Міносвіти Росії
Федеральне державне бюджетне освітня установа
вищої професійної освіти
Пензенський державний технологічний університет
Кафедра: Біотехнологія і техносферной безпеку
Контрольна робота
Фізико-хімічні основи нанотехнологій
Виконала: Лобачова Д.С.
студентка групи 12БТ1бзі
Перевірив: Бориско Д.Е.
Пенза +2014
. Сформулюйте умови, що впливають на самоорганізацію наночастинок
Суть процесів самоорганізації полягає в тому, що атоми, молекули, а також окремі наночастинки здатні під дією сил взаємного тяжіння мимовільно об'єднуватися в впорядковані структури, послідовного з'єднуючись між собою. Рушійною силою самоорганізованих процесів є прагнення атомної чи молекулярної системи прийняти конфігурацію, відповідну мінімуму її потенційної енергії. Самоорганізація є однією з найбільш загальних закономірностей в природі. Вона здійснюється різними шляхами, але завжди з однією спільною метою - забезпечити найбільшу стійкість системи.
Найбільш повно процеси самоорганізації реалізуються в біологічних системах. Саме таким способом відбувається утворення складних біомолекулярних структур. Прикладом тому можуть служити білки, що представляють собою великі молекули з молекулярними вагами, складовими десятки тисяч. Білки утворюються шляхом послідовного з'єднання сотень молекул амінокислот за участю молекул рибонуклеїнової кислоти (РНК). При цьому кожна молекула амінокислоти підводиться до місця свого приєднання молекулою транспортної РНК в порядку, встановленому молекулою інформаційної РНК. Послідовно зв'язуючись один з одним, амінокислоти збираються в поліпептидний ланцюг, яка безперервно збільшуючись в довжині, врешті-решт, трансформується в молекулу білка.
Самосборка, природним чином протікає у всіх живих організмах, має свій аналог в нанотехнологіях, де створюються певні умови, за яких елементарні будівельні блоки (атоми, молекули або їх ансамблі) мимовільним чином формують складні впорядковані структури. Шляхом самосборки створюються тонкі плівки, що представляють собою атомні або молекулярні моно- або поліслоі. Такі плівки можуть бути отримані в ході безпосереднього осадження речовини на підкладку. Рушійною силою цього процесу є хемосорбция - поглинання газів, парів або розчинених речовин твердою поверхнею в умовах хімічної взаємодії частинок поглинається речовини і поглинача. Утворення плівок можливо також методом Ленгмюра-Блоджетт, в якому спочатку на поверхні повітря-вода мимовільно формується молекулярний моношар, який потім переноситься на підкладку.
До числа найбільш значущих і часто використовуваних самоорганізованих процесів належить спонтанна кристалізація. Кристалічний стан речовини є більш стійким, ніж аморфне. Тому будь-яка аморфна фаза схильна до кристалізації. Закономірності цього процесу визначаються як індивідуальними фізико-хімічними властивостями самої середовища, в якому він протікає, так і зовнішніми умовами, в яких ця середу знаходиться. Головною характеристикою середовища є температура.
Контролювати процес самоорганізації можна за допомогою зовнішніх полів або впливів. Так феромагнітні наночастинки шикуються по лініях магнітного поля; частинки, що мають дипольний момент, - по лініях електричного поля. Самоорганізацією наночастинок з фотоактивного лігандами можна управляти впливом світла. УФ випромінювання ініціює реакцію цис-транс ізомерного переходу і в наночастицах з'являється наведений дипольний момент. Диполь-дипольна взаємодія і є рушійною силою організації частинок.
Одним з підходів до самоорганізації в розчині є використання специфіки взаємодії різних областей хімічно неоднорідних наночасток. При організації наночастинок, що мають протилежні заряди, виходять структури, що нагадують іонні кристали. Використовуючи концепцію «іонних колоїдних кристалів» можна отримувати ансамблі наночастинок високою впорядкованості, які можуть знайти застосування в фотоніці і електроніці.
Широкий спектр матеріалів, таких як вуглецеві нанотрубки, блоксополімери, молекули ДНК і вірусів може бути використаний в якості матриці для організації наночастинок. Сильна взаємодія між шаблоном і наночастинками призводить до утворення структури, яка визначається формою матриці-шаблону.
Збірка наночастинок на межі рідина-рідина, рідина-газ і рідина-тверда речовина виробляється методами Ленгмюра- Блоджетт, самоорганізацією допомогою седи...
