Границы наномира - Безопасность жизнедеятельности в сфере производства нанотехнологий

Наномир представлен структурами, характерные размеры которых представлены нанометрами (1 нм = 10-9 м = 10-6 мм = 10 -3 Мкм), но это не значит, что если объект измерять нанометрами, то мы проникнем в наномир. Размер атомов и атомных молекул около 0,1 нм, но наноструктурой отдельный атом не является. В химии принято считать, что наноструктурой становится результат самоконденсации атомов и молекул в малые атомные агрегации (кластеры), являющиеся промежуточным звеном между изолированными атомами и молекулами (с одной стороны), и массивным (объемным) твердым телом, с другой. Отличительной чертой кластеров атомов (молекул) от исходных атомов (молекул) является "немонотонная зависимость свойств от количества атомов в кластере". Переход к твердому телу осуществляется через укрупнение кластеров -- минимальное число атомов в кластере равно двум, верхняя граница соответствует числу атомов, когда добавление еще одного атома не меняет свойства кластера, так как переход количественных изменений в качественные уже закончился. Обычно такая структура соответствует 1-2 тыс. атомов и она является границей между кластером и изолированной наночастицей (рис. 1)

классификация веществ и материалов по размеру d частиц

Рис. 1 Классификация веществ и материалов по размеру D частиц

Так мы очертили Нижнюю границу наночастицы -- она начинается в диапазоне размеров от 1 до 4 нм, т. е. с образованием твердого тела. Верхняя границаНаночастицы определяется свойствами ее приповерхностного слоя. Доля атомов (б), находящихся в тонком приповерхностном слое (~ 1 нм), растет с уменьшением размеров частицы вещества R, поскольку б ? S/V ? R2/R3 ? 1/R (здесь S -- поверхность частички, V -- ее объем). Но атомы, дислоцирующиеся на поверхности частицы, обладают свойствами, отличающимися от "объемных", поскольку они связаны с окружающими их атомами по-иному, нежели в объеме. В результате ненасыщенности связей на поверхности наночастицы может произойти атомная реконструкция и появится новый порядок расположения атомов; на свободных поверхностях могут находиться атомы и молекулы, адсорбированные из внешней среды; дополнительные особенности появляются в окрестностях атомов, находящихся на краях моноатомных террас, уступов и впадин. Взаимодействие электронов со свободной поверхностью тоже приводит к возникновению специфических приповерхностных явлений. Возникают и другие эффекты, более подробно о них можно узнать в специальной литературе (например, из [1]). Важно другое, все это, вместе взятое, дает основание химикам рассматривать приповерхностный слой частиц, у которых соотношение числа атомов (молекул), лежащих на поверхности, больше или равно объемным, как некое новое состояние вещества. Внешне оно проявляется резким увеличением химической и каталитической активности поверхности, увеличением ее сорбционной емкости и другими эффектами. Поэтому в химии под наночастицами понимают те, у которых отношение числа поверхностных атомов (молекул) к объемным ? 1. При таком определении наночастицами низкомолекулярных веществ считаются объекты с размером до 10 нм, для высокомолекулярных -- до 100 нм. Эти размеры и являются верхней границей наномира.

Похожие статьи




Границы наномира - Безопасность жизнедеятельности в сфере производства нанотехнологий

Предыдущая | Следующая