внизу еще очень много места».Бұл лекциясында наноөлшемді материалдарды жасау ықтималдығы мен олардың потенциалды мүмкіндіктерін қиалдап берді. Ол ені бірнеше атомнан тұратын сызықты электронды шоқтармен гравирлеуді ұсынды, осыдан электронды- сәулелі литография дамыды, мысалы қазіргі таңда литография әдісі кремний чиптерін дайындауда кең қолданыс табады. Ол қасиеті әр түрлі болып келетін өте ұсақ жаңа құрылымдарды жасау үшін жеке атомдарды бір бірлеп орналастыруды ұсынды. Ол наноөлшемді масштабтағы электр тізбектерін құруды, оларды өте қуатты компьютерлерде қолдану үшін қалай жасау керектігін оймен көрген.

 

2.Наноматериалды құрылымдардың зерттелуі. Нанотехнологияның мүмкіндіктері.Наноғылым – тіршіліктің негізгі фундаменталды процесстерін атом, молекула деңгейінде зерттейді. Нанотехнология – осы білімнің негізінде адамзатқа қажетті жаңа, ерекше қасиеттері бар материалдарды, түрлі құралдарды, агрегат, машиналарды алуға көмектеседі. Нанотехнология - бұл көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын-ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды құрастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру. Нанотехнология (грек. nanos – ергежейлі және технология) – кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым. Нанометр дегеніміз бір метрдің миллиардтан бір бөлігі (1 нанометр=10-9 метр). Наноқұрылымды материалдарды алудың кең масштабтағы қымбат емес әдістерін құру – наноғылымның алдында тұрған ең бір күрделі есептердің бірі болып табылады, оның шешімі алынған нәтижелердің технологиялық қолданыстарына қажетті. Мысалы, бірқабатты көміртекті нанотүтікшелер өте көп мөлшерде потенциалды қолданыстарға ие, мысалы датчиктен бастап газ концентрациясы, жылдам компьютерлердегі триггерлерге дейін. Бірақ та бұл идеяларды технологиялық ендіруде көп мөлшердегі нанотүтікшелерді өндіру әдістерін ойлап табу керек.

3. Наноқұрылымды материалдардың жеке сипаттамасы. Нанокластерлер, Нанокристаллдар, Наноұнтақтар. Наноқұрылым(англ. nanostructure) — табиғи не қолдан жасалынған нанообъектілердің жиынтығы, қас-і тек қана олардың құрылымдық элем-нің өлшемдеріне ғана емес сонымен қатар кеңістіктегі орналасуына тәуелді. Хим-қ құрамы және фаза-ң таралуына байл. наноқұрылымдарды бірнеше түрге бөлуге болады: бірфазалы, беттері бірдей ж/е бірдей емес статистикалық көп фазалы, матрицалық көпфазалы.Құрылымдық бірліктерінің өлшемдері б/ша ажыратылатын құрылымды материалдардың түрін 4 түрге бөлуге болады: 0–атомдық кластерлер ж/е бөлш-р,1- мультиқабат (көпқабат),2-ультромайда дәнекті жабынды, 3-көлемді нанокристаллды мат-р.Нанокластерлер- өзіне тән өлшемі 1-10нм поликристалдық наноқұрылым түрінде болатын нанобөлш-ң түрі. Кластерлер – белгілі бір қасиетке ие, дербес бірлік ретінде қарастырылатын біртекті элем-ң қосылыстары. Кең қолданыс табады, болашақта жарт.өтк-ң наноматериалдары ерекше оптикалық және электрондық қасөмен кең қолданыс табады.Нанокристалл– наноөлшемді кристалл. Өлшемі 1-15 нм дейінгі бір не көпфазалық поликристаллдардағы дәнектер.Бұндай мат-да көлемінің 2-50% фазааралық н/е дәнек аралық кеңістікке кетеді.Нанокристаллды мат-ң типтері: 0-өлшемді кластерлер, 1-өлшемді нанотүтікшелер, талшықтар, шыбықтар; 2 өлшемді пленкаларж/е қабықшалар; 3 өлш.поликр-р. Кванттық нанофизика - электрондары де-Бройль толқын ұз-ғы шамасында 1, 2 не барлық өлш-де шектеуіш потенциалмен ұсталатын 0-өлшемді жүйелермен айналысады. Нанобөлш-р (наноұнтақ) – бұл кіші өлшемді, өлш-і 0,1-ден 100 нм-ге дейінгі, қатты заттар. «Нанобөлшек» пен «наноұнтақ» түсініктері көбінесе бір мағынада, бірақ алғ-ң изоляциялық сипатын, ал 2-нің көпшілік сипатын ескеру қажет (ұнтақ– өлш-і 0,001 ден 103 мкм-ге дейінгі бір-бірімен жанасатын қатты бөлш-ң жиынтығы). Нанобөлшектерөлшемдері кішірейген сайын, 10-нан бірнеше мың атомы бар кластерлерге ауысады деп есептеледі. Нанобөлш-ге, қазіргі кезде, жарт. өткізгішті кванттық нүктелер мен полимерлік дендримерлерді де жатқызады. Дендримерлер - молекулаларының тармақтары симметриялы, қайталанатын структуралы макромолекула.

4.Консолидацияланған наноматериалдар, Наношалаөткізгіштер, Нанополимерлер. Консолидацияланған (лат. – біріктіру, нығайту, шоғырланым, шоғырландыру) наноматериалдарға, аморфтық күйден кристаллизациялану процесін қадағалайтын ұнтақтық технологиялар, дәйекті пластикалық деформация және басқа да пленкалар мен жабындылар түсіру әдістері арқылы алынатын түрлі компактілер, металдар, құймалар мен қоспалардан жасалған пленкалар мен жабындыларды жатқызады. Бұл материалдардың нанодәнектері (нанокристаллиттері) изоляцияланған (яғни, жеке құрылымдар сияқты) не шала байланысқан күйде емес, консолидацияланған күйде болады. Дәнекаралық қабақшалардың беріктілігі консолидацияланған наноматериалдарда әжептеуір үлкен болады.

Нано жартылай өткізгіштер, нанополимерлер (поли-көп, мер – өлшем, көп молекулалы), нанобиоматериалдар изоляцияланған күйде де, толық емес консолидацияланған күйдеде болып, гибридтік (гибрид – табиғаты әр түрлі қосылыстардыңжиынтығы, бірігуі, қоспалы) материалдар түзе алады.

Нанобаспалы литография көмегімен диаметрі 10 нм және тереңдігі 60 нм тесіктері бар полимерлік шаблондар (темплаттар)жасауға болады.

Тесіктер қадамы 40 нм квадраттық тор құрайды да, көміртекті нанотүтікшелер, катализаторлар және т.б. тәрізді нанообъектілерді орналастыруға арналған. Мұндай шаблондар арнайы штамптарды деформациялау, соңынан тесіктерінен полимерлік қалдықтарды иондық травление арқылы алып тастау арқылы жасалады.

5.Фуллерендер, тубулярлық наноқұрылымдар, Катализаторлар.Фуллерендер мен тубулярлық (tubularis; лат. tubulus түтікше) түтікшеге қатысты, пішіні түтікше тәрізді) наноқұрылымдар, 1985 жылы көміртегінің жаңа аллотроптық түрі – фуллерендер деп аталған С60 және С70 кластерлері алынғаннан бастап (Нобель сыйлығының лауреаттары Н.Крото, Р.Керлу және Р.Смолли жұмыстарынан кейін), және, әсірісе, 1991 ж. жапон ғалымы С.Ишиманың графиттің электрдоғалық булануынан пайда болған заттарында көміртегі нанотүтікшелерін тапқанынан бастап, көптеген зерттеулердің объектісіне айналды. Айта кету керек, фуллерендер мен нанотүтікшелер бұдан бұрын да байқалған еді.Көміртектің аллотропты өзгерісі. Грекше «икосаэдр»-грань,қыры.20қыры,30 қабырғасы,12 бұрыштары бар.Фуллерен молекулалары 20-540 дейін көміртек атомы болады,сфера тәрізді.Айырмашылығы:-органикалық еріткіштерде ериді, -ерітіндіден кристалдары кристалданып шығады, -түсі қызыл-қоныр, -молекулалық қозғалысы ретсіз .Фуллерен құрылысының 6 бұрышты-1,386А° және 5 бұрышты-1,434А° тұрады.Фуллерен молекуласының ішкі диаметрі 5А°,сыртқы диаметрі 7,1А°.Фуллерен тұрақты құрылыс,кристалдық күйінде ауадағы оттекпен әрекеттеспейді,қышқыл мен негіздің әсерінен тұрақты.360°С балқымайды.Химиялық қасиеттері:фуллерен аксепторлы қасиеті жоғары,күшті негіздердің әсерінен 6 электронға дейін қосып алады,оңай нуклеофильдер мен радикалдарды қосып алады.Негізгі металдардың әсерінен тотықсызданғанда металдан электрон фуллеренгекөшеді.фуллерен құрылымы –регби добы сияқты.

Катализаторлар– кең қолданыс тапқан нанообъектілердің мысалы болып табылады. Катализаторлар гомогенді және гетерогенді болып келеді. Гомогенді катализаторларға қышқылдар және оның негіздері, ал гетерогенді катализаторларға металдар, олардың оксидтері және сульфидтері кіреді. Катализаторлар химиялық реакцияға түспейді, тек реакцияны тездетеді, соңғы алынатын өнімде катализаторлар болмайды. Гомогенді катализаторлар реакцияланатын заттармен бір фаза құрады, ал гетерогенді реакцияланатын заттармен бір фаза құрмайды, өздері бөлек фаза болып құрылады.

6.Нанокеуекті материалдар, Супрамолекулалық құрылымдар. Нанокеуектіматериалдардың кеуектерінің өлшемдері, әдетте, 100 нм-ден кіші болады. Бұл цеолиттік және цеолит тәрізді, және де каналдары мен қуыстары кеңістікте қайталанатын, газдарды диффузиялық бөлуге және функционалдық арналымы бар нанобөлшектерді орналастыруға және стабилизациялауға (катализге арналған төсеніштер, эмиттерлер, датчиктер) арналған көміртекті және полимерлік наноқұрылымдар.

Нанокеуекті материалдарды алудың технологиялық амалдары көп түрлі:

гидротермалды синтез,

золь-гель-процестері,

электрохимиялық әдістер,

карбидті материалдарды хлормен өңдеу және т.б.

Түрлі ұялы структуралар стандартты литография (болашақ тордың суретін түсіру), сілтілік травление, анодтық еріту, тотығу-қайта қалпына келу және т.б. әдістерінің түрлі комбинациясымен алынады.

Полимерлер, диэлектриктер мен жартылай өткізгіштерді жоғары энергиялы иондармен өңдегенде нанофильтрлер, наношаблондар және т.б. алуға қолданатын наноөлшемді иондық тректер пайда болады. Супрамолекулалық құрылымдар – бұл,молекулалары мен олардың ансамбльдері арасында әлсіз химиялық (ван-дер-ваальс, сутектік, т.с.с.) байланыс түзілетін коваленттік емес синтез арқылы алынатын наноқұрылымдар.

7.Наноқұрылымдардың сызықты өлшемдері бойынша классификациясы: нөл-, бір-, екі- және үшөлшемдік құрылымдар.Егер де үлгінің өлшемі бір бағытта наноөлшемді дипазонда жатып, қалған екі бағытта үлкен өлшемде қала беретін болса онда алынатын құрылым кванттық шұңқыр депа талады.

Егер үлг іекі диапазонда наноөлшемді болып ал үшінші бағытта үлкен өлшемде қала берсе онда оны кванттық талшық деп атайды. Шекті жағдайы, егер барлық үшөлшемде наноөлшемді диапазонда жататын болса онда оны кванттық нүкте деп атайды. үшбағытта заряд тасымалдаушылардың қозғалысы шектеулі, бұл нөл-өлшемді деп аталады. Кванттық физикада өте қызықты эффектілердің бірі – ол квантық өлшемдегі эффектілер және олар өте маңызды рөл атқарады. Заряд тасымалдаушылардың қозғалысы өлшемнің санына байланысты шектеулі, оларды бірнеше топқа бөледі: Кванттық нүктелер - заряд тасымалдаушылар қозғалысы 3өлшем бойынша, кванттық жіптер - заряд тасымалдаушылар қозғалысы 2өлшем бойынша, кванттық шұңқырлар - заряд тасымалдаушылар қозғалысы 1өлшем бойынша шектеулі. Кванттық шұңқырларды жартылайөткізгіштің жіңішке қабатын материалдың 2 қабатының ортасына салып, жасайды. Нәтижесінде электрон бір бағытта бекітулі және ол кванттық энергияның көлденең қозғалысына әкеледіСонымен қоса, 2 басқа бағытта электрондардың қозғалысы бос күйінде болады, яғни кванттық шұңқырда электрон газы 2 өлшемді болады және дәл осылай кванттық барьері бар құрылымды дайындауға болады. Егер кванттық қоспаларға донорлы қоспаны қоссақ, онда 2өлшемді электрон газы алынады, олар төмен температурада өте ерекше қасиет көрсетеді. Осындай қасиеттердің бірі Холл эффектінде көрсетіледі, олар магнит өрістерінде бақыланады. Ал, егер акцепторлы қоспаны қоссақ, онда кемтіктік газ алынады. Бір өлшемді электрон газы бар құрылымдар кванттық жіптер болып табылады. Мұндай құрылымда 2 бағыт өте аз (y және x), әрбір бағыттың энергетикалық спектрі: En=(h*n/a)2/8m,a – осы бағыттағы пленканың қалыңдығы; Осы бағытта потенциалдық шұңқыр пайда болады. Қалған бағытта (x) электрон бос күйінде қозғала алады. Пайда болған потенциалды шұңқырды шексіз терең деп санап, ал En шұңқырмен салыстырғанда аз болу керек. Мұндай жағдай қалыңдығы нанометр өлшемдегі жіпке әкеледі. Тасымалдаушы кванттық өлшемдегі жіптердің толық энергиясы: E=Enm+2px/2m, pxжіптің бағытындағы (x) импульс компонентті. Нөл өлшемді электрон газы бар құрылымдар кванттық нүктелер деп аталады. Потенциалды шұңқырларды синтездегенде пленканың материалынан В материалынан өсірілген А-ң островкаларын жасауға болады. А және В араларының өлшемдері өте үлкен. Егерде молекулярлы-сәулелі эпитаксияның өсуін тоқтатсақ, онда А материалының универсалды нүктелерін алуға болады. Кванттық нүктелерді 1980 жылы Алексей Екимов әйнекті матрицада алды, ал кванттық нүкте терминін Марк Аид ұсынған. Кванттық нүктелер өлшемі 1-10нм аралығындағы бөлшектер. Кванттық нүктенің ішінде электронның потенциалдық энергиясы, сыртындағыға қарағанда төменірек, яғни электрон қозғалысы барлық үш өлшемде шектеулі. Кванттық нүктелерде электрондардың энергетикалық спектрі дискретті деңгейлерден тұрады. Кванттық шұңқырлар негізіндегі технологиялар жартылайөткізгіш лазерлерді алуда қолданылады, олар p-n ауысуларындағы кәдімгі лазерлерге қарағанда тиімді.

 

8.Қазіргі микроэлектроника дамуының табиғи шектері. Кванттық нүктелер, сымдар және шұңқырлар. Пленканың кристаллизациясының механизмін ұсыну кванттық нүктелердің гетероқұрылымдар бойынша құрастыруында өте қажет болды. Егер де үлгінің өлшемі бір бағытта наноөлшемді дипазонда жатып, қалған екі бағытта үлкен өлшемде қала беретін болса онда алынатын құрылым кванттық шұңқыр депа талады. Егер үлг іекі диапазонда наноөлшемді болып ал үшінші бағытта үлкен өлшемде қала берсе онда оны кванттық талшық деп атайды. Шекті жағдайы, егер барлық үшөлшемде наноөлшемді диапазонда жататын болса онда оны кванттық нүкте деп атайды. «Квантты» эпитеті наноқұрылымдарда қолданылу себебі, ультракіші масштабтарда үлгіқасиетінің квантты-механикалық табиғаты өзгереді.Кванттық өлшемдік эффект қозғалысы тек бір,екі немесе үшбағытта шектелген заряд тасымалдаушылардың энергияларының квантталуымен байланысты.Шалаөткізгішті кванттық нүктелерді алудың жолы әртүрлі:олар литография көмегімен планарлы шалаөткізгішті гетероқұрылымдардың көмегімен алынуы мүмкін,соңғы кездері қарқынды дамып келе жатқан әдістер өтекөп, яғни көптеген әдістермен алуғаболады.Кванттық нүктелер, кванттық шұңқырлар,кванттық талшықтар тек қана гетероқұрылымдардың шегінде алынады. Мысалы, GaAs және GaAlAs қосылысынан. Егер қатты денелі құрылым біртекті болатын болса ,онда мұндай құрылымда кванттық нүктелер,сондай ақ шұңқырлар, талшықтар алынбайды. Кванттық нүктеде барлық үшбағытта заряд тасымалдаушылардың қозғалысы шектеулі, бұл нөл-өлшемді деп аталады. Кванттық физикада өте қызықты эффектілердің бірі – ол квантық өлшемдегі эффектілер және олар өте маңызды рөл атқарады. Заряд тасымалдаушылардың қозғалысы өлшемнің санына байланысты шектеулі, оларды бірнеше топқа бөледі: Кванттық нүктелер - заряд тасымалдаушылар қозғалысы 3өлшем бойынша, кванттық жіптер - заряд тасымалдаушылар қозғалысы 2өлшем бойынша, кванттық шұңқырлар - заряд тасымалдаушылар қозғалысы 1өлшем бойынша шектеулі. Кванттық шұңқырларды жартылайөткізгіштің жіңішке қабатын материалдың 2 қабатының ортасына салып, жасайды. Нәтижесінде электрон бір бағытта бекітулі және ол кванттық энергияның көлденең қозғалысына әкеледіСонымен қоса, 2 басқа бағытта электрондардың қозғалысы бос күйінде болады, яғни кванттық шұңқырда электрон газы 2 өлшемді болады және дәл осылай кванттық барьері бар құрылымды дайындауға болады. Егер кванттық қоспаларға донорлы қоспаны қоссақ, онда 2өлшемді электрон газы алынады, олар төмен температурада өте ерекше қасиет көрсетеді. Осындай қасиеттердің бірі Холл эффектінде көрсетіледі, олар магнит өрістерінде бақыланады. Ал, егер акцепторлы қоспаны қоссақ, онда кемтіктік газ алынады. Бір өлшемді электрон газы бар құрылымдар кванттық жіптер болып табылады. Мұндай құрылымда 2 бағыт өте аз (y және x), әрбір бағыттың энергетикалық спектрі: En=(h*n/a)2/8m,a – осы бағыттағы пленканың қалыңдығы; Осы бағытта потенциалдық шұңқыр пайда болады. Қалған бағытта (x) электрон бос күйінде қозғала алады. Пайда болған потенциалды шұңқырды шексіз терең деп санап, ал En шұңқырмен салыстырғанда аз болу керек. Мұндай жағдай қалыңдығы нанометр өлшемдегі жіпке әкеледі. Тасымалдаушы кванттық өлшемдегі жіптердің толық энергиясы: E=Enm+2px/2m, pxжіптің бағытындағы (x) импульс компонентті. Нөл өлшемді электрон газы бар құрылымдар кванттық нүктелер деп аталады. Потенциалды шұңқырларды синтездегенде пленканың материалынан В материалынан өсірілген А-ң островкаларын жасауға болады. А және В араларының өлшемдері өте үлкен. Егерде молекулярлы-сәулелі эпитаксияның өсуін тоқтатсақ, онда А материалының универсалды нүктелерін алуға болады. Кванттық нүктелерді 1980 жылы Алексей Екимов әйнекті матрицада алды, ал кванттық нүкте терминін Марк Аид ұсынған. Кванттық нүктелер өлшемі 1-10нм аралығындағы бөлшектер. Кванттық нүктенің ішінде электронның потенциалдық энергиясы, сыртындағыға қарағанда төменірек, яғни электрон қозғалысы барлық үш өлшемде шектеулі. Кванттық нүктелерде электрондардың энергетикалық спектрі дискретті деңгейлерден тұрады. Кванттық шұңқырлар негізіндегі технологиялар жартылайөткізгіш лазерлерді алуда қолданылады, олар p-n ауысуларындағы кәдімгі лазерлерге қарағанда тиімді.

 

9.Көміртекті наноқұрылымдар: кластерлер, фуллерендер, көміртектік түтікшелер. Алу әдістері мен қолдану аялары.Фуллерендер мен тубулярлық (tubularis; лат. tubulus түтікше) түтікшеге қатысты, пішіні түтікше тәрізді) наноқұрылымдар, 1985 жылы көміртегінің жаңа аллотроптық түрі – фуллерендер деп аталған С60 және С70 кластерлері алынғаннан бастап (Нобель сыйлығының лауреаттары Н.Крото, Р.Керлу және Р.Смолли жұмыстарынан кейін), және, әсірісе, 1991 ж. жапон ғалымы С.Ишиманың графиттің электрдоғалық булануынан пайда болған заттарында көміртегі нанотүтікшелерін тапқанынан бастап, көптеген зерттеулердің объектісіне айналды. Айта кету керек, фуллерендер мен нанотүтікшелер бұдан бұрын да байқалған еді.Доғалық разрядта графиттің булануынан пайда болған тұнбаларды зерттеу кезінде графиттің (графеннің) атомдық торының жолақтары тігіссіз түтікшелер түрінде оралатындығы байқалған. Түтікшелердің ішкі диаметрі нанометр бөлігінен бірнеше нанометрге дейін, ал олардың ұзындығы 5 – 50 мкм аралығында. Фуллерендер мен көміртекті нанотүтікшелер алуға арналған қондырғының құрылысы:графит анод; графит катод; ток енгізгіштер; изолятор; ұстатқыш; салқындатылатын реактор; мыс орамы; электродвигатель; вакуумметр; фильтр; вакуум мен газ жеткізушілер. Түтікшелердің ең жоғары шығымы гелийдің 500 – 600 кПа қысымында орын алады; доғалық режимнің параметрлері, электродтардың геометриясы, процестің ұзақтығы, реакция жүретін кеңістік өлшемі де үлкен әсер береді. Синтезден кейін түтікшелердің ұштары өзіндік “қалпақтармен” (жарты сфералық не конустық) жабық болады. Нанотүтікшелерді тазалау және ұштарын ашу технологияның маңызды бөлігі болып табылады, ол түрлі әдістермен жүргізіледі (тотықтыру, қышқылдармен әсерлесу,ультрадыбыспен өңдеу, т.б.).

Сонымен қатар, нанотүтікшелер алу үшін графитті лазермен шашырату және катализаторлардың (темір қатарындағы металдар және т.б.) қатысуымен көмірсутектердің пиролизін де қолданады. Соңғы әдісөнімділікті арттыру және түтікшелердің структуралық түрлілігін кеңейту тұрғысынан перспективті болып табылады. Нанотүтікшелердің ішкі қуыстарын түрлі металдар және қоспалармен толтыру не синтез барысында, не тазартудан кейін жүргізіле алады. Бірінші жағдайда қоспалар графит электродына енгізілуі мүмкін; екінші жағдай көптеген әдістермен жүзеге асырыла алады да (құймалардан, ерітінділерден, газдық фазадан “бағытталған толтыру және т.б.), кеңірек қолданыс табады. Бір және көп қабатты нанотүтікшелер, және де пияз тәрізді құрылымдардың пайда болу механизмі туралы әлі ортақ тұжырым жоқ; түрлі модельдер ұсынылып, түрлі ойлар айтылады (реакция зонасынды «симметрия осьтерінің» болуы; ұрықтардың, төсеніштер мен катализаторлардың ролі; спиральмен өсу, т.б.). Көміртекті нанотүтікшелердің ашылғанынан кейін, оралып қалу қасиеті тек графитке емес, басқа да көптеген қоспаларға – бор нитридтері мен карбидтері, халькогенидтер, оксидтер, галогенидтер мен түрлі үштік қоспаларға – тән екені анықталды. Соңғы кездерде металл (Au) түтікшелері алынды. Теория C3N4, TiB2, MgB2, P, Si, Ge және А3В5 типіндегі жартылай өткізгіштері негізінде де нанотүтікшелер алуға болатынын болжап отыр. Жартылай өткізгіштер мен басқа заттар негізіндегі өзімен-өзі құрылатын нанотүтікшелер түріндегі үш өлшемді наноструктуралар жұқа қабаттардың түтікше-орамдарға өзімен-өзі оралу нәтижесінде алынуы мүмкін. Бұл кезде, эпитаксиалды қабатта (созу кернеулігі) және төсеніште (сығу кернеулігі) пайда болатын қалдық кернеулердің өзгешілігі қолданылады, бұл InGaAs/GaAs, SiGe/Si және т.б. мысалдарда тәжірибеден көрсетілді.

10.Қатты денелердің атомдық құрылымы.Қатты дене деп өзінің формасы мен көлемін сақтайтын заттарды айтамыз. Олар негізінен кристалл күйде болады.
Кристалдар - атомдары немесе молекулалары кеңістікте белгілі реттеліп орналасқан қатты денелер, яғни олар кристалдық тор түзеді. Кристалдық тор - бұл түйіндерінде бөлшектер орналасқан кеңістік тор. Элементар ұяшық - минималды атом санының көлем элементі. Элементар ұяшық кристалл құрылысының ерекшеліктерін сипаттайды.Кристалдың негізгі параметрлері: Элементар ұяшықтың қабырғаларының өлшемі - а, b, с – атомдар центрлерінің арасындағы қашықтық. Ось арасындағы бұрыш - (α, β, γ) Координациялық сан тордағы кез-келген атомнан жақын маңда, бірдей қашықтықта орналасқан атомдар санын көрсетеді. Тордың бір элементар ұяшығына келетін атом саны -тор негізі кристалдық тордағы атомның орналасуының тығыздығы.Ол атом орналасқан көлем мен ұяшық көлеміне қатынасымен анықталады. Көлемдік кубтық центрілген үшін-0,68. Қырлық кубтық центрілген үшін – 0,74 Кристалдық ұяшықтарды француз ғалымы О.Браве жіктеді.Соған байланысты «Браве ұяшығы»деген атау иемденді. Кристалдық денелер үшін 14 ұяшық түрі бар.Олар 4 типке бөлінеді: ●қарапайым – тор түйіндері элементар ұяшықтың төбелерімен сәйкес келеді.●негіздік центрілген – атомдар ұяшықтың төбелерінде және қарама-қарсы 2 орнында орналасады. ●көлемдік центрілген – атомдар ұяшықтың төбелері мен центрлерінде орналасады ●қырлық центрілген – атомдар ұяшықтың төбелерінде және 6 қырының центрлерінде орналасады.Кристалдық құрылымдардың түрлері.Кристалдардың әр түрлі типтерін және кристалдық торда орналасу мүмкіндіктерін кристаллография зерттейді. Кристал торының түйіндерінде орналасқан бөлшектер арасында әрекет ететін күштердің сипаты бойынша кристалдық құрылымдарды төрт түрге бөледі: иондық, атомдық, молекулалық және металдық.
Тор түйіндерінде бейтарап атомдардың болуымен сипатталатын құрылым, атомдық кристалдық құрылым деп аталады. Олар коваленттік байланысқан. Коваленттік байланыс деп іргелес орналасқан екі атомның өзара екі валенттік электрондар алмасуы кезінде туатын тартылыс күшінің салдарынан пайда болатын байланысты атайды. Кристалдық тордың симметриясы түрліше болады. Кристалдык, тордың симметриясы деп тордың кейбір кеңістіктік орын ауыстырулар кезінде өзді өзімен бірдей түсу қасиеті аталады. Барлық кристалдар элементар үяшықтың пішініне қарай жеті кристаллографиялық жүйелерге бөлінеді, олардың әрбіреулеріне бірнеше симметрия түрлерІ кіреді. І.Триклиндік жүйе. Ол үшін а=Ь=с,β=α=γ.
Элементар үяшық көлбеу параллелипед түрінде болады.
2. Моноклиндік жүйе. Екі бүрышы тік, ал үшінші бүрышы тік емес
(ол үшін р бүрышын алу келісілген): а=Ь=с, а = β = 90°; γ=120. Элементар үяшық тік призма түрінде болады, оның табанында параллелограмм (яғни тік параллелепипед) түрінде болады. З.Ромбылық жүйе. Барлық бүрыштары т ік,барлық қабырғалары түрліше: а≠Ь≠с, а=β = у = 90°) Элементар үяшық тік бүрышты параллелипипед түрінде. 4.Тетрогоналдық жүйе.Барлық бүрьштары тік, екі кабырғасы-бірдей: а=в≠с, а=β = ү = 90°. Элементар үяшық-табаны квадраттік призма. 5.Ромбоэдр немесе тригоналдық жүйе. Барлық қабырғалары-бірдей, барлық бүрыштары да бірдей, бірақ тік бүрыш емес: а ≠Ъ ≠ с; а = В = γ= 90°. Элементар үяшық диагональ бойымен сығылған немесе созылған куб түрінде болады. 6. Гексагоналдық жүйе. Қабырғалары мен олардың арасындағы бүрыштары мына шартгы канағаттандырады: а = Ь≠ с; а = β = 90°, у = 120°. Егер үш элементар үяшықтарды бірге , онда дүрыс алтыжақтық призма шығады. 7. К у б т ы қ (текшелік) жүйе. Барлық қабырғалары- бірдей, барлық бүрыштары-тік: а = в = с; а = β = ү = 90°,. Элементар үяшық куб (текше) түрінде. Кристалдық тордың негізгі типтері1.Көлемдік кубтық центрілген (ОЦК), атомдар кубтың төбелері мен центрлерінде орналасады (V, W, Ti, ).2.Қырлық кубтық центрілген (ГЦК), атомдар кубтың төбелері мен әр 6 қырдың центрінде орналасады.(Ag, Au, )3.Гексагональдық, оның негізінде алты бұрыш жатыр:қарапайым – атомдар ұяшықтың төбелерінде және 2 негіздемелерінің центрлерінде орналасады (графит түріндегі көміртегі); тығыз орналасқан (ГПУ) – ортаңғы жазықтықта 3 қосымша атом болады.

 

 

11.Қатты денелердегі химиялық байланыстар түрлері. Коваленттік химиялық байланыс атомдардың арасында ортақ электрон бұлты түзіліп, ортақ электрон жұбы пайда болғанда шығады. Әрекеттесуге қатысқан элемент атомдары тұрақты әрі тиімді 8 электронды конфигурацияға (с2п6) ие болады, тек сутек үшін 2 электрон(с2) жеткілікті. Коваленттік байланыс екі түрлі механизммен түзіледі: бірі — алмасу, екіншісі — донорлы-акцепторлы. Алмасу механизмі атомдардың жұптаспаған электрондарының бұлттары өзара бүркесіп ортақ жұп түзгенде байқалады. Мысалы, сутек молекуласында с — с орбитальдар бүркесіп, полюссіз коваленттік байланыс түзеді. Металдық байланыс.Металдың кристалдық торының түйіндерінде атомдар немесе олардың иондары орналасатыны белгілі. Металдық тордағы бостау күйдегі делокальданған электрондар көптеген ядролардың арасында өзара тарту күштерін тудырып, металдық байланыс түзеді. Металдардың сыртқы деңгейіндегі валенттік электрондар саны аз болатындықтан, олардың иондарға айналуы қиын емес: Ме - не- → Ме+н .Мұндай қабілетті металдар бос күйде де, химиялық әрекеттесу кезінде де көрсетеді. Бос күйдегі металдың белгілі физикалық қасиеттері: электр- және жылуөткізгіштігі, қаттылығы, иілімділігі, созылғыштығы, өзіне тән жылтыры, т.б. булардың барлығы металдық байланысқа тәуелді. Металдардың валенттік электрондары өз ядросымен нашар байланысқан. Сондықтан, бір-бірінен оңай ажырайды және металда теріс иондар қатары қалыптасады. Бұл иондар кристалдық торда орналасқан және электрондардың көбісі бүкіл кристалл бойынша жылжи алады. Металдың электрондары бүкіл металдағы атомдарды байланыстырады. Металдағы электрондар(валенттік электрондар) газ бен кристалдық торлардағызарядталған иондардың арқаумен бір-бірімен әрекеттесуіне себепші болған - химиялық байланыс. Металдық байланыстың идеалды моделі металдың валенттік электрондармен жарым-жартылай топтастырылған энергетикалық аймағының (өткізу қабілеті бар зонасы) пайда болуына сәйкес келеді. Металдарды құрастыратын атомдардың жақындасуымен валенттік электрондардың атомдық орбиталдары, түйіндес қоспаның делокализдалған п-орбиталдар сияқты, кристалдық торлар бойынша делокализдалған п-орбиталдарға айналады. Металдық байланыстыңсандық сипаттамасы квант механикасымен ғана бола алады. Сапалық сипаттаманы коваленттік байланыстың ұғымымен түсінуге болады. Металдың екі атомы жақындасқанда, мысалы Лі, коваленттік байланыс пайда болады, сонымен валенттік электрондың әр энергетивтік деңгейі екіге бөлінеді. Лі атомдардың Н саны кристалдық торларды жасаған кезде, көрші атомдардың электрон бұлттарының қайта жабуы валенттік электрондың әр энергетикалық деңгейі Н деңгейлерге бөлінеді. Деңгейлердің саны көп болғандықтан, олар бір-біріне жақын орналасқан. Сол үшін оларды энергетикалық деңгейлердің бөлінбейтін, әрі ақырғы ені бар, бір зонасы деп есептеуге болады. Валенттік электронлардың саны бірдей болған екі атомдық молекуламен салыстырғанда, әр атом көп байланыстардың пайда болуына үлес қосып жатады. Сондықтан, жүйенің энергиясының минимумы (немесе байланыстың максимумы) молекуладағы екі центрлік байланысына қарағанда, үлкен қашықтыққа жете алады. Металдардағы атомдар арасындағы қашықтық, коваленттік байланыспен құрылған қосылыстарға қарағанда (металлдық атомдардың радиусы әрқашан коваленттік радиусынан үлкен) едәуір үлкен. Ал үйлестіретін саны (ең жақын көршілердің саны) металдың кристалдық торыларында көбінесе 8 немесе 8-ден үлкен. Ең көп кездесетін кристалдық құрылымдардың үйлестіретін саны 8 (көлеміцентрир. текше), 12 (шекцетрир. текше немесе гексаген. тығыздап оралған). Коваленттік радиустарды пайдаланып металл торларының параметрлерінің есептеуі төмен нәтижелерді көрсетеді. Осылайша, Лі2 молекуланың (коваленттік байланыс) Лі атомдардың арасындағы қашықтығы 0,267 нм, ал Лі металлдың ішінде 0,304 нм тен. Металлдағы әр Лі атомдың ең жақын көршілерінің саны 8 болса, есе көп қашықтықта тағы 6 бар. Байланыстың энергиясы Лі бір атомға санасақ, ең жақын көршілердің саны өскеннен Лі2 үшін 0,96.10-19Дж-нен, кристаллдық Ліүшін 2,9.10-19 Дж-ге өседі. Иондық байланыс. Иондық байланыс катиондар мен аниондардың арасында электро-статикалық тартылу күшінің нәтижесінде пайда болады. Химиялық әрекеттескен атомдар 8 электронды тұрақты октет қабатқа ие болып, катион мен анионға айналу үшін олар күшті металдар мен бейметалдарға жатуы тиіс. Иондық байланысқан қатты заттар иондық кристалдық торға ие болады. Сондықтан олар қатты, берік, қиын балқитын заттарға жатады. Иондық байланыс көбіне нағыз типтік металдардың оксидтері мен гидроксидтеріне және барлық тұздарға тән. Әдетте, бір молекуланың ішінде байланыстың әр түрлі типтері кездеседі. Мысалы, күшті негіздерде (КОН, Са(ОН)2, т.б. ) металл катионы мен гидроксотоп арасында иондық, ал оттек пен сутек арасында коваленттік полюсті байланыс түзіледі. Оттекті қышқылдардың тұздарында да (К2СО4, СаСО3, т.б.) металл катионы қышқыл қалдығының анионымен иондық байланыспен байланысса, оттек пен бейметалл (С, С) арасында коваленттік полюсті байланыс түзіледі.Жалпы алғанда, химиялық байланысты типтерге жіктеу шартты сипатқа ие. Өйткені олардың түпкі негізі бір. Мысалы, иондық байланысты коваленттік байланыстың шекті түрі деп қарау керек. Металдық байланыста коваленттік полюсті байланыстың да, иондық байланыстың да элементтері бар. ас тұзы — натрий хлориді иондық байланысты қосылыстарға жатады. Іс жүзінде оның 84% байланысы иондыққа, қалған 16%-і коваленттіге тиесілі.

 

 

12.Шалаөткізгіштердегі бөлшектер мен квазибөлшектер. Шалаөткізгіштер-электр өткізгіштігі б/а металдар мен диэлектриктердің арасында орын алатын (10-80м-1см-1s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="36"/><w:sz-cs w:val="36"/></w:rPr><m:t>&lt;Пѓ&lt;</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>"> 10-60м-1см-1) заттар, бөлме темп-да шалаөткізгіштік қас-і анық байқалатын заттар тобы. Шалаөтк-ге Менделеев периодтық жүйесінің тобындағы графит, кремний, германий, сурьма, қалайы, селлен, теллур элементтері сондай-ақ кейбір тотықтар, көптеген қорытпалар, органикалық қосылыстар жатады.Шалаөтк-ң металдардан ерекшелігі:Олардың меншікті кедергілері мен электр өткізгіштігі темп.жоғарылағанда күрт өзгереді: кемиді,артады; ал металдарда олар керісінше өзгереді;Аса төмен темп-да шалаөтк-ң меншікті кедергілері өте жоғары, ал электр өтк. тым аз болғандықтан, олар диэлектриктерге ұқсайды; Кемтік- шалаөткізгіштің валенттік аймағындағы толтырылған электрондық күйді көрсететін квазибөлшек. Кемтіктің заряды оң және электрон зарядына тең деп алынады. Әдетте, кемтіктің өткігіштік электронға қарағанда эффективтік қозғалтқыштығы аз. Кемтік түсінігі шалаөтк-ң электрондық жүйесі қасиеттерін, оның ішіндегі құбылыстарды сипаттау үшін енгізілген. Фонон – кристалдық тордағы серпімді толқынға сәйкес квазибөлшек.Фонон кѳптеген жағдайда, өзінің эн-сы жэне импульсі бар бѳлшек секілді сезінеді.Алайда,ол кейбір бѳлш-ден (электрондар, протондар, фотондар ж/е т.б) ѳзгеше, вакуумде пайда болмайды. Фононнын, пайда болуы ж/е ѳмір сүруі үшін белгілі бір орта қажет. Мүндай текті бөлшектерді квазибөлшектер д.а. Сонымен фонон квазибөлшек болып табылады. Фононнын, импулсінің өзіне тән қас-і бар. Фонондар бір-бірімен әсерлескенде, олардың импульстері дискретті порция түрінде кристалдық торға беріледі де, нәтижесінде сақталып қалмайды. Осыған байл. = жағдайын фонондар үшін импульс емес квазиимпульс д.а. Плазмон – электрондардың плазмадағы көбіне қатты дене плазмасындағы ауыр иондардың маңайындағы тербелістерін сипаттайтын квазибөлшек.Бозон- нөлдік н/е бүтін сандық спинді бөлшек н/е квазибөлшек. Ол Бозе –Эйнштейн статикасына бағынады. Бозонға фотондар (спині 1 ге тең) , гравитондар (спині 2 ге тең), мезондар мен Бозондық резонанстар, фермиондардың жұп санының құрамдас бөлшектері, газ молекулалары, сұйық 4Не мен қатты денедегі фонондар, шалаөтк-р мен диэлектриктердегі экситондар жатады.

13.Растрлық электрондық микроскопия әдісімен наноматериалдардың құрылымын зерттеу. Растрлы электронды микроскоп (РЭМ). Бұл микроскоп объект шоғы үшін «толық» мөлдір емес электрондарды зерт-ге арн. Оның оптикалық сұлбасы негізінен шағылдырушы оптикалық микроскоп схемасына аналогты болып келеді.РЭМ мөлдірлі электронды микроскоп блоктарымен аналогты блоктардан құралған, олар: жарықтандырғыш, оптикалық жүйе, тіркеуші құрал; вакуумды, электронды шоқ және алынған нәтижелерді тіркеу жүйесі деген сияқты қосымша жүйелердің бар болуы. Растрлы микроскоптардағы электронды шоқ статисті болмағандықтан белгілі бір ауданнан өтеді. Шоқтың бұрылуын басқарушы ауытқушы жүйесі теледидар кинескопындағы ауытқушы пластиналарымен аналогты (н/е компьютер мониторындағы). Үлгі бетіне түсіп, ол оның бетінен электрондарды шығарып тастайды (шоққа қатысты 2ші ретті). Тіркеу жүйесі (детектор) 2ші ретті сәулеленуді ұстайды, іріктейді (эн-cы мен шашырау бұрышы б/ша) ж/е жинақтайды. Сонымен, экранның жарықтылығы, ол өз кезегінде зерт-н беттің күйімен сипатталатын тіркеуші жүйеге түскен 2ші ретті электрон сандарынан тәуелді болады. Әр түрлі кристал үлгілері, әр түрлі түйіндер әр түрлі 2ші ретті эмиссия коэф-не ие болады. Яғни 2ші ретті электронды сәуле шығарады, олай болса оларға кинескоп экранының әр түрлі жарықтылығы сәйкес келеді.Бұл жағдайда, киноскоптың экранда үлгі бетінің көрінісі пайда болады. Энергия б/ша анықталған электрондар саны, уақыт өлшемі б/ша жинақталған, компьютердің көмегімен эталондардың мәліметтері қойылады, осылайша сапалы ж/е сандық талдаулар жүргізіледі. Объектінің белгіленген бөлігіндегі элементтің құрамын сұлба, график н/е морфологиялық түсірілім түрінде алуға болады. Растрлы микроскоппен берілетін үлкейту кинескоп сәулесінің амплитудасының микроскоп сәулесінің амплитудасына қатынасымен анықталады. Екі амплитуданың шамалары туынды түрінде таңдалынылатын болғандықтан, микросrоптың беретін үлкейтуі қаншалықты үлкен болғанынша үлкен бола алады. Бірақ бірнеше рет айтылғандай жұмыс оның үлкейтушілігінде емес, оның ажырату қаб-де. Растрлы микроскоптың ажырату қабілеті микроскоптың электронды шоқтық қимасымен анықталады, ал қазіргі уақытта растрлы микроскопттың ажырату қабілеттілігі 20 мк дейін жетеді.

14.Жарықтандырушы электрондық микроскопия әдісімен наноматериалдардың құрылымын зерттеу.Өтпелі сәулелерді зерттеу үшін арналған электронды микроскоптың оптикалық сұлбасы сәулелі проекционды микроскоп сұлбасымен ұқсас болып келеді. Тек қана электронды микроскопта сәулелі микроскоптың барлық оптикалық элементтеріне сәйкес электромагниттілермен алмастырылады. Жарық көзінің қызметін электр тогымен қызды-рылатын вольфрамдық қыл атқарады. Басқарушы винельт-электрод көмегімен пайда болатын электрондар бұлтын жіңішке шоққа түрлендіреді. Кейін қыздыру қылы мен анод аралығында орнатылған электрондар шоғы электрлік өріспен үдетіледі (100кв-тан n мв-қа дейін). Анод центрінде одан болашақта кескін пайда болатындай қолданылатын электрондар өтетін тесік бар. Микроскоптың бұл бөлігі электронды зеңбірек атына ие болды. Зеңбіректен атып шыққан электрондар конденсирленген линза өрісіне түседі. Ол олардың траекториясын арнайы дайындалған зерттелінетін объектіге параллель шоқ ретінде түсуге құрастырады. Қазіргі электронды микроскоптарды әдетте бірлік линзалар орнына екі немесе одан көп линза блоктарын қолданады. Бұл диаметрі 1,5 мк-ге дейін қысылатын электрондар шоғын дұрыс басқаруға және қисықтықты төмендетуге мүмкіндік береді.Үлгінің әр түрлі аумағы, оның қалыңдығы мен тығыздығына тәуелді оларға түсетін электрондарды әр түрлі шашыратады және өткізеді. Объективті линзаны өткен соң экранда объектті өту барысында, салыстырмалы кіші бұрыштарға ауытқыған электрондар ғана фокусталады. Нәтижесінде экрандағы осындай аумақтар микроскоптың төменгі бөлігінде ақшылт болып орналасады. Егер электрондар объекттен өткенде үлкен бұрыштарға ауытқыса, онда «апертурлы» диафрагмалы объектте бөгеліп, сәйкесінше бұл экран бөліктері қара болады. Көру аймағын шектейтін диафрагма арқылы өткен электрондар, проекционды және аралық линза магнит өрістерінде фокусталады да экранда қорытынды объект кескіні пайда болады. Үлгі бетіндегі морфологияны байқаудан басқа, мөлдірлі электронды микроскоп дифракционды режимде осы үлгіде бар кристалдардың құрылымдық сипаттамаларын алуға мүмкіндік береді.

15.Электрондар дифракциясы әдісімен наноматериалдардың құрылымын зерттеу.Дифракционды әдіс бұл заттың атомдық құрылымын зерттеуге арналған әдіс.Интерференция және фотондардың дифракциясына негізделген.Әдетте дифракциялық әдісте сәуленің таралу интенсивтілігінің бағытына қарай жүргізіледі.Материалдардың құрылымы жайлы мағлұмат алу үшін дифракциялық әдісте кері торды кеңістік ұғымы арқылы жүзеге асады.Кері тор жазық ізін көрсетеді. Серпімді шашырау картинасы мен шашыратушы центрлердің кеңістікте орналасуын суреттейтін теория, барлық сәулелену үшін бірдей, бірақ та табиғаты әр түрлі сәулеленудің затпен әсерлесуі себепті, дифракционды картинаның ерекшеліктері атомдардың әр түрлі сипаттамаларымен анықталады. РФА(рентгенофазового анализа), РСА (рентгеноструктурного анализа), МУРРИ (малоуглового рассеяния рентгеновского излучения ), МУРН (малоуглового рассеяния нейтронов). Монохроматты электромагнитті толқындары бар электр өрісінде электрон тербелмелі күйде болады және дәл сондай электромагниттік толқындар тудырып отырады. (яғни екіншілік толқындарды).Таралу аймағы ретінде атомдардың барлық электрондары болып табылады. Электрон қабатында электрон саны көп болған сайын , рентген сәулелерінің таралуы да күшейеді. Рентген сәлелерінің кванты реттелген атом құрылымына түскенде жұтылады. Сонда электрондар қозады.Әрбір кристалдағы атомдар реттелген күйде болады. Кристалдардың химиялық құрамы және атомаралық әсерлесу оның кеңістік торының симметриясын анықтайды.Осылай,кез келген заттардың өзіне тән дифракциялық суретін алуға болады.Рентген сәулесінің дифракциясы сонымен қатар,кристаллдардағы ақауларды анықтауға мүмүкіндік береді және беткі қабатын зерттеуде(спектрометрияда) сапалық және сандық қатты денедегі материалдардың кристалдарындағы фазалық құрылымын анықтауға мүмүкіндік береді. Энергиясы аз электрондардың дифракциясы(10-300 эв,толқын ұзындығы 0,1-0,4 нм) кристалдардың беттерін зерттеуде: атомдардың орналасуын,мінезі және жылулық қозғалысы.Бірақ наноматериалдардың құрылымын дифракциялық әдіспен зерттеудің кемшілігі де бар.Олар: құрылымының өте кішкентай болуы және жоғарғы симметриялы болуы,ұзақ уақыт алуы және т.б.

Блок

1.«Жоғарыдан төмен» және «төменнен жоғары» принципі негізінде объектілерді жасау.Затты өңдеуде және наноқұрылымдар мен наноматериалдар жасауда екі түбегейлі, екі түрлі жол бар. Бұл әдістерді шартты түрде «жоғарыдан-төмен» және «төменнен- жоғары» технологиялары деп атайды. «Жоғарыдан-төмен» жолы физикалық денелердің өлшемін, ультрамикроскоптық, нанометрлік параметрлердегі объектілер алынғанша, механикалық, не басқа жолмен кішірейтуге негізделген.Қарапайым мысал ретінде, құрылымы фотолитографиялық өңдеу арқылы жасалатын кейбір жартылай өткізгішті құралдарды айтуға болады. Фотолитография кезінде жартылай өткізгішті лазер сәулесімен өңдеп, схеманың алдын-ала жоспарланған конфигурациясын алуға болады. Айырушы қабілеті (яғни, жасалатын схеманың ең кіші элементінің өлшемі) лазер сәулесінің толқын ұзындығымен анықталады. Қазіргі кезде, осындай сәулелердің ең қысқа толқындылары 100 нм-лік дәлдікке дейінгі микроөңдеу жүргізуге жарамды, бірақта бұл технология күрделі және өте қымбат құралдарды қажет ететініндіктен, үлкен масштабты өндіріске қолдануға келмейтінін айта кету керек.

Жасалу жолы: жартылай өткізгішті техникадағы литография

«Төменнен-жоғары» жолының мәні жасалатын конструкцияны жинау, қажетті ретпен орналасатын тікелей «төмен деңгейдегі» элементтерден жүргізілетіндігінде. Бұл әдісті үйреншікті, детальдардың өлшемін кішірейтуге негізделген миниатюризацияның «жоғарыдан-төмен» жолына «қарама-қарсы» деп айтуға болады. «Төменнен- жоғары» жолының мысалы ретінді сканерлеуші электронды микроскоп не басқа осындай құралдың көмегімен кристалдық бетке атомдарды даралап орналастыруды айтуға болады. Бұл әдіспен тек жеке атомдарды емес, олардың бүтін қабаттарын да түсіруге болады. Әрине, қазіргі кезде бұл әдістің өнімділігі мен дәйектілігі өте төмен болғанымен, әдістің болашағы зор.Тірі ағзада биологиялық жасаушалар - бөліну (митоз) арқылы құралады. Осы тұрғыдан, атомдардың «өз еркімен» күрделі заттар мен материалдарға қалай және қандай айнала алатындығы қызығушылық туғызады. Жалпы айтсақ, «төменнен- жоғары» (заттың өзін-өзі ұйымадстыруы) жиі кездесетін құбылыс. Атомдар мен молекулалардың әсерлесуі бастапқы гомогендік қоспалардан жоғары деңгейде тәртіптелген күйлерге алып келе алатындығы баршаға белгілі. Тірі ағзалар, «өлі» жасаушаларды қорытып, оларды жаңа «тірі» жасаушаларға айналдыра алатындығы осының мысалы болады. Қазіргі кезде, тірі ағзаларда нанотүтікше, нанокристалл және т.с.с. құрылымдардың болатындығы белгілі болды. Молекулалық химияда ерекше қызуғышылығы бар өзін-өзі ұйымдастыру процестері «жоғарыдан-төмен» жүре алмайтындығы айқын. Биологиялық заттардың құрылуы және жинақталуы атомды-молекулалық деңгейде жүгізіледі де, оны тірі ағзалар жоғары өнімділікпен өткізе алады. Бұл, біз қолданатын «төменнен-жоғары» процестерінің өнімсіздігі техникалық деңгейінің төмендігін және оны дамытуға жол бар екенін көрсетеді.

 

2.Наноматериалдарды алу әдістері. Наноұнтақтарды компактілеу.

Аморфтық құймалардың кристаллизациясы.

Көптеген элементтер, металдық құймалар мен қоспалар (мысалға Si, Se және Fe, Ni, Al, Zr құймалары, т.б.) аморфты күйде бола алатындығы белгілі, яғни оларда атомдардың орналасуында тек қана жақын реттерде ғана тәртіп болады да, алыс реттерде тәртіп болмайды. Аморфтық материалдарды алудың түрлі әдістері бар және олар түрлі варианттарда жүзеге асырылады: газдық фазадан конденсациялау, сұйық күйден шынықтыру, иондық имплатанция, жоғары энергетикалық майдалау және




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2018 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных