Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Přednáška 11 Shrnutí.  Nanoměřítko: 1.10 -9 m  Nanostruktury: alespoň 1 rozměr < 100 nm  Nanomateriály: základní strukturní jednotkou jsou nanostruktury.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Přednáška 11 Shrnutí.  Nanoměřítko: 1.10 -9 m  Nanostruktury: alespoň 1 rozměr < 100 nm  Nanomateriály: základní strukturní jednotkou jsou nanostruktury."— Transkript prezentace:

1 Přednáška 11 Shrnutí

2  Nanoměřítko: m  Nanostruktury: alespoň 1 rozměr < 100 nm  Nanomateriály: základní strukturní jednotkou jsou nanostruktury ◦ Virus: 100 – 1 nm ◦ 1 nm – 3-4 atomy  Nanotechnologie  Aplikace znalostí nanovědy při vytváření materiálů, struktur a zařízení.  Schopnost práce na molekulární a atomové úrovni.  Výzkum látek s částicemi pod hranicí 100 nm.  Struktury materiálů na úrovni nanorozměrů.  „Výpočetní“ nanotechnologie

3  2 přístupy: ◦ Top-down ◦ Bottom-up  Nanomateriály (nanostrukturní materiály, nanočástice)  Stavební jednotka – nanočástice s definovanými vlastnostmi  Stavební jednotky uspořádané do makroskopických multiklastrových materiálů – vhodnější pro technické aplikace

4 Nanotechnologie v přírodě  Nanotechnologie nejsou „lidským výmyslem“  Příroda využívá nanotechnologie od svého vzniku:  Každá chemická reakce  DNA  Proteiny  Koloidní roztoky

5

6

7  Optická mikroskopie  Elektronová mikroskopie ◦ SEM ◦ TEM  Mikroskop atomárních sil (AFM)  Skenovací tunelový mikroskop (STM)  Skenovací sondový mikroskop (SPM)  Chemický silový mikroskop (CFM)

8  Světelný (optický) mikroskop  Paralelní zařízení ◦ Zvětšený obraz ◦ Rozeznávání detailů  Přímo pozorovatelný/fotografovatelný obraz  Obraz je zvětšován dvěma sadami spojených čoček ◦ Objektiv ◦ Okulár  Největší zvětšení v obyčejném světle – 1500 x  Konstrukce ◦ Objektiv ◦ Okulár ◦ Tubus

9  Mnohem větší rozlišovací schopnost ◦ U světelné mikroskopie limitována vlnovou délkou ◦ Elektronová mikroskopie – často < 1 Å  Základní parametry ◦ Pozorování a zvětšování velmi malých předmětů ◦ Funkčně podobný světelnému mikroskopu ◦ Použití svazku urychlených elektronů ◦ Použití elektromagnetických čoček ◦ Nevýhody  Vysoká pořizovací cena ◦ Výhody  Velmi velké zvětšení (řádově x)  Vysoké rozlišení (0,1 nm)  Velká hloubka ostrosti  Nejen topografie, ale i materiálové složení

10  Transmisní (prozařovací, TEM) ◦ Svazek elektronů prochází vzorkem ◦ Průchod elektronů najednou ◦ Fluorescenční stínítko ◦ Ultratenké řezy (50 nm)  Skenovací (rastrovací, SEM, REM) ◦ Povrchy „tlustých“ vzorků ◦ Skenování (rastrování) povrchu po řádcích  Rastrovací-transmisní ◦ Kombinace obou předchozích  Environmentální rastrovací ◦ Nižší vakuum

11  Neoptické mikroskopie  SPM ◦ AFM ◦ STM  Zobrazení povrchu  Nutné kalibrace  Pohyb sondy v těsné blízkosti povrchu (několik nm)  Velmi jemný pohyb sondy pomocí piezokrystalu ◦ Prodloužení či smrštění v závislosti na napětí  Možnost manipulace

12  Nepoužívá se pojem zvětšení  Nutná kalibrace rozměrů  Mechanická část ◦ Stolek k upevnění vzorku ◦ Polohovací zařízení ◦ Sonda  Elektrická část ◦ Napájení ◦ Zpětná vazba ◦ Sběr signálu ◦ Ovládání pohybu  Tlumení mechanických vibrací

13

14  Studium krystalů  RTG záření ◦ Pronikavost (roste s frekvencí) ◦ Schopnost ionizace prostředí ◦ Luminiscenční účinky ◦ Fotochemické účinky ◦ Biologické účinky ◦ Spojité a Charakteristické záření  Detektory ◦ Ionizační ◦ Scintilační ◦ Polovodičové ◦ Fotografické

15  Difrakce především na elektronech  Braggova rovnice

16  Infračervená spektroskopie ◦ Absorpce (800 nm – 1 mm)  NIR, MIR, FAR ◦ Musí dojít je změně dipólmomentu – asymetrické molekuly ◦ Typy vibrací  Fundamentální, overtony, horké přechody  Valenční, deformační ◦ Instrumentace  Disperzní přístroje  FT přístroje ◦ Měřící techniky  Na průchod  Odrazné

17  Ramanova spektroskopie ◦ Rozptyl (UV, VIS, NIR)  Rayleighův  Stokesův  Anti-stokesův ◦ Změna polarizovatelnosti  Symetrické molekuly ◦ Instrumentace  Disperzní přístroje  FT přístroje ◦ Měřící techniky  Různé úhly zachycování záření

18

19  Struktura ◦ Rozměr ◦ Tvar ◦ Atomová struktura ◦ Krystalinita ◦ Mezifázové rozhraní ◦ Chemické složení  Rozměry ◦ Molekuly – pevné částice < 100nm ◦ Vlastnosti určeny charakteristickými znaky  Částice  Klastry  Dutiny  1 – 100 nm alespoň v jednom rozměru

20  Závislost vlastností ◦ Vlastnosti nanočástic ◦ Uspořádání nanočástic  Vznik vnitřních struktur  Přístupy ◦ Top – down  Fotolitografie v elektronice ◦ Bottom – up  Dispergované a kondenzované systémy  Self-assembly

21  Nanočástice  Nanostrukturní materiály  Nanstrukturní vrstvy

22  Kvantové vrstvy ◦ 2D systém ◦ Třetí rozměr nm  Kvantové drátky ◦ 1D systém  Kvantové tečky  Kvantové klastry ◦ Zvláštní struktura

23  Samouspořádání struktur  Souvisí s: ◦ Van der Waalsovými silami (přitažlivé) ◦ Coulombickými silami (odpudivé) ◦ Vodíkové můstky ◦ Hydrofilní/hydrofobní interakce  Pokles volné energie  Biologické struktury  Polymery  Slitiny  Samouspořádání při vzniku  Samoopravné materiály

24

25  Individuální přístup k různým materiálům  Výsledné struktury je vždy nutné analyzovat  Technonologie často spojována se vznikem polovodičových struktur ◦ P/N přechod ◦ Vytváření horizontálních struktur – litografie ◦ Vytváření vertikálních struktur – epitaxe  Sol-gel metoda

26  Hromadné chemicko-fyzikální zpracování  Hladký povrch  Substráty ◦ Si ◦ Sklo ◦ GaAs  Horizontálně členěné struktury  Členění: ◦ EUV/RTG litografie ◦ Fotolitografie ◦ Elektronová litografie ◦ Iontová projekční litografie ◦ Reaktivní iontové leptání

27  Velmi často aplikovaná  Vertikální nanostruktury  Přesně kontrolovaná výstavba materiálů a povrchů ◦ Křemíkový substrát  Dělení ◦ Homoepitaxe – substrát i vrstva stejné makrosložení ◦ Heteroepitaxe – různé makrosložení ◦ Rheotaxe – Podložka je kapalina-tavenina, vrstva – tuhá ◦ Grafoepitaxe – (diataxe, umělá epitaxe), substrát je amorfní (sklo) s upraveným povrchem

28  Typy ◦ Z pevné fáze ◦ Z kapalné fáze ◦ Z plynné fáze  PVD  CVD ◦ Epitaxe z molekulových svazků (MBE)

29  Amorfní, amorfně-krystalické i krystalické materiály  Homogenizace výchozích složek v roztoku  Přechod Sol-gel ◦ Zůstává zachována homogenita  3 fáze ◦ Příprava solu – nízkomolekulární prekurzory ◦ Gelace solu ◦ Odstranění rozpouštědla  Materiály s velkou variabilitou vlastností ◦ Jemné prášky ◦ Monolitická keramika a skla ◦ Keramická vlákna ◦ Anorganické membrány ◦ Tenké filmy ◦ Aerogely

30

31  Uhlík v přírodě ◦ Amorfní ◦ Krystalický  Uhlíkaté NM ◦ Fullereny  Sférické molekuly ◦ Uhlíkaté nanotrubičky  Prodloužené fullereny ◦ Uhlíkaté nanopěny  Zahřátí pulsním laserem na extrémní teplotu (10000 °C)  Extrémně lehká  Feromagnetická ◦ Grafen ◦ Uhlíkaté aerogely

32  Nejčastěji C60  Laserová ablace grafitu  Prudké ochlazení  Výskyt v přírodě ◦ Saze ◦ Uhelné vrstvy ◦ Fulgurity ◦ Meteority ◦ Plamen svíčky – žlutá část  Laboratorní příprava ◦ C60 ◦ Vysoké výtěžky (50 %) ◦ Obloukový výboj (C elektrody)

33  20 a více atomů uhlíku  Mnohostěny „kulovitého“ tvaru  Nejstabilnější C60 ◦ Průměr 1 nm ◦ Extrémní odolnost vůči vnějším fyzikálním vlivům  Další struktury ◦ Fullerity ◦ Dimery/polymery ◦ Filleridy

34  Podobný způsob přípravy jako fullereny (CVD metody)  Velmi dlouhé (mikrony)  Průměr několik nm  Čistě uhlíkaté  Čestičlenné kruhy  Různé typy ◦ Duté, plné, vícevrstvé…  Jednovrstvé/vícevrstvé  Uzavřené/otevřené

35  Jedna nebo několik málo grafitických vrstev  Příprava ◦ CVD metoda ◦ Chemicko-mechanická dekompozice grafitu  Oxidace grafitu (KMnO 4 + H 2 SO 4 )  Oddělení vrstev v ultrazvuku  Zpětná redukce ◦ Metoda Lepící pásky

36  Přechodná oblast ◦ Organické ◦ Uhlíkaté ◦ Anorganické  Si, Ti, Al  Podstatnou část tvoří vzduch  Velmi nízká hustota  Vysoká pevnost  Příprava metodou Sol-gel

37

38  Přírodní materiály  Některé rozměry v nanoměřítku  Jíl ◦ Materiál s obsahem jílových minerálů (aluminosilikátů) ◦ Materiál s částicemi < 2 µm  Časté směsi dvou a více jílových minerálů  Schopnost sorpce a iontové výměny  Schopnost vázat vodu  Chování při zahřívání  Reakce s organickými látkami

39  Vrstevnatá struktura ◦ Tetraedrické a oktaedrické sítě ◦ 1:1, 2:1  Nejstudovanější ◦ Kaolinity ◦ Montmorillonit ◦ Vermikulity  Značné využití už u surových materiálů

40  Umístění různých molekul do mezivrství ◦ Organické molekuly ◦ Polymery ◦ Komplexní ionty  Anorganické interkaláty ◦ Monoiontové formy ◦ Kysele aktivované materiály ◦ Komplexní kationy ◦ Pilarizace

41  Organické ◦ Kationy  Tenzidy  Barviva ◦ Polymery  Polymery – zvláštní případ ◦ Polymer – matrice ◦ Interkalace až exfoliace ◦ Lepší pevnostní vlastnosti

42

43  S jíly  S uhlíkatými NM  Samotné

44

45  3 základní aplikační oblasti ◦ Nanorobotika (NEMS) ◦ Materiálové inženýrství ◦ Molekulární nanotechnologie  Aplikace v elektronice ◦ Materiály ◦ Spintronika ◦ Senzory

46  Materiálové inženýrství ◦ Vrstvy ◦ Kompozitní materiály ◦ Samoopravné materiály  Medicína ◦ Cílená doprava léčiv ◦ Nové léčebné postupy ◦ Biokompatibilita

47  Neznámá toxicita nanočástic a nanomateriálů  Vliv na životní prostředí  Vliv na společnost  Možnost zneužití

48 Pro dnešek vše


Stáhnout ppt "Přednáška 11 Shrnutí.  Nanoměřítko: 1.10 -9 m  Nanostruktury: alespoň 1 rozměr < 100 nm  Nanomateriály: základní strukturní jednotkou jsou nanostruktury."

Podobné prezentace


Reklamy Google