Вопросы к экзамену Процессы получения наночастиц и наноматериалов - файл

Вопросы к экзамену
Процессы получения наночастиц и наноматериалов
1. Варианты классификации методов получения наночастиц и наноматериалов.
Физические, химические, биологические методы.
Существуют различные способы классификации методов получения наночастиц и наноматериалов:
Можно классифицировать методы по типу образующихся структур: 3D - наночастицы и нанопорошки, 2D - нановолокна и нанотрубки, пористые материалы, 1D
- нанопленки, покрытия. Также методы получения наноструктур разделяют по типу процесса:
Химические: осаждение, золь-гель метод, термическое разложение или пиролиз, газофазные химические реакции, химическое восстановление, гидролиз, электроосаждение, фото-и радиационно-химическое восстановление, криохимический синтез.
Физические: процессы испарения (конденсации), фазовые переходы, газофазный синтез нанопорошков с контролируемой температурой и атмосферой; способ электрического взрыва проволок.

Механические: измельчение различными способами, механосинтез, механическое легирование.
Биологические: внутриклеточный и внеклеточный методы синтеза. Классификация условная, т. к. в реальных методах получения наноструктур используются различные процессы. Химические процессы, часто применяются вместе с физическими и механическими. Также выделяют высокоэнергетические и низкоэнергетические методы.
Кроме этого, возможна классификация методом синтеза НЧ в зависимости от среды проведения процесса получения наночастиц и наноматериалов:

Получение наночастиц в жидкой фазе;

Получение наночастиц в газовой фазе;

Получение наночастиц с участием плазмы;

Механохимический синтез наночастиц
2. Особенности получения нуль-, одно-, дву- и трехмерных наноматериалов

К нульмерным наноматериалам относятся квантовые точки. Квантовая точка – это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы. Чем меньше размер кристалла, тем больше расстояние между энергетическими уровнями. Из-за зависимости свойств этого наноматериала от его размеров на процессы получения накладываются строгие ограничения. А именно должна существовать возможность точного контроля размера и формы синтезируемых частиц, также предпочтительно, чтобы получаемые частицы характеризовались узким распределением по размерам. Существует два главных метода создания квантовых точек: эпитаксия (выращивание кристаллов на поверхности подложки в условиях сверхвысокого вакуума) и синтез в коллоиде.
В качестве одномерного наноматериала можно привести наностержни, часто также называемые нитевидными нанокристаллами (ННК). Наиболее распространённым механизмом роста полупроводниковых ННК является механизм «пар — жидкость — кристалл». В данном методе осуществляется эпитаксиальный рост ННК методами химического осаждения из газовой фазы или молекулярно-пучковой эпитаксии. Для этого на поверхность подложки сначала осаждается тонкая плёнка золота, играющего роль катализатора, после чего в камере повышается температура, и золото образует массив капель. Далее подаются компоненты для роста полупроводникового материала, например элементы In и P для роста InP ННК. Эффект активации частицами катализатора заключается в том, что рост на поверхности под

каплей происходит во много раз быстрее, чем на неактивированной поверхности, таким образом, капля катализатора поднимается над поверхностью, наращивая под собой нитевидный кристалл.
В качестве двумерного наноматериала можно привести тонкие пленки. Состав, структура и свойства тонких плёнок могут отличаться от таковых для объемной фазы, из которой образовалась тонкая плёнка. Например, меняется температура плавления, степень переохлаждения и межплоскостное расстояние по сравнению с массивными объектами. Многие функциональные покрытия имеют ограничения по толщине, свыше которой теряют свои свойства либо разрушаются при нанесении. Это обстоятельство вынуждает подбирать такие процессы синтеза тонких пленок, в которых присутствует возможность точного контроля толщины пленки. Наиболее часто используемые методы: химическое и физическое осаждение из газовой фазы, вакуумное напыление.
В качестве трехмерного наноматериала можно привести нанокластеры.
Нанокластеры – частицы вещества еще меньшего размера, не превышающего 10 нм, и содержащие не более 1000 атомов. Иногда они представляют собой большие компактные молекулы с атомным весом более 1000 а.е. Такие молекулы, в отличие от наночастиц, имеют одинаковые размеры и формы. Свойства нанокластеров часто отличаются от свойств не только массивных образцов, но и наночастиц. Ввиду указанных свойств нанокластеров процессы их получения должны обеспечивать возможность получения частиц с очень схожими геометрическими параметрами.
Нанокластеры обычно получают методами сверхзвукового сопла (метод образования кластерных соединений в сверхзвуковом пучке), газовой агрегации и лазерной абляции.