Презентация МИОО лекция 2-а

Скачать презентацию  МИОО лекция 2-а Скачать презентацию МИОО лекция 2-а

mioo_lekciya_2-a.ppt

  • Размер: 3.5 Mегабайта
  • Количество слайдов: 50

Описание презентации Презентация МИОО лекция 2-а по слайдам

  МИОО МПГУ Учебно-научный центр функциональных и наноматериалов Методика формирования представлений учащихся о нанотехнологиях в МИОО МПГУ Учебно-научный центр функциональных и наноматериалов Методика формирования представлений учащихся о нанотехнологиях в общеобразовательной школе

  ЛЕКЦИЯ 2 а ФУЛЛЕРЕНЫ И НАНОТРУБКИ ЛЕКЦИЯ 2 а ФУЛЛЕРЕНЫ И НАНОТРУБКИ

  ФУЛЛЕРЕНЫ И УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ Фуллерены и углеродные нанотрубки  представляют собой одну из аллотропных ФУЛЛЕРЕНЫ И УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ Фуллерены и углеродные нанотрубки представляют собой одну из аллотропных форм углерода в виде своеобразных «каркасных» , полых структур. Их свойства и возможности использования настолько разнообразны и перспективны, что по этой тематике ежегодно публикуется более тысячи научных статей и обзоров.

  Аллотропные формы углерода: алмаз,  карбин и графит  Аллотропные формы углерода: алмаз, карбин и графит

  История фуллеренов В начале семидесятых годов ХХ века японский физико-химик Е. Осава высказал предположение История фуллеренов В начале семидесятых годов ХХ века японский физико-химик Е. Осава высказал предположение о возможности существования четвертой аллотропной формы углерода в виде своеобразной полой супермолекулы, С 60 , состоящей из 60 атомов углерода и со структурой в виде усеченного икосаедра, близкой к сферической. В 1973 году русские ученые Д. А. Бочвар и Е. Г. Гальперин провели квантово-механический расчет стабильности С 60 и доказали возможность ее существования.

  Структура некоторых фуллеренов:  a )  C 60  ,  b ) Структура некоторых фуллеренов: a ) C 60 , b ) C 70 , c ) C 80 , d ) купол павильона Б. Фуллера

  Ричард Бакминстер Фуллер (1895-1983 гг. ) – американский инженер,  архитектор, философ и поэт. Ричард Бакминстер Фуллер (1895-1983 гг. ) – американский инженер, архитектор, философ и поэт. Исходя из материальных и энергетических проблем человечества, разработал т. н. геодезический купол – стержневую пространственную металлоконструкцию, которая стала одной из крупнейших конструктивных новаций 20 в.

  Американский павильон на Всемирной выставке в Монреале Американский павильон на Всемирной выставке в Монреале

  Купол Южного полюса Б. Фуллера Купол Южного полюса Б. Фуллера

  Букминстер Фуллер,  «В сесторонний человек» Особо я убеждал их учиться всему тому, Букминстер Фуллер, «В сесторонний человек» Особо я убеждал их учиться всему тому, что можно взять у химии, так как я чувствую, что химия есть основная структура и, следовательно, — архитектура

  На фотографии Гарольд Крото  В 1996 году Гарольд Крото, Ричард Смолли и Роберт На фотографии Гарольд Крото В 1996 году Гарольд Крото, Ричард Смолли и Роберт Керл получили Нобелевскую премию по химии за открытие и изучение фуллеренов

  Нобелевские лауреаты 1996 г.  по химии  (вверху Г. Крото и Р. Смолли, Нобелевские лауреаты 1996 г. по химии (вверху Г. Крото и Р. Смолли, внизу Р. Керл)

  Производные фуллеренов     Фуллерены могут образовывать молекулярный кристалл,  фуллерит , Производные фуллеренов Фуллерены могут образовывать молекулярный кристалл, фуллерит , в котором между отдельными фуллеренами существуют слабое ван-дер-ваальсово притяжение. Поэтому фуллерит аналогичен кристаллу из атомов инертных газов (аргона, неона), с числом ближайших соседей равным 12. Кристалл фуллерита имеет плотность 1, 7 г/см 3 , что значительно меньше плотности графита (2, 3 г/см 3 ) и алмаза (3, 5 г/ см 3 ). Синтезированы допированные кристаллы фуллеренов — фуллериды

  ГИПЕРАЛМАЗ   В научно-техническом центре Сверхтвердые материалы (НТЦ СТМ, г. Троицк) в 1993 ГИПЕРАЛМАЗ В научно-техническом центре «Сверхтвердые материалы» (НТЦ СТМ, г. Троицк) в 1993 г. созданы фуллериты, твердость которых сопоставима с твердостью алмаза (6-16 тысяч кгс/мм 2), а у некоторых даже выше (16-30 тысяч кгс/мм 2). Модуль их объемного сжатия доходит до 1300 ГПа, существенно превышая эту характеристику алмаза (445 ГПа). Гипералмаз — продукт объемной полимеризации сферических углеродных молекул фуллеренов С 60 и С 70 при давлении свыше 90 тысяч атмосфер и температуре более 300 о С.

  Недавно получены пленки полифуллерена, в которых молекулы С 60  связаны между собой не Недавно получены пленки полифуллерена, в которых молекулы С 60 связаны между собой не ван-дер-ваальсовским, как в кристалле фуллерита, а химическим взаимодействием. Эти плёнки, обладающие пластическими свойствами, являются новым типом полимерного материала

  Фуллерены способны образовывать широкий класс химических соединений, обладающих различной структурой и физико-химическими свойствами. В Фуллерены способны образовывать широкий класс химических соединений, обладающих различной структурой и физико-химическими свойствами. В последние годы появился даже термин «химия фуллеренов» , определяющий новое направление в органической химии. Молекулы фуллеренов, в которых атомы углерода связаны между собой как одинарными, так и двойными связями, являются трехмерными аналогами ароматических структур. Обладая высокой электроотрицательностью , они работают в химических реакциях как сильные окислители.

  Применения фуллеренов •  Растворы фуллеренов в неполярных растворителях (сероуглерод,  толуол, бензол, тетрахлорметан, Применения фуллеренов • Растворы фуллеренов в неполярных растворителях (сероуглерод, толуол, бензол, тетрахлорметан, декан, гексан, пентан) при определенных условиях резко снижают прозрачность. Это открывает возможность использования фуллеренов в качестве основы оптических затворов- ограничителей интенсивности лазерного излучения, защиты глаз или чувствительных датчиков от облучения. • Фуллерены перспективны в качестве основы для создания запоминающей среды со сверхвысокой плотностью информации, в качестве присадок для ракетных топлив, смазочного материала, для создания катализаторов роста, алмазных и алмазоподобных пленок, сверхпроводящих материалов, в качестве красителей для копировальных машин. Они применяются для получения металлов и сплавов с новыми свойствами.

  Применения фуллеренов (продолжение)  Фуллерены планируют использовать в качестве основы для производства сверхконденсаторов – Применения фуллеренов (продолжение) Фуллерены планируют использовать в качестве основы для производства сверхконденсаторов – устройств, выдающих за короткое время большое количество энергии, что важно, например. для транспортных средств. Принцип их действия основан на реакции присоединения водорода, но, в отличие от широко распространенных никелевых аккумуляторов, они благодаря большой площади поверхности способны запасать примерно в пять раз больше водорода. По сравнению с аккумуляторами на основе лития такие батареи характеризуются более высокой эффективностью, малым весом, а также экологической и санитарной безопасностью. Они должны найти применение для питания персональных компьютеров и слуховых аппаратов.

  Углеродные нанотрубки  были впервые синтезированы в 1991 году Сумо Иджима.   Углеродные нанотрубки были впервые синтезированы в 1991 году Сумо Иджима. В отличие от других исследователей, он изучил под электронным микроскопом осадок, образовавшийся при распылении графита в электрической дуге не на стенках камеры, а на катоде, и обнаружил однослойные и многослойные «трубочки» длиной в несколько микрон и диаметром несколько нм.

  Три углеродные нанотрубки с разным «узором»  (хиральностью) и модель капсида (головки бактериофага), с Три углеродные нанотрубки с разным «узором» (хиральностью) и модель капсида (головки бактериофага), с гексагональной структурой протеиновых элементов

  «Сворачивание» листа графита в углеродную нанотрубку «Сворачивание» листа графита в углеродную нанотрубку

  Рост параллельных УНТ Рост параллельных УНТ

  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УНТ

  Нанодиод на углеродной нанотрубке (АСМ)  Нанодиод на углеродной нанотрубке (АСМ)

  СХЕМА И ВОЛЬТАМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИОДА НА УГЛЕРОДНОЙ НАНОТРУБКЕ  СХЕМА И ВОЛЬТАМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИОДА НА УГЛЕРОДНОЙ НАНОТРУБКЕ

  Еще один диод на двух одностенных УНТ (одна допирована) [PNG] Еще один диод на двух одностенных УНТ (одна допирована) [PNG]

  Использование эмиссионных свойств УНТ  Горячие эмиттеры современных электронно-лучевых трубок требуют опасных напряжений 20-30 Использование эмиссионных свойств УНТ Горячие эмиттеры современных электронно-лучевых трубок требуют опасных напряжений 20-30 к. В. Нанотрубки при комнатной температуре и напряжении всего 500 В создают ток такой же плотности, как стандартный вольфрамовый катод при 1000 0 С. К тому же они не содержат экологически вредных металлов. Холодные эмиттеры на нанотрубках – основной элемент плоских телевизоров будущего, портативных источников рентгеновского излучения, СВЧ-излучения и пр.

  Цветной дисплей на углеродных нанотрубках фирмы Samsung  [PNG] Цветной дисплей на углеродных нанотрубках фирмы Samsung [PNG]

  Y -образная трубка в роли транзистора  Y -образная трубка в роли транзистора

  Интегральная схема,  созданная на единичной УНТ  (слева она на фоне человеческого волоса) Интегральная схема, созданная на единичной УНТ (слева она на фоне человеческого волоса)

  УНИКАЛЬНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УНТ проявляют высокую жесткость  на изгиб и  вместе с УНИКАЛЬНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УНТ проявляют высокую жесткость на изгиб и вместе с тем большую гибкость. После сгибания на 90о они могут полностью восстанавливать свою форму. Их прочность в 60-100 раза выше, чем прочность хорошей стали, при этом они в силу своей «ажурности» раз в 6 легче.

  Датчик давления Датчик давления

  Использование УНТ в качестве наполнителя полимерного нанокомпозита [PNG] Использование УНТ в качестве наполнителя полимерного нанокомпозита [PNG]

  Велосипед (создан для гонок Тур де Франс).  Вес 1 к. Г. Композиционный материал Велосипед (создан для гонок Тур де Франс). Вес 1 к. Г. Композиционный материал с наполнителем из углеродных нанотрубок

  Космический лифт Идея высказана еще К. Э. Циолковским и разработана в 60-х годах ХХ Космический лифт Идея высказана еще К. Э. Циолковским и разработана в 60-х годах ХХ века ленинградским инженером Ю. Н. Арцютановым; является темой фантастического романа Артура Кларка «Фонтаны рая» . Космический лифт рассматривается как способ радикального уменьшения стоимости космической транспортировки. Он должен связать плавучую платформу (предположительно на Мальдивском архипелаге в Индийском океане) и спутник на геостационарной орбите, висящий неподвижно над данной точкой на Земле на высоте примерно 36 тысяч километров.

  КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ

  Космический лифт Космолифтостроительная компания Lift. Port Group  ( http : // liftport. com Космический лифт Космолифтостроительная компания Lift. Port Group ( http : // liftport. com / gcimages. php ) называет сроки постройки космического лифта около 2020 года.

  Нанотрубки и фуллерены как контейнеры Более трети элементов периодической таблицы Менделеева могут быть «гостем» Нанотрубки и фуллерены как контейнеры Более трети элементов периодической таблицы Менделеева могут быть «гостем» фуллеренов (эндоэдральные фуллерены). Нанотрубки защищают атомы металла внутри от окисления, в них можно вводить лекарства, радиоактивные вещества и пр. Японский патент предлагает использование фуллеренов для хранения водородного топлива.

  «Горошины в стручке» (пиподы) - фуллерены в углеродной нанотрубке «Горошины в стручке» (пиподы) — фуллерены в углеродной нанотрубке

  Другие нанотрубки и фуллерены  Кроме углеродных ,  созданы и исследуются фуллереноподобные наночастицы Другие нанотрубки и фуллерены Кроме углеродных , созданы и исследуются фуллереноподобные наночастицы и нанотрубки нитрида бора, карбида кремния, карбида бора и других соединений, содержащих бор, молибден, ниобий, азот, углерод и обладающие своеобразными свойствами и перспективами использования. Предсказано существование фуллеренов из атомов бора

  Компьютерные модели: многослойной углеродной нанотрубки с нанопроволокой внутри и нанотрубки нитрида бора Компьютерные модели: многослойной углеродной нанотрубки с нанопроволокой внутри и нанотрубки нитрида бора

  Вода (желтые и красные атомы) в одностенной УНТ [PNG] Вода (желтые и красные атомы) в одностенной УНТ [PNG]

  Фуллерен из бора B 80 Фуллерен из бора

  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК (ПАТЕНТЫ) [1] ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК (ПАТЕНТЫ) [1]

  УНТ и фуллерены используются в сочетании с живыми клетками, как детали наномоторов Углеродные нанотрубки УНТ и фуллерены используются в сочетании с живыми клетками, как детали наномоторов Углеродные нанотрубки определяют структуру растущих колоний нейронов

  Первый электромеханический двигатель (ротор состоит из двух УНТ Первый электромеханический двигатель (ротор состоит из двух УНТ

  Наноавтомобиль на поверхности золота (колесики- фуллерены вращаются)   «Наноавтомобиль» на поверхности золота Наноавтомобиль на поверхности золота (колесики- фуллерены вращаются) «Наноавтомобиль» на поверхности золота

  Конец лекции ЛИТЕРАТУРА   1. П. Харрис, Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Конец лекции ЛИТЕРАТУРА 1. П. Харрис, Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI, М. , Техносфера, 2003 г. , 336 стр. 2. Р. Б. Хайманн, С. Е. Евсюков, Аллотропия углерода, Природа № 8, 2003 г. (см. также соответствующий сайт в INTERNET ) 3. П. Н. Дьячков, Углеродные нанотрубки. Материалы для компьютеров ХХ 1 века, Природа, № 11, 2000 г. , стр. 23-30. ( См. также INTERNET) 4. А. В. Елецкий, Перспективы применения углеродных нанотрубок, журнал «Российские нанотехнологии» , 2007 г. , т. 2, №№ 5-6, стр. 6-

  КОНЕЦ 2-а ЛЕКЦИИ КОНЕЦ 2-а ЛЕКЦИИ




  • Мы удаляем страницу по первому запросу с достаточным набором данных, указывающих на ваше авторство. Мы также можем оставить страницу, явно указав ваше авторство (страницы полезны всем пользователям рунета и не несут цели нарушения авторских прав). Если такой вариант возможен, пожалуйста, укажите об этом.