Источник: http://www.portalnano.ru/
На сегодняшний момент можно с уверенностью сказать, что изучение наноразмерных структур (далее - наноструктур) относится к направлению «нанотехнологии». Важными составляющими этого научно-технического направления является разработка и изучение наноструктурных материалов (далее - наноматериалов), наноразмерных объектов (далее -нанообъектов), способов их совмещения, а также исследование свойств полученных наноструктур в различных условиях.
Под наноматериалами (нанокристаллическими, нанокомпозитными, нанофазными, нановолокнистыми, нанопористыми и т.д.) принято понимать материалы, основные структурные элементы (кристаллиты, волокна, слои, поры) которых не превышают т. н. нанотехнологической границы - 100 нм (1 нм = 10-9 м), по крайней мере, в одном направлении. Ряд исследователей высказывает мнение, что верхний предел (максимальный размер элементов) для наноструктур должен быть связан с неким критическим характерным параметром: длиной свободного пробега носителей в явлениях переноса, размерами доменов/доменных стенок, диаметром петли Франка-Рида для скольжения дислокаций, длиной волны де Бройля и т.п. В задачу исследований входит установление многообразных связей между свойствами и структурой материалов с выявлением оптимальных наноструктур, что осуществляется в тесной связи с технологией изготовления и последующей эксплуатацией наноструктурных материалов.
Общепринятым подходом к определению нанообъектов является положение о том, что к ним относятся такие объекты, размеры которых хотя бы в одном из пространственных направлений составляют примерно 0,1..100 нм - это так называемые малоразмерные объекты. Стоит отметить, что объекты, имеющие малые (менее 100 нм) размеры могут быть разделены на нульмерные/ квазинульмерные (квантовые точки, сфероидные наночастицы), одномерные/ квазиодномерные (квантовые проводники, нанотрубки), двумерные/квазидвумерные (тонкие пленки, поверхности разделов) и трехмерные/квазитрехмерные (многослойные структуры с наноразмерными дислокациями, сверхрешетки, нанокластеры) по количеству направлений в которых линейные размеры L >> 100 нм. Также особое место занимают структуры с дробной размерностью D (фракталов) 1 В ряде изданий, монографий и статей изложены сведения о технологии, структуре, свойствах и применении наноматериалов и наноструктур, однако здесь приведено лишь описание отдельных представителей классов и не отражены в полной мере особенности современного наноструктурного направления нанотехнологии в целом. Чем же обуславливается современный интерес к нанотехнологии вообще и к исследованию наноструктур в частности? С одной стороны, методы нанотехнологии позволяют получать принципиально новые устройства и материалы с характеристиками, значительно превышающими их современный уровень. Это первостепенно важно для создания новой элементной базы для выпуска наноустройств будущего, независимо от физических принципов их функционирования. С другой стороны, нанотехнология является весьма широким междисциплинарным направлением, объединяющим специалистов в области физики, химии, материаловедения, биологии, технологии, направлений в области интеллектуальных, самоорганизующихся систем, высокотехнологичной компьютерной техники и т. д.
Наконец, решение проблем нанотехнологии, в первую очередь исследовательских, выявило множество пробелов, как в фундаментальных, так и в технологических знаниях.
Все выше перечисленное способствует концентрации внимания научно-инженерного сообщества в этом направлении.
Во многих технологически продвинутых странах (США, Объединенная Европа, Япония, Китай) приняты и активно претворяются в жизнь национальные программы, предусматривающие интенсивное развитие различных научно-технических разработок, относящихся к области нанотехнологии и наноструктур.
Если говорить о наноматериалах, то среди некоторых исследователей принято выделять несколько основных разновидностей: • консолидированные наноматериалы; • нанополупроводники; • нанополимеры; • нанобиоматериалы; • фуллерены и нанотрубки; • наночастицы и нанопорошки; • нанопористые материалы; • супрамолекулярные структуры. Консолидированные материалы - компакты, пленки и покрытия из металлов, сплавов и соединений, получаемые методами, например, порошковой технологии, интенсивной пластической деформации, контролируемой кристаллизации из аморфного состояния и разнообразными приемами нанесения пленок и покрытий. Нанополупроводники, нанополимеры и нанобиоматериалы могут быть в изолированном и, частично, в смешанном (консолидированном) состоянии.
Фуллерены и нанотрубки стали объектами изучения с момента открытия (Н. Крото, Р. Керлу, Р. Смолли, 1985) новой аллотропной формы углерода - кластеров С60 и С70, названных фуллеренами. Более пристальное внимание новые формы углерода привлекли к себе, когда были обнаружены углеродные нанотрубки в продуктах электродугового испарения графита (С. Ишима, 1991).
Наночастицы и нанопорошки представляют собой квазинульмерные структуры различного состава, размеры которых не превышают, в общем случае, нанотехнологической границы. Различие состоит в том, что Наночастицы имеют возможный изолированный характер, тогда как нанопорошки - обязательно совокупный. Похожим образом нанопористые материалы характеризуются размером пор, как правило, менее 100 нм. Супрамолекулярные структуры - это наноструктуры, получаемые в результате так называемого нековалентного синтеза с образованием слабых (Ван-дер-ваальсовых, водородных и др.) связей между молекулами и их ансамблями. Из выше перечисленного видно, что различные наноматериалы и наноструктуры разительно отличаются как по технологии изготовления, так и по функциональным признакам. Их объединяет характерный малый размер элементов (частиц, зерен, трубок, пор), определяющий структуру и свойства.
Литература:
Библиотека