На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Коллоидные кластреы и их свойства

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 22.08.2012. Сдан: 2012. Страниц: 6. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


     СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….3
1. Коллоидные кластеры……………….………………………………………4
2. Коллоидные кластеры  и наноструктуры…………………………………7
     2.1. Формирование коллоидных наносистем…………………………….7
     2.2. Мицеллы……………………………………………………………….9
     2.3.Микроэмульсии………………………………………………………12
     2.4.Формирование кластеров в микроэмульсиях………………………13
     2.5. Организация и самоорганизация коллоидных структур………….15
3. Оптические и электронные свойства коллоидных кластеров………..21
     3.1. Оптические свойства кластеров  металлов и плазменные колебания…………………………………………………………….…………22
     3.2. Оптические свойства полупроводниковых кластеров………………..23
ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………..…….25
 

      ВВЕДЕНИЕ 

     В последние годы темпы научно-технического прогресса стали зависеть от использования  искусственно созданных объектов нанометровых размеров (1 нанометр равен одной миллиардной доле метра или, что то же самое, одной миллионной доле миллиметра). Созданные на их основе вещества называют наноматериалами, а способы их производства и применения - нанотехнологиями. Невооруженным глазом человек способен увидеть предмет, диаметром примерно 10 тыс. нанометров.
     Альманах "Понимая Нанотехнологию" отмечает что, несмотря на то, что термин "нанотехнология" стал весьма популярным в последние  годы, даже люди, выступавшие в поддержку развития этой отрасли науки и техники, часто весьма приблизительно представляют о чем идет речь. Показательно, что в академическом словаре американского английского Webster Dictionary выпуска 1966 года слово "нанотехнология" не значится, несмотря на то, что исследования в наносфере к тому времени проводились достаточно давно.
 

      1. Коллоидные кластеры
     Коллоидные  кластеры образуются в растворах  в результате химических реакций и могут иметь размеры от 1 до 100 нм. Они могут долго существовать в жидкой фазе, не осаждаясь и не коагулируя, благодаря слабым межкластерным взаимодействиям, зарядовому отталкиванию и пассивации поверхности. По отношению к жидкой фазе коллоидные кластеры могут быть разделены на две группы: лиофильные (гидрофильные) и лиофобные (гидрофобные).
     Лиофильные  кластеры могут сорбировать на своей  поверхности молекулы окружающей среды и образовывать с ними прочные сольватные комплексы. Кластеры этого типа окружены оболочкой, которая частично сохраняется и при коагуляции отдельных кластеров, и при переходе их в ге-левую наносистему. Наиболее типичными представителями гидрофильных кластеров являются оксиды кремния, оксиды железа и других металлов.
     Лиофобные кластеры не адсорбируют на своей  поверхности молекулы растворителя. Однако их поверхность можно модифицировать ионами из раствора, при этом она приобретает положительный или отрицательный заряд.
     В качестве примера реакций получения  кластеров приведем реакцию гидролиза  неорганических солей металлов:
     FeCl3 + ЗН20 <—> Fe(OH)3 + 3HC1
     и реакцию, приводящую к возникновению  коллоидного золя золота:
     2НАиС14 + ЗН202 —> 2Аи + 2НС1 + 302.
     Для предотвращения слипания поверхность  коллоидных кластеров пассивируют  лигандами или действием поверхностно активных веществ (ПАВ). В качестве лигандов обычно применяются тиолы, трифенилфосфин и его производные, фенантролин.
     К коллоидным наносистемам относятся также микроэмульсии и мицеллярные системы. Образование таких систем происходит с помощью ПАВ, имеющих дифильное строение: молекула ПАВ содержит гидрофобную часть и полярную (гидрофильную группу) той или иной природы. Гидрофобная часть представляет собой углеводородные радикалы С„Н2п+|, С„Н2„_|, С„Н2п+1СбН9 и другие, содержащие от 8 до 18 углеродных атомов. В зависимости от природы гидрофильной группы ПАВ делят на катионные и анионные. При растворении ПАВ в воде
     
     Рис. 1. Наноструктуры, возникающие в растворах с участием ПАВ: 1 — мономеры; 2 — мицелла; 3 — цилиндрическая мицелла; 4 — гексагонально упакованные цилиндрические мицеллы; 5 — ламелярная мицелла; 6 — гексагонально упакованные обратные мицеллы
происходит  структурирование молекул воды вокруг неполярных углеводородных радикалов, что приводит к уменьшению энтропии системы. Минимум энергии соответствует концентрации, называемой критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). При этом молекулы ПАВ начинают самопроизвольно образовывать ассоциаты, которые называются мицеллами (предложение Мак-Бэна, 1913). Образование мицеллы сопровождается высвобождением части структурированной воды, что приводит к увеличению энтропии системы. Величина ККМ зависит от длины и степени разветвления углеводородного радикала, присутствия электролитов или другой органики, рН раствора, соотношения между гидрофильными и гидрофобными свойствами ПАВ. Чем длиннее углеводородный радикал и слабее полярная группа, тем меньше величина ККМ.
     При концентрациях, близких к ККМ, мицеллы  представляют собой сферические образования, в которых полярные группы контактируют с водой, а гидрофобные радикалы находятся внутри, образуя неполярное ядро. При концентрациях, больших ККМ, возможно образование нескольких типов мицелл (рис. 2) [5] с различными размерами от единиц до десятков нанометров.
     Мицеллы могут образовывать микроэмульсии (наноэмульсии) — изотропные дисперсии двух несмешивающихся жидкостей. В зависимости от того, какая фаза в микроэмульсии является дисперсной, а какая непрерывной, микроэмульсии и входящие в нее мицеллы могут быть прямыми — масло в воде — или обратными — вода в масле.
     
     Рис. 2. Схема реакции, протекающей в обратной мицелле
     В микроэмульсионной системе мицеллы постоянно сталкиваются, могут коалесцироватьи и разрушаться, что приводит к непрерывному обмену их содержания. Обратные мицеллы используются для получения твердых нанокристаллов. С этой целью используются две идентичные эмульсионные системы с обратными мицеллами, которые содержат вещества А и В (рис.2)
 

      2. Коллоидные кластеры и наноструктуры 

     К коллоидным наносистемам относится  обширный круг объектов, размеры которых входят в диапазон 1 100 нм. К ним относятся коллоидные кластеры металлов, оксидов и халькогенидов металлов, мицеллы, микроэмульсии и т.д. Эти объекты представляют значительный интерес как с точки зрения фундаментальных исследований, так и в многочисленных применениях, в частности в области нанотехнологий. Само формирование таких систем было предметом длительных и успешных изучений (см., например, [1-4]).
     Здесь тесно сплетаются приемы с использованием химических реакций, термодинамического и атомно-молекулярного подхода. Эти системы подчиняются принципам самоорганизации и позволяют формировать наноматериалы, которые используются в нанотехнологиях и наноустрой-ствах. Поэтому предмет этой главы составят как характеристики формирования различных наносистем, так и ряд свойств наносистем, таких как оптические или электронные свойства. 

     2.1. Формирование коллоидных наносистем 

     Среди огромного многообразия коллоидов  целесообразно остановиться на системах, ограниченных нанометровым диапазоном измерения, к которым относятся золи металлов и оксидов металлов, прямые и обратные мицеллы, микроэмульсии, нанокластеры в мицеллах, коллоидные кристаллы.
     Золи  и их формирование
     Золи  металлов стали получать в растворах  после реакций восстановления, начиная с 1857 г., когда Фарадей получил красный золь золота с кластерами 2 50 нм с помощью реакции
     АuС13 + ЗН20 + Р 2Аu + Р(ОН)3 + 3HCL.     (1)
     Позднее Зигмонди синтезировал монодисперсные золи золота с изменяющимися размерами кластера с помощью восстановления солей золота пероксидом водорода и формальдегидом:
     2НАuСl4 + 3Н2O2 2Au + 8HCL + 3O2,     (2) 

     2HAuCl4 + 3HCHO+llKOH 2Au + 3HCOOK+8KCL + 8H20.    (3) 

     Эта реакция двухстадийная: первая стадия состоит в формировании зародышей новой фазы, вторая стадия включает рост зародышей. В результате можно сформировать желтые с размером 20 нм, красные с размером 40 нм и синие с размером 100 нм золи золота.
     Золи  оксидов получают с помощью реакций  конденсации. В качестве примера можно привести распространенную реакцию гидролиза неорганических солей металлов (или алкоксидов металлов)
     FeCl3 + 3Н2O Fe(OH)3 + 3HC1.     (4)
     Подобные  золи могут длительное время существовать в жидкой фазе не осаждаясь и не коагулируя благодаря участию в броуновском движении молекул раствора и слабым межкластерным взаимодействиям, зарядовому отталкиванию и пассивации поверхности. Размер образующихся коллоидных кластеров определяется условиями реакции, природой растворителя и стабилизатора, временем и температурой реакции и в значительной степени пересыщением растворов. Процесс образования кластеров связан с нуклеацией (гомогенной или гетерогенной) из раствора. В этой связи увеличение размеров кластера и предотвращение их коагуляции связано с пассивацией их поверхности. В качестве пассиваторов могут выступать тиолы, трифенилфосфин и его производные, фенантролин и т.д., а также различного рода поверхностно активные вещества (ПАВ). Так, полученные кластеры золота в реакциях (1)-(3), пассивированные алкантиолами, состоят из металлического кластера, покрытого монослоем тиолов, который создает плотную замкнутую оболочку. Этот монослой самоорганизуется и влияет на размер металлического кластера путем изменения длины алкильной цепи в алкантиоле и соотношения тиола и металла. Образующиеся коллоидные кластеры золота представляют собой монокристаллы, обладающие гранецентрированной кубической решеткой и имеющие форму октаэдра или икосаэдра [5].
     Были  получены также кластеры серебра, палладия и платины.
     По  отношению к жидкой среде коллоидные кластеры могут быть разделены на лиофильные (гидрофильные) и лиофобные (гидрофобные). Лиофильные коллоидные кластеры могут сорбировать молекулы из окружающей среды и образовывать прочные сольватные комплексы. Кластеры этого типа окружены жидкой оболочкой, которая частично сохраняется и при коагуляции отдельных кластеров, и при переходе золя в гелевую на-носистему, например, для оксидов кремния, железа или других металлов. Лиофобные кластеры не адсорбируют на своей поверхности молекулы растворителя. Однако их поверхность можно модифицировать ионами из раствора, при этом она приобретает положительный или отрицательный заряд.
     При высушивании золей гидроксидов  кремния или гидроксидов или  алкоголятов металлов формируются гелевые структуры, например известный всем силикагель nSiO2 тН20 или алкоголяты ZrOPr)4, Ti(OBu')4, А1(ОBur)3. Такая золь гель технология используется при получении на-номатериалов, нанокерамики, в оптических, электронных, магнитных устройствах, а также для синтеза многих катализаторов. Сами гели затем используются как носители для получения кластерных материалов, например катализаторов с нанесением на них кластеров оксидов металлов. 

     2.2. Мицеллы
     Мицеллы образуются с помощью ПАВ, которые способны адсорбироваться на разделе фаз и снижать межфазное натяжение. Молекула ПАВ имеет дифильное строение и включает гидрофобную часть и полярную группу. Гидрофобная часть представляет собой углеводородный радикал СnН2n+1,  СnН2n-1, СnН2n+1C6Н4 и др., включающий от 8 до 18 углеводородных атомов. В зависимости от природы гидрофильной группы ПАВ подразделяются на катионные, которые включают первичные, вторичные, третичные амины и четвертичные аммониевые основания, анионные молекулы, содержащие карбоксильные, сульфоэфирные, суль-фогруппы и др., и не ионогенные. Действие ПАВ в водных растворах основано на структурировании молекул воды вокруг неполярных углеводородных радикалов ПАВ, что должно вызывать уменьшение энтропии системы. Поскольку любая система стремится к максимуму энтропии, то при достижении некоторой критической концентрации мицеллообразования (ККМ), молекулы воды и ионы ПАВ начинают образовывать ассоциаты, которые называются мицеллами, согласно определению Мак-Бэна (1913). Образование мицелл в этом случае ведет к освобождению части структурированной воды, что является термодинамически выгодным процессом, ведущим к увеличению энергии системы. Наличие мицелл в растворе определяется по изменению поверхностного натяжения, электропроводности, плотности, вязкости, светорассеяния и т. д. в зависимости от концентрации ПАВ. Величина ККМ зависит от природы ПАВ, длины углеводородного радикала, электролита, рН раствора. Чем длиннее углеводородный радикал и слабее полярная группа, тем меньше ККМ [3,4].
     Для концентраций ПАВ, близких к ККМ, мицеллы представляют собой сферические образования, в которых полярные группы контактируют с водой, а гидрофобные радикалы находятся внутри мицеллы, образуя неполярное ядро.
     Возможно  образование нескольких типов мицелл (рис. 3) — сферические, цилиндрические, гексагонально упакованные, ламеллярные.
     Таким образом, мицеллярные системы выступают  в виде одномерных, двумерных и  трехмерных наноструктур, включающих от десятков до сотен составляющих мицеллу молекул.
       
     Рис. 3. Структуры, организованные в результате действия ПАВ: 1 — мономеры ПАВ; 2 — мицелла; 3 — цилиндрическая мицелла; 4 — гексагонально упакованные цилиндрические мицеллы; 5 — ламелярная мицелла; 6 — гексагонально упакованные капли воды в обратной мицеллярной системе 

     Нерастворимые в воде молекулы ПАВ могут растворяться в неполярных средах. В этом случае также наблюдается образование мицелл при концентрациях больше ККМ, которое теперь обуславливается взаимодействием между полярными группами ПАВ, так что гидрофобные (жирные) части направлены наружу мицеллы, а полярные группы — внутрь. В результате внутри мицеллы образуется нанорезервуар с водой. Такие мицеллы носят название обратных мицелл (рис. 3 (6)). Прямые мицеллы можно определить как нанокапли масла в воде, а обратные мицеллы, как вода в масле.
     Важным  свойством мицелл является их способность  солюбилизировать, т. е. значительно  увеличивать растворимость углеводородов  в водных мицеллярных растворах  или, соответственно, полярных жидкостей  в обратных мицеллярных системах. В результате солюбилизации образуются устойчивые изотропные системы, которые называются микроэмульсиями. Свойства вещества при солюбилизации в мицеллах сильно изменяются, в результате чего скорость химических реакций также меняется. Это явление, называемое мицеллярным катализом, нашло широкое применение в химии, биологии, медицине, в различных технологических процессах. 

     2.3. Микроэмульсии 

     Микроэмульсии (наноэмульсии) представляют собой термодинамически стабильные дисперсии несмешивающихся жидкостей. При смешивании капли одной жидкости, стабилизированные пленкой ПАВ, распределяются в другой. Микроэмульсии относятся к лиофильным дисперсным системам и получаются либо путем самопроизвольного диспергирования несмешивающихся жидкостей в результате понижения межфазного натяжения, либо в процессе солюбилизации с образованием, например, обратных мицелл. Термодинамическая стабильность микроэмульсионных систем обусловлена низким межфазным натяжением, которое может составлять до 10~5 Дж/м2. В зависимости от того, какая фаза является дисперсной, а какая непрерывной, микроэмульсии могут быть прямыми — масло в воде или обратными — вода в масле, где под маслом подразумевается неполярная органическая жидкость. В обоих случаях дисперсная фаза состоит из капель, размер которых не превышает 100 нм.
     Микроэмульсии представляют собой многокомпонентные  системы, включающие различные структуры  — бислойные, цилиндрические, сферические мицеллы. Кроме жидких изотропных мицеллярных фаз могут образовываться оптически анизотропные мицеллярные фазы, например, слоистые смектические и гексагональные фазы, т. е. микроэмульсии обладают микроструктурой.
     Свойства  микроэмульсий во многом определяются размером и формой компонент дисперсной фазы, а также свойствами межфазных адсорбционных слоев, образованных ПАВ. Поскольку микроэмульсии обладают большой подвижностью и большой поверхностью раздела, они могут служить средой для проведения многих химических синтезов, например для получения нанокластеров металлов, оксидов и халькогенидов металлов. 

     2.4.Формирование кластеров в микроэмульсиях 

     В микроэмульсионной системе компоненты дисперсной фазы постоянно сталкиваются, коалесцируют и разрушаются вновь, что приводит к непрерывному обмену их содержимым. Процесс столкновения нано-капель или мицелл определяется их диффузией в масляной среде для обратных мицелл. Процесс обмена регулируется взаимодействием адсорбционных слоев ПАВ и гибкостью межфазной поверхности.
     Обратные  мицеллы и обратные эмульсии активно  используются для синтеза нанокластеров, при этом внутренний объем обратной мицеллы используется как нанореактор для проведения в нем химических реакций получения кластеров. С этой целью смешиваются две идентичные обратные микроэмульсионные системы, водные фазы которых содержат, например, вещества А и В, образующие в ходе химической реакции труднорастворимое соединение С. При коалесценции мицелл в них в результате обмена веществ образуется новое соединение С (рис. 4).
     Кластеры  металлов могут быть получены также  при введении в микроэмульсию, содержащую соль металла, восстановителя — водорода или гидразина — или в процессе пропускания через эмульсию С02 или H2S.
     
     Рис. 4. Схема реакций, идущих в обратных мицеллах
     Таким способом были получены кластеры Pt, Pd, Rh, Ir с размером частиц 3 5 нм, а также биметаллические кластеры платины и палладия. С помощью синтеза нанокластеров в обратных мицеллах были получены кластеры металлов, полупроводников, например CdS, CdSe, CdTe, SnО2, Ti02, Fe203, MoS2, HgS, InAs, GaP, GaAs, Bib и др., SiО2, высокотемпературной керамики и т.д. [4,6].
     При образовании нанокластеров в  микроэмульсиях действует ряд факторов, влияющих на протекание реакции. Это  соотношение водной фазы и ПАВ  в наносистеме W = /ПАВ, затем структура и свойства солюбизированной водной фазы, динамика микроэмульсий, средняя концентрация реагирующих веществ в водной фазе и природа ПАВ. Размер кластеров, образующихся в нанореакторе обратной мицеллы, контролируется ее размером. Линейная зависимость размера кластера от величины W наблюдалась при образовании кластеров CdS [7]. Подобная зависимость получается при рассмотрении нуклеации оксидов металлов в нанопоре, модель которой была рассмотрена в гл. 5.
     Размер  кластера, получаемого в обратной мицелле, зависит от ПАВ, так, для наносистемы, стабилизированной ди(этилгексил)сульфосукци-натом натрия (Aerosol ОТ), размер кластера был меньше, чем в случае ПАВ Triton Х-100 (п-(трет-октил)фениловый эфир полиэтиленгликоля с п = 10).
     Синтез  нанокластеров с помощью проведения реакций в обратных мицеллах открывает значительный простор для формирования нанокластеров как различного химического состава, так и формы кластеров. Так, для получения кластеров меди различной формы использовались мицеллы воды, стабилизированные Си (АОТ)2 и Na(AOT) в изооктане, смешивались с микроэмульсией раствора борогидрата натрия, стабилизированного Na(AOT). После смешивания микоэмульсий происходило восстановление меди, причем размер кластеров меди зависел от величины W [8].
     При W < 4 присутствуют только сферические капли, размер которых пропорционален W. Кластеры в промежутке размеров 14-12 нм подчиняются линейному закону d ~ aW и обладают сферической формой. Повышение содержания воды при 4 < W < 5,5 приводит к изменению сферической формы мицеллы и возникновению формы сфероида. При этом в микроэмульсионной системе формируются нанокластеры сферической формы с d = 8,2 нм и 12 нм и кластеры в форме цилиндров с d = 12 нм и длиной 18,5 нм. При дальнейшем увеличении W (5,5 < W < 11) — непрерывная фаза с нанокластерами от d = 6,7 нм до 9,5 нм сферической формы и нанокластеры в форме стержней с d = 9,5 нм и длиной 22,6 нм. Дальнейший рост содержания воды до W > 11 ведет к образованию ламеллярной структуры, в которой формируются только стержни с диметром 10 4- 30 нм и длиной 300 4-1 500 нм. Получение асимметричных кластеров в виде нитей, дисков, эллипсоидов представляет большой научный и практический интерес. Микроэмульсии используются и для проведения реакций гидролиза, например
     Si(OEt)4 + 2Н20 -> Si02 + 4Еt OН.     (5)
     Метод обратных мицелл и эмульсий позволяет  получать наноком-позиты, когда кластер  одного материала покрыт тонким слоем  другого материала [9]. 

     2.5. Организация и самоорганизация коллоидных структур 

     Самоорганизация и эволюция коллоидной наносистемы заложена в высокоразвитой поверхности и термодинамической неустойчивости коллоидных кластеров. Избыток свободной энергии, обусловленный наличием поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой, стимулирует протекание различных процессов, приводящих к уменьшению свободной энергии Гельмгольца. Без учета химического потенциала
     dF = -TdS + d( s),     (6)
     где — величина поверхности раздела фаз, а — поверхностное натяжение. Термодинамическое условие dF < 0 может достигаться за счет изменения энтропии или энергии поверхности (второй член (6)). В случае изменения энергии это достигается за счет уменьшения поверхности раздела a dS < 0 или уменьшения межфазной поверхностной энергии S d < 0. При уменьшении межфазной поверхности увеличивается средний размер кластеров и может произойти разделение коллоида на две фазы — твердую и жидкую. Слипанию кластеров препятствует энергетический барьер — Еel, связанный с электростатическим отталкиванием кластеров. Так, если Eel > kT, то система агрегативно устойчива и укрупнения частиц не происходит. В случае Eel < kT каждое столкновение кластеров будет приводить к образованию агрегатов, причем скорость их образования будет лимитироваться скоростью диффузии в дисперсионной среде. Параметром, характеризующим процесс такой быстрой коагуляции, является период коагуляции г, т.е. время, за которое концентрация кластеров со уменьшается в 2 раза
     Скорость  коагуляции снижается при уменьшении концентрации электролита. Это приводит к случаю медленной коагуляции.
     Коагуляция  золей приводит к получению агрегатов, фрактальная размерность которых зависит от типа коагуляции. Для агрегатов, полученных в условиях медленной коагуляции, фрактальная размерность больше, чем для агрегатов после быстрой коагуляции, что свидетельствует о более высокой организации в первом случае. Взаимодействие кластеров на больших расстояниях приводит к формированию ансамблей уже на микроскопическом уровне, обладающих фазовой устойчивостью. Такие упорядоченные образования носят название периодических коллоидных структур [10].
     В растворах ПАВ возникает не только самоорганизация молекул в мицеллах, но и появляется возможность организации  кластеров металлов и оксидов металлов, полученных с помощью мицеллярной методики. На рис. 4 приведены схемы организации ПАВ на различных поверхностях раздела, а также прямые и обратные мицеллы.
     Близкие к насыщению по концентрации слои ПАВ на поверхностях раздела вода — воздух, вода — масло, полярная твердая поверхность — раствор ПАВ могут иметь весьма высокую степень упорядочения, при которой все молекулы ПАВ ориентированы перпендикулярно поверхности раздела таким образом, чтобы полярные группы ПАВ контактировали бы с полярной фазой. Следует отметить, что такого рода самоорганизация может играть большую роль в биологической эволюции с учетом организации упорядоченных структур на поверхности морей и океанов.
     Прямые  и обратные мицеллы также можно  отнести к самоорганизованным наносистемам. Упорядоченность мицелл характеризуется одинаковой ориентацией молекул ПАВ в радиальном направлении от центра мицеллы к ее периферии с функциональными группами, близкими по природе к дисперсионной среде (рис. 5).

Рис. 5. Схема организации в растворах ПАВ: 1 — раствор ПАВ; 2 — прямая мицелла в водном растворе; 3 — солюбилизация неполярной жидкости прямой мицеллой; 4 — обратная мицелла в неполярной жидкости; 5 — солюбилизация полярной фазы обратной мицеллой; 6 — адсорбционный слой ПАВ на поверхности раздела водный
раствор — воздух 
 

     Как уже упоминалось, проведение химических реакций с участием прямых и обратных мицелл активно применяется для  синтеза коллоидных кластеров с  высокой величиной монодисперсности в диапазоне размеров 1 4- 10 нм. Например, для получения широко применяемых кластеров Ag2S используют микроэмульсии, содержащие два типа обратных мицелл с Na2S и Ag-ПАВ. В результате столкновения, коалесценции и обмена содержимым водной фазы происходит реакция образования кластеров Ag2S, причем размер кластера регулируется размером капли. Размер кластеров увеличивается с ростом размера обратной мицеллы от 3 нм до 5,8 нм [11], т. е. с увеличением размера нанореактора, что соответствует модели нуклеации в замкнутой поре.
     Для освобождения нанокластеров из мицеллы ее разрушают тиолами, растворяют образовавшиеся кластеры в подходящих растворителях, например бензоле, фильтруют раствор и затем выпаривают. Таким путем можно получить нанокластеры с хорошей монодисперсностью до размеров 10 нм, пассивированные тиолами, например додекантиолом. Из этих кластеров затем с помощью высаживания на подложках формируют упорядоченные наноструктуры — коллоидные кристаллы. Подобные двумерные и трехмерные коллоидные кристаллы наблюдались для металлических кластеров Ag, Co, Au, оксидных и халькогенидных кластеров металлов [6]. В качестве пассиваторов поверхности нанокластеров используются алкан-тиолы, алкилфосфины и дитиолы.
     На  рис. 6 приведены снимки с помощью электронного микроскопа наноструктуры Ag2S, полученной из пассивированных нанокластеров с размером 5,8 нм.
     Снимок  б наглядно демонстрирует, что кластеры расположены не хаотично, а строго организованы в наноструктуру. В ней, как в обычном кристалле, могут быть дислокации и дефекты (на снимке а, полученном с меньшим увеличением, они показаны стрелкой). Двумерные наноструктуры представляют собой плотноупакованные монослои, а трехмерные структуры характеризуются гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК). Как уже отмечалось, такая методика получения коллоидных кристаллов позволяет варьировать размеры исходных кластеров — своеобразных атомов для наноструктуры.  

     
     Рис. 6. Электронные снимки наноструктур Ag2S с разрешением 35,8 нм (а) и 10,4 нм (б). Белой стрелкой отмечен дефект кристаллической структуры коллоидного кристалла [11]
     На  рис. 7 (с. 33) проставлены три снимка электронной микроскопии для наноструктуры Ag2S с размерами 3,0 (а, б), 4,0 (в, г) и 5,8 нм (д, е).
     Несмотря  на различие во внешней форме коллоидных кристаллов (рис. 1.16 а, в, д), их организация одинакова и соответствует структуре ГЦК. Формирование таких кластерных кристаллов происходит, по-видимому, под действием слабых вандерваальсовых взаимодействий.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.