 | Այս հոդվածնաղբյուրների կարիք ունի։ Դուք կարող եքբարելավել հոդվածը՝ գտնելով բերված տեղեկությունների հաստատումըվստահելի աղբյուրներում ևավելացնելով դրանց հղումները հոդվածին։ Անհիմն հղումները ենթակա են հեռացման։ |
Նանոքիմիա (լատիներենnanus («թզուկ») բառից),նանոգիտության բաղադրիչ մաս կազմող գիտություն։ Նանոգիտության խնդիրը կայանում է նանոօբյեկտների, նանոնյութերիմեխանիկական,էլեկտրական,մագնիսական,օպտիկական ևքիմիական հատկությունների ուսումնասիրությունը։ Իսկ նանոքիմիան զբաղվում է նանոօբյեկտներիսինթեզի մեթոդների և քիմիական հատկությունների ուսումնասիրությամբ։
Նանոքիմիան սերտ կապի մեջ էնյութագիտության հետ, քանի որ նանոօբյեկտները մտնում են շատ միացությունների բաղադրության մեջ։ Նանոգիտության զարգացումը շատ կարևոր էնանոտեխնոլոգիայի զարգացման համար։ Նանոտեխնոլոգիան նանոօբյեկտների օգտագործման և տեխնոլոգիական պրոցեսների կառավարումն է։
Նանոմասնիկ ընդունված է անվանել այն մասնիկներին, որոնք բաղկացած ենատոմներից,իոններից կամմոլեկուլներից, որոնց չափսերը փոքր են 100 Նմ-ից (1 նանոմետրը 1մետրի մեկ միլիարդերորդ մասն է՝ 0.000 000 001 մ (10−9 մ)։ Որպես օրինակ կարող են ծառայելմետաղների մասնիկները։
Ինչո՞ւ են գիտնականների ուշադրությունը գրավել նանոչափերը։ Կատարենք մտավոր էքսպերիմենտ։ Պատկերացնենքոսկով լցվածխորանարդ, որի կողի երկարությունը մեկ մետր է։ Խորանարդը կկշռի 19.3տոննա, որի մեջ պարունակվում է մեծ թվով ոսկու ատոմներ։ Բաժանենք այդ խորհանարդը յոթ հավասար մասերի։ Յուրաքանչյուր խորանարդ իրենից կներկայացնի ոսկով լցված խորանարդ, որի չափերը երկու անգամ փոքր են սկզբնական խորանարդի չափերից։ Ընդհանուր մակերեսը կմեծանա երկու անգամ, բայց արդյունքում մետաղի հատկությունները փոփոխության չեն ենթարկվի։ Շարունակենք այս պրոցեսը։ Երբ խորանարդի կողի երկարությունը հասնի մեծ մոլեկուլների չափսերին, նյութի հատկությունները լրիվ կդառնան ուրիշ։ Մենք հասնում ենք նանոչափերի և ստանում խորանարդի տեսքով ոսկու նանոմասնիկներ։ Նրանք օժտված են մեծ ընդհանուր մակերեսով, որը առաջ է բերում նոր անսովոր հատկություններ, որի շնորհիվ նրանք տարբերվում են սովորական ոսկուց։ Օր.` ոսկու նանոմասնիկները կարող են հավասար բաշխվելջրում, ձևավորելով կոլոիդ լուծույթ`զոլ։ Կախված զոլի մասնիկների չափսերից, ոսկու զոլը կարող է ունենալ նարնջագույն, կարմիր, անգամ դեղին գույն։
Վերջին ժամանակներս նանոտեխնոլոգիայում մեծ կիրառություն են գտել նանոխողովակները։ Նանոխողովակ են անվանում այն մասնիկներին, որոնք ստացվում ենգրաֆիտի մեկ կամ մի քանի շերտերի գլանաձև պտտումից։ Այսօր նանոխողովակները սկսել են արտադրել մեծ քանակություններով, սակայն, թե ինչպես են ստացել այս խողովակները միջնադարյան «տեխնոլոգիաներով», մնում է գաղտնիք։
Նանոնյութերի օգտագործումըէլեկտրոտեխնիկայում հնարավորություն է տալիսհիշող սարքավորումների հնարավորությունը մեծացնել հազար անգամ, փոքրացնելով չափսերը։ Հաստատված է, որ նանոչափերի մասնիկներըօրգանիզմ ներմուծելիս ևռենտգենյան ճառագայթներով ճառագայթելիս, տեղի է ունենումքաղցկեղի բջջիների աճի փոքրացում։ Նանոմասնիկները օգտագործում են նոր տիպիարևային մարտկոցներում և վառելիքային էլեմենտներում, սարքավորումներ, որոնք վառելիքի այրման էներգիան փոխարկում են էլեկտրական էներգիայի։
Ապագայում նրանց օգտագործումը հնարավորություն կտա հրաժարվել ածխաջրածնային վառելիքներից ջերմային էլեկտրակայաններում ևներքին այրման շարժիչներում, քան որ նրանք բերում են մոլորակի էկոլոգիական վիճակի խախտման։
Գոյություն ունեն երկու հիմնական մեթոդներ նանոմասնիկներ սինթեզելու համար՝ «ներքևից վերև», առանձին ատոմներից և մոլեկուլներից, օգտագործելով գերազանցապես ատոմների և մոլեուլների քիմիական ռեակցիան, և «ներքևից վերև»` մեխանիկական կամ ուրիշ ավելի մանրացված առավել խոշոր մասնիկներ։
«Ներքևից վերև» մեթոդները կարելի է բաժանել երկու մեծ խմբերի.
Եթեգազ ֆազից նանոմասնիկների նստեցման պրոցեսում տեղի է ունենում միացության բաղադրության փոփոխությամբ, ապա այն անվանում են քիմիական (CVD - chemical vapor deposition), իսկ եթե քիմիական ռեակցիա չկա, անվանում են ֆիզիկական (PVD - physical vapor deposition)։ Ֆիզիկական նստեցումը գազ ֆազից հիմնականում օգտագործվում է պարզ միացությունների նանոմասնիկներ ստանալու համար։ Դրա համար միացությունը խտացնում են, ստացված գոլորշին տեղափոխում են նստեցման տեղը և սառեցնում։
Նստեցման սարքավորումը բաղկացած է չորս հիմնական էլեմենտներից՝վակուումային կամերա, խտացված մակերևույթ (միացության աղբյուրը), միջավայրը (վակուում կամպլազմա), որոնք պարունակում են իներտ գազի իոններ, օգտագործվող մակերևույթ (սուբստրատ), որի վրա տեղի է ունեում նանոմասնիկների նստեցումը։
Նստեցման պրոցեսը սկսվում է կամերայում մեծ վակուում ստեղծելով (10-4-10-6 Պա), որից հետո կամերան լցնում են իներտ գազով, շատ հաճախարգոնով։ Քիմիական նստեցման դեպքում կամերայում ավելացնում են գազեր, որոնք փոխազդում են խտացված նյութի հետ՝ թթվածին, ազոտ, ացետիլեն, որից հետո սկսվում է խտացման պրոցեսը։ Միացության նստեցման համար օգտագործում են տարբեր մեթոդներ՝ ճառագայթումով տաքացում, բարձր ինտենսիվությամբ իմպուլսային լազեր, բարձր վակուումի պայմաններում էլեկտրոններով ռմբակոծելով և այլն։ Սառեցման դեպքում ատոմները և մոլեկուլները գազ ֆազից անջատվում են նանոմասնիկների տեսքով հատուկ մակերևույթների վրա։ Ձևավորվող նանոմասնիկի չափսերը և ձևը կախված են նստեցման պայմաններից (Ճնշում, ջերմաստիճան, գազի հոսքի արագությունը )։ Այս ձևով ստանում են մետաղների նանոկլաստերներ՝ արծաթի, ոսկու, պլատինային մետաղների, երկաթի, կոբալտի, ինչպես նաև մետաղների օքսիդներ, ինչպես օրինակ ZnO, TiO2 և այլն։ Նստեցման պայմանները փոփոխելով կարելի է ստանալ բարդ նանոանսամբլներ։
Գազ ֆազից քիմիական նստեցման դեպքում մակերևույթին ադսորբվում են միացության ատոմները և մոլեկուլները, որոնք ձևավորվում են քիմիական ռեակցիայաի արդյունքում, որոնք տեղի են ունենում բարձր ջերմաստիճանում՝ 600oC-ից մինչև 1000oC։ Ռեագենտները, որոնք օգտագործվում են քիմիական միացության նստեցման համար, անվանում են պրեկուրսորներ։ Տիպիկ էքսպերիմենտներում պրեկուրսորները ցնդում են տաքացման դեպքում և իներտ գազի ճնշման տակ ուղղում են դեպի ռեակցիոն զոննա, որտեղ և տեղի է ունենում նրա փոխարկումը նանոմիացության։
Ածխածնային նանոխողովակների համար որպես պրեկուրսորներ հանդես են գալիս մեթանը կամ բենզոլը։ Թերմիկ դիսոցման դեպքում մեթանը կատալիզատորների ներկայությամբ առաջացնում է ածխածնի ատոմներ.
Ածխածնի ատոմները անջատվում են սուբստրատի մակերևույթին, դիֆուզվում են մետաղների նանոմասնիկների միջով և կապվում են նանոխողովակին, որը աճում է ներքևից վերև։