Файл: 1. Какие объекты являются предметом исследования науки называемой "Нанотехнология".docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 91
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1.Какие объекты являются предметом исследования науки называемой "Нанотехнология"
Таким образом в сферу деятельности нанотехнологий попадают объекты, которые имеют хотя бы в одном измерении размер, измеряемый в нм. (Коллоиды, мелкодисперсные порошки, тонкие пленки).
2.Приведите одно из наиболее употребимых определений нанообъекта.
Нанообъектом называют объект с размером менее 100 нм хотя бы в 1 из 3х пространственных измерений. 100нм – длина волны де Бройля для электрона в п/п.
3.Что такое волна де Бройля.
Волны де Бройля – волны, связанные с любой микрочастицей и отражающие их квантовую природу. Если частица имеет энергию E и импульс mv, то с ней связана волна де Бройля, длина которой равна
, а частота 
.4.Почему считается, что волна де Бройля определяет геометрические параметры нанообъектов?
Потому что нанообъект – это объект с размерами в одной или более координатах сравнимыми с размерами волны де Бройля для электрона.
5.Что такое критический размер нанообъекта?
Критический размер нанообъекта – размер, соизмеримый с так называемым корелляционным радиусом того или иного явления (например, с длиной свободного пробега электрона в твердом теле, размерами магнитного домена или зародыша твердой фазы и др.)
6. Почему количество поверхностных атомов является одним из критериев отличающих нанообъекты от других объектов исследования?
В нанообъектах количество приповерхностных атомов становится сравнимым с количеством атомов находящихся в объеме. Атомы, располагающиеся на поверхности, также в узлах уступов и ступенях имеют малое число завершенных связей. В отличие от атомов, находящихся в объеме твердого тела.
7. Что называют наноматериалами?
Наноматериалами называют как сами нанообъекты (еси они служат для изготовления устройств и приборов различного технического назначения, как и материалы в которых нанообъекты используются для формирования у этих материалов определенных свойств или наноструктурированные материалы.
8. Что включает в себя понятие технология?
1) Технологический процесс
2) Комплект технологической документации
3) Научную дисциплину , изучающую закономерность сопровождающую процессы обработки и изделия.
9. Что такое нанотехнология? Определение.
Нанотехнология – это научная дисциплина изучающая закономерности в получении обработки и применения наноматериалов.
10.Чем объясняется химическая и каталитическая активность нанообъектов и наноструктурированных материалов?
В нанообъектах кол-во поверхностных атомов становится сравнимым с кол-вом атомов, находящихся в объеме. Атомы, располагающиеся на поверхности и в углах уступов имеют низкие координатные числа. Кол-во завершенных химических связей меньше, чем у атомов, находящихся в объеме -> резко увеличивается химическая активность, каталитическая активность как нанообъектов, так и наноструктуированных материалов.
11. К чему приводит в нанообъектах более сильное проявление сил изображения, линейного и поверхностного натяжения?
Для нанообъектов силы изображения линейного и поверхностного натяжения проявляются гораздо сильнее, чем для макрообъектов, т.к. при удалении от поверхности в объеме твердого тела эти силы значительно ослабевают. Величина этих сил приводит к очистке объема нанообъекта от дефектов кристаллической структуры. Нанообъект имеет более совершенную кристаллическую структуру, чем макрообъект.
12. Что такое "силы изображения"?
Электрон, который находится в условиях вакуума на некотором расстоянии от поверхности металла, индуцирует на поверхности положительный заряд. Сила притяжения между электроном и этим индуцированным поверхностным зарядом называется силой изображения.
13. Какие классические размерные эффекты наблюдаются в нанообъектах?
В нанообъектах большое значение приобретают размерные эффекты, обусловленные рассеянием, рекомбинацией и отражением на границах объектов ( речь идет о движении микрочастиц). В любом явлении переноса ( эл.ток, теплопроводность, пластичесая, дефорамция и т.д.) Носителям можно приписать некую эффективную длину свободного пробега, когда размер объекта>>длины свободного пробега носителя процесс рассеяния и гибели носителей слабо зависит от геометрии объекта. Если же размер объекта сравним с длиной свободного пробега носителя
, то эти процессы протекают более интенсивней и они сильно зависят от геометрии образца.
14. В чем причина изменения электрофизических параметров наноматериалов?
Размер наночастиц сопоставим или меньше размера зародыша новой фазы, домена, дислокационная петля, и т.д. Это приводит к радикальному уменьшению магнитных свойств, (наночастица Fe не обладает магнитными свойствами), диэлектрических свойств, прочностных свойств нанообъектов и наноматериалов по сравнению с макрообъектами.
15. На чем базируются принципы самоорганизации наноструктур?
Для малого числа атомов вещества характерна реконструкция поверхности, самоорганизация и самосборка. т.е. при объединении атома в кластер происходит образование геометрических структур, которые в дальнейшем могут быть использованы для решения технических задач
16. Как силы отталкивания и притяжения зависят от расстояния между атомами?
17. В каких материалах при переходе к наноразмерам становятся существенными квантовые ограничения поведения элементарных частиц?
В нанообъектах появляются квантовые закономерности поведения различных электрических частиц (например электронов). Для металлических наноматериалов этот эффект не слишком актуален, т.к. длина волны 1ē < 1нм. Для полупроводников длина волны 1ē может достигать 100нм.
18. Как изменяется спектр энергий электрона при понижении размерности объекта?
По мере уменьшения размера нанообъекта степень дискретизации спектра энергии электронов увеличивается.
19. Перечислите физические причины специфики поведения нанообъектов.
1) в нанообъектах кол-во поверхностных атомов становится сравнимым с кол-вом атомов, находящихся в объеме 2) атомы, располагающиеся на поверхности и в углах уступов имеют низкие координатные числа 3) для нанообъектов силы изображения, линейного и поверхностного натяжения проявляются гораздо сильнее, чем для макрообъектов 4) в нанообъектах большое значение приобретают так называемые размерные эффекты 5) характерный размер наночастицы сопоставим или меньше зародыша новой фазы 6) для малого числа атомов вещества характерны такие явления как самоорганизация и самосборка 7) в нанообъектах появляются квантовые закономерности поведения различных элементарных частиц 8) по мере уменьшения размера нанообъекта степень дискретизации спектра энергии электронов увеличивается.
20. Что лежит в основе общепринятой классификации нанообъектов?
Размерность нанообъекта – основа классификации нанообъектов.
21. Дайте определение 0-D нанообъекта. Примеры.
0-D нанообъекты – те, у которых все 3 пространственных размера лежат в нанометровом диапазоне (грубо: все 3 размера <100нм) (квантовая точка)
22. Дайте определение 1-D нанообъекта. Примеры.
2) 1-D нанообъекты – те объекты, которые имеют нанометровые размеры в двух измерениях, а в третьем – макроскопический размер. К ним относят: нанопроволоки, нановолокна, одностенные и многостенные нанотрубки, органические макромолекулы, в т.ч. двойные спирали ДНК.
23. Дайте определение 2-D нанообъекта. Примеры.
2-D нанообъекты – те, которые имеют нанометровый размер только в одном измерении, а в двух остальных этот размер будет макроскопическим. К таким объектам относят: тонкие приповерхностные слои однородного материала: плёнки, покрытия, мембраны, многослойные гетероструктуры.
24. Классификация наноматериалов.
Наноматериалы:
-Объемные наноструктурированные материалы
-Нанокластеры, наночастицы, нанопорошки
-Многослойные наноплёнки, многослойные наноструктуры, многослойные нанопокрытия.
-Функциональные (умные) наноматериалы
-Нанопористые
-Фуллерены и их производные нанотрубки
-Биологические и биосовместные материалы
-Наноструктурированные жидкости: коллоиды, гели, взвеси, полимерные композиты
-Нанокомпозиты.
25. Какие две технологические парадигмы имеют место в нанотехнологии?
Историческая парадигма: движение от большого к мелкому, от заготовки к детали. Другая парадигма: движение «снизу вверх»
26. Какое главное ограничение на использование технологической парадигмы "снизу - вверх"?
Этот процесс идёт очень долго
27. Какие два класса процессов можно выделить при изготовлении наночастиц?
Механические (диспергирование) и физико-химические.
28. Что такое диспергирование твердых тел?
Диспергирование твердых тел - тонкое измельчение твердых тел в какой-либо среде.
29. В чем особенности диспергирования при изготовлении 0-D нанообъектов?
Чем меньше размер частиц, тем выше их активность на поверхности. Для ультратонкого диспергирования используют специальные поверхностно-активные вещества.
30. Приведите примеры устройств используемых для механического диспергирования твердых тел.
Мельницы различной конструкции (шаровые, вибрационные, коллоидные, струйные и др.), звуковые и ультразвуковые вибраторы.
31. Приведите примеры устройств используемых для конденсационного способа изготовления 0-D нанообъектов.
1 – Источник испаряющегося вещества 2- Откачка 3 – Порошок 4 – Скребок 5 – Барабан конденсации
32. Приведите примеры устройств используемых для изготовления 0-D нанообъектов методом распыления.
В
качестве газовой среды струи, сбивающей капельку могут служить N2,Ar2, а в качестве жидкости – спирты, вода, ацетон. Таким способом можно получить частицы с размерами около 100 нм.33. Как принято классифицировать нанотрубки?
1) Углеродные нанотрубки (УНТ). 2) Неуглеродные нанотрубки.
Кроме этого все нанотрубки различаются по количеству слоев: однослойные, двуслойные, многослойные.
34. Какие разновидности неуглеродных нанотрубок вы знаете?
1) Переходные наноструктуры, в состав которых входит углерод
2) Дихалькогенидные нанотрубки. В настоящее время из дихалькогенидных трубок известны MoS2,WS2,WSe2,MoTe2 и т.д. Такие нанотрубки представляют собой сверхтонкие, в идеале – моноатомные слои, материалы, свернутые в рулон.
35. Какие три способа изготовления неуглеродных нанотрубок вы знаете?
1) Гетероэпитаксиальное наращивание моноатомного слоя на поверхность уже существующей нанотрубки или нанопорсы с последующим удалением основания. 2) формирование нанотрубки методом утоньшения существующих нанопроводов. 3) основан на выращивании тонкой напряженной гетероэпитаксиальной пленки толщиной в несколько моноатомных слоев.
36. Какой способ изготовления неуглеродных нанотрубок считается наиболее перспективным?
Выращивание тонкой напряженной гетероэпитаксиальной пленки толщиной в несколько ML (моноатомных слоёв).
37. В чем заключается способ изготовления неуглеродных нанотрубок из напряженных гетероэпитаксиальных слоев?
На In методом гетероэпитаксии наращивается хорошо согласующийся с ним AlAs, затем на эту структуру, методом ГЭ, наращивается слой InAs. Он имеет параметры кристаллической решетки большие, чем у AlAs и поэтому, когда этот слой наращивается он как бы сжимается. Затем на этот слой опять же методом ГЭ наращивается слой GaAs. Но, в отличие от AsIn, этот слой имеет меньший параметр кристаллической решетки (меньший размер элементарной ячейки) и его, наоборот, растягивает. В результате, когда мы начинаем вытравливать слой AlAs, то освободившаяся структура InAs c AsGa начинает сворачиваться в трубку за счет сил, которые InAs – расширяют, а слой GaAs – стягивают.