Нанокомпозиты

Такий метод виявився ефективним при використанні подвійного блоксополімера - з стиролу і 2-вінілпіридину. У цьому випадку прозорі плівки сополімеру відливають з розчину, який містить солі срібла, міді, кобальту або кадмію з наступним їх поновленням до чистого металу або його сульфідів.

Органічними компонентами для синтезу блоксополімера можуть служити норборненовані мономери, в один з яких впроваджують іони золота, срібла, кадмію або цинку. Норборнени, будучи циклічними сполуками з подвійним зв'язком, відрізняються високою реакційною здатністю. Під дією каталізатора вони піддаються перегрупуванню: 5-членний цикл молекула розкривається і утворюється лінійний полімер (таку реакцію називають метатезисом з розкриттям циклу).

Утворення нанокристалів ZnS в ході реакції полімеризації норборненових мономерів.

ROMP - реакція метатези  з розкриттям циклу,

Ph - фенильний залишок, Me - метильний, Bu - бутильний.

 

В ході реакції полімеризації одночасно утворюються і домени металів (чи напівпровідників) розміром в декілька нанометрів. Змінюючи відносну довжину полімерних блоків, можна створювати, як і попереднім способом, неорганічні структури різної морфології. Отримані матеріали оптично прозорі, високо проникні для низькомолекулярних речовин, а тому придатні для використання в якості оптичних і люмінесцентних мікроприладів, каталізаторів і т.д.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Молекулярні  композити

 

В кінці 70-х років виникла ідея створення молекулярних композитів, побудованих з гнучкої полімерної матриці і жорстких, теж полімерних, волокон. Очікувалося, що порівняно з традиційними в цих композиційних матеріалах не буде внутрішніх дефектів у підсилюють жорстких елементах, виявляться більший підсилює ефект (за рахунок високого відношення довжини жорсткого сегмента до його перетину) і висока адгезія між матрицею і волокном, і інші переваги. Все це могло забезпечити істотне поліпшення механічних і теплових властивостей матеріалу при збереженні його нафтових.

 Фазова діаграма для системи, що складається з молекул матриці з гнучкими ланцюгами і полімеру з жорсткими стрижнями. Змішання цих компонентів призводить до микрофазному поділу, причому об'ємна частка ізотропної фази (1) різко знижена в області великих довжин жорстких стержнів (Флорі P.J., Абе а. / / Макромолекули. 1978. V.11. P.1122).

На початку 80-х років молекулярні композити вже намагалися отримувати, змішуючи розчини жорсткого і гнучкого полімерів, які утворювали потрійну систему. Виявилося, що фазова поведінка полімерного розчину жорстких стержнеподібних молекул і гнучкої матриці залежить від ентропії змішування. Якщо вона несприятлива, відбувається мікрофазовий поділ компонентів, різко зменшується об'ємна частка ізотропної фази в міру збільшення довжини жорстких сегментів.

Фазове розділення можна придушити кількома способами:

- включити в жорстку  молекулу гнучкі бічні групи, які доповнювали б по хімічній  структурі функціональні групи  в гнучкому клубку. Це забезпечить сприятлива ентропія змішування і виникнення водневих зв'язків між жорсткими та гнучкими сегментами;

- підвищити ентропію змішування за рахунок використання близьких за хімічною структурою компонентів;

- синтезувати матеріали, в яких жорсткі сегменти і  гнучка матриця пов'язані хімічно.

Одиничний блок потрійного співполімеру, в центрі якого знаходиться полиимидний жорсткий фрагмент, а по краях до нього примикають гнучкі поліамідні ланцюга.

Контрольована у процесі синтезу маса полімідного фрагмента в досліджуваних зразках становила 12Ч103г/моль, а ступінь полімеризації - 14-15. Довжина макромолекули в найбільш витягнутої конформації не перевищувала 35-40 нм. Маса ж поліамідних елементах була більша - близько 105 г/моль. Механічні та теплофізичні властивості матеріалу виявилися поліпшеними порівняно з властивостями вихідних полімерів. Це забезпечувалося особливостями його структури, а саме суміщенням поліамідних і жорстких фрагментів в аморфних областях.

Інтерес до молекулярних композитів надзвичайно великий, і роботи ведуться у різних напрямах: підбору сумішей, пошуку кополімерів, створення матеріалів на основі аморфних і рідкокристалічних полімерів.

У живому світі прикладів подібної самоорганізації не злічити, це і віруси, і рибосоми, і білкові волокна, і мембрани, і ферментні комплекси. Всі вони не синтезуються цілком, а збираються з макромолекулярних субодиниць. Так, однакові білкові молекули, взаємодіючи між собою за рахунок слабких сил, утворюють геометрично регулярні структури (спіралі, кільця, гексагональні форми), що упаковуються в плоскі шари або трубки.[2]

 

4. Можливості нанотехнологій

 

Практичне втілення перелічених далі прогнозів очікується в період до 2060 р., хоча з 2025 р. можлива і більш рання реалізація окремих пунктів. Такі оцінки висуває чимала кількість експертів. Поки їх прогнози продовжують досить точно збуватися, і не видно причин, здатних цим прогнозами перешкодити. Багато що залежить, насамперед, від доступності обчислювальних ресурсів, необхідних для моделювання нанотехнологічних процесів.

Можливості нанотехнологій, які будуть доступні людству через 50-60 років, такі:

- програмоване позиціонування молекул з точністю 0,1 нм;

- робота нанопристрою з частотою 1 ГГц;

- молекулярна збірка зі швидкістю 1 млн. операцій в секунду на 1 нанопристрій;

- промислові системи, здатні подвоїти обсяги виробництва кожні 10 000 секунд;

- створення компактних нанокомп'ютерів продуктивністю 10 000 Тфлопс на 1 Вт споживаної потужності.

Перехід до виробництва ОЗП на базі вуглецевих трубок очікується вже в наступному році. Компанії Nanosys і In-Q-Tel (остання фінансується ЦРУ і займається ризикованими технологічними проектами) взялися за розробку неорганічних напівпровідникових наноструктур. Такі наноструктури, що розвиваються на основі теорії квантових точок, дозволять створити квантові лазери, одноелектронні транзистори і т. д.

У найближчі ж пару десятиліть нанотехнології обіцяють випустити на масовий ринок пристрої зберігання одного терабайта інформації (вміст бібліотеки Конгресу США) на носії розміром 1 см3 і процесори продуктивністю одна тисяча терафлопс. Такі ресурси будуть затребувані в системах інтелектуальної обробки сигналів, розпізнавання мови, організації високоякісної бездротового зв'язку і в різних військових програмах. Очікується також, що терафлопсні машини зможуть в реальному часі передбачати погоду. В середині другого десятиліття з'являться перші молекулярні комп'ютери, а ось квантові обчислювальні системи поки як і раніше залишаться в фазі досліджень.

Істотно зміниться структура ринку ліків посилання композит медичний, обсяг якого тільки в США становить 380 млрд. дол. В даний час частка фармакологічних фірм, що використовують нанотехнології, дорівнює 1%, а ось через 10-15 років їх відсоток зросте до 50%. Системи цільового клітинного впливу з'являться у продажу через 5-7 років, а безліч ліків, отриманих нанотехнологічним способом, знаходяться сьогодні на етапі проектування, або на самих ранніх стадіях клінічних випробувань. Але вже через 3-5 років суперкомп'ютери продуктивністю 1 петафлопс змоделюють роботу білків і процес проектування нових ліків істотно прискориться. А в 20-х роках буде відпрацьована технологія спрямованої еволюції білкових препаратів, яка дозволить готувати ліки точкового впливу, не мають побічних ефектів.

Відбудуться еволюційні зміни і в світовій енергетиці. Надміцна теплостійка сталь, що містить вуглецеві трубки, до 2005 р. істотно подешевшає і буде активно використовуватися в обладнанні теплових електростанцій (ТЕС), завдяки чому воно зможе працювати при більш високих температурах. В результаті підвищиться ККД ТЕС і знизиться рівень шкідливих викидів. Хороші теплоізолюючі властивості нових матеріалів з нанодобавками дозволять автовиробникам вже в 2010 р. налагодити випуск автомобілів, де електрику для живлення всієї бортової електроніки буде вироблятися за рахунок утилізації виробляється машиною тепла. А на базі нових полімерів почнеться масовий випуск компактних і ефективних сонячних батарей.[1]

 

 

Література

1. Герасимов Г.Н., Григорьев Е.И., Григорьев А.Е. и др. // Хим. физика. 1998. Т.17. С.168—173.

2. Неверов В.М., Чвалун С.Н., Blackwell J. и др. // Высокомолекуляр. соединения. А. 2000. Т.42. С.450—461.

3. Романовский Б.В., Макшина Е.В. Нанокомпозиты как функциональные материалы // Соросовский образовательный журнал. - 2004. - Т. 8, № 2. - С. 50-55.

        4.  Головин Ю.И. Нанотехнологическая революция стартовала // Природа. - 2004. - № 1.

        5. Третьяков A.O. Полимерные нанокомпозиты — материалы XXI века // Оборудование и инструмент для профессионалов. - 2003.

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Національний педагогічний університет імені М.П. Драгоманова

Фізико – математичний інститут

 

 

 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

«Нанокомпозити»

 

 

 

 

Виконала:

студентка 52ФІАм групи

Шворак Світлана

                                                                                              

КИЇВ – 2014