🗊Презентация Углеродные нанообъекты. Способы создания нанообъектов

Лекция 3-4 Углеродные нанообъекты Способы создания нанообъектов

Лекция 3 Углеродные нанообъекты

Алмаз

Ультрадисперсные алмазы (наноалмазы)

Графит

Третью форму элементарного углерода - карбин, открыли в 60-годах (советские химики во главе с Коршаком). Получен в искусственных услорвиях: Карбин представляет из себя линейную структуру - сшитые или двойными связями, или чередующимися одинарными - тройными связями цепочки из атомов углерода. Третью форму элементарного углерода - карбин, открыли в 60-годах (советские химики во главе с Коршаком). Получен в искусственных услорвиях: Карбин представляет из себя линейную структуру - сшитые или двойными связями, или чередующимися одинарными - тройными связями цепочки из атомов углерода.

Знаменитости фуллерены добились благодаря своей красивой структуре. Самая устойчивая молекула, содержащая 60 атомов водорода – С60. Знаменитости фуллерены добились благодаря своей красивой структуре. Самая устойчивая молекула, содержащая 60 атомов водорода – С60. Фуллерены, как новая форма существования углерода в природе наряду с давно известными алмазом и графитом, были открыты в 1985 г. (Смолли, Крото, Керл в 1996 году – Нобелевская премия по химии). Пентагоны запрещены природой для неорганических соединений. Фуллерен – органическая молекула, а кристалл из таких молекул - фуллерит. Молекулы фуллерена устойчивы даже при температуре 1500 0С.

Оказалось, что молекула C60 состоит из 60 атомов углерода, расположенных на сфере (диаметр ≈ 1 nm) с высокой степенью симметрии и напоминает футбольный мяч. Оказалось, что молекула C60 состоит из 60 атомов углерода, расположенных на сфере (диаметр ≈ 1 nm) с высокой степенью симметрии и напоминает футбольный мяч. Толщина сферической оболочки 0,1 нм, радиус молекулы 0,357 нм, длина связи С-С в пятиугольнике – 0,143 нм, в шестиугольнике - 0,139 нм. Атомы углерода образуют 12 правильных пятиугольников и 20 правильных шестиугольников . Молекула названа в честь архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера. Первоначально, C60 получали в небольших количествах, в 1990 г. была открыта технология крупномасштабного производства.

ГРАФЕН 2004 году Андрей Гейм и Константин Новосёлов открыли принципиально новое вещество, названное ими графеном. Это новая - после алмаза, графита, карбина и фуллерена - модификация углерода, представляющая собой двумерную (плоскую) пленку из атомов углерода, расположенных в вершинах шестиугольников по принципу пчелиных сот. ГРАФЕН 2004 году Андрей Гейм и Константин Новосёлов открыли принципиально новое вещество, названное ими графеном. Это новая - после алмаза, графита, карбина и фуллерена - модификация углерода, представляющая собой двумерную (плоскую) пленку из атомов углерода, расположенных в вершинах шестиугольников по принципу пчелиных сот.

Углеродные нанотрубки В 1991 году профессор С. Иидзима обнаружил длинные углеродные цилиндры, получившие название нанотрубок. Нанотрубка – это молекула из более миллиона атомов углерода, представляющая собой трубку с диаметром около нанометра и длиной несколько десятков микрон. В 50-100 тыс. раз тоньше человеческого волоса. Они в 50-100 раз прочнее стали и имеют в 6 раз меньшую плотность! Модуль Юнга – уровень сопротивления материала деформации – у нанотрубок в двое выше, чем у обычных углеродных волокон. То есть трубки не только прочные, но и гибкие. Под действием механических напряжений, превышающие критические, трубки не ломаются и не рвутся, а перестраиваются.

Нанотрубки

В зависимости от способа свертывания графитового слоя существуют три типа цилиндрических УНТ: В зависимости от способа свертывания графитового слоя существуют три типа цилиндрических УНТ: ахирального типа «кресло» (две стороны каждого гексагона ориентированы перпендикулярно оси УНТ), ахиральные типа «зигзаг» (при параллельном положении к оси) хиральные (любая пара сторон гексагона расположена к оси УНТ под углом, отличным от 0 или 90º) .

Многослойные нанотрубки состоят из нескольких графитовых слоев, вложенных друг в друга, либо навитых на общую ось. Расстояние между слоями практически всегда составляет 0,34 нм, что соответствует расстоянию между слоями в кристаллическом графите. Многослойные нанотрубки состоят из нескольких графитовых слоев, вложенных друг в друга, либо навитых на общую ось. Расстояние между слоями практически всегда составляет 0,34 нм, что соответствует расстоянию между слоями в кристаллическом графите.

Способы создания нанообъектов

Способы создания наноструктур Все способы получения наноразмерных частиц разделяются на две группы: методы диспергирования и агрегирования. По первому методу необходимо различными способами измельчить макротело до наночастиц, затратив при этом значительное количество энергии – сверху-вниз. Во втором способе наночастицы образуются в результате химического превращения молекул или атомов в новые образования – снизу-вверх. Три основных технологических способа использования наноструктур при производстве материалов: 1. «сверху вниз» – диспергирование, измельчение и др.; 2. «снизу вверх» – конденсация, объединение атомов, ионов, молекул, концепция «золь-гель»; 3. введение нанодобавок в микродозах.