Презентация на тему: Получение сложнооксидных нано- и микроматериалов методом пиролиза полимерно-солевых композиций

Лекция 1 Лекция 1

НАНОТЕХНОЛОГИИ - ФАНТАСТИЧЕСКИЕ ЗАМЫСЛЫ И РЕАЛЬНОЕ ВОПЛОЩЕНИЕ д.х.н. Остроушко А.А.

События, предопределившие выход на новый уровень исследований и технологий

Фантастические замыслы

Реальное воплощение

Фантастические замыслы и реальное воплощение

Схема и режимы работы сканирующего туннельного микроскопа.

Реальное воплощение

Нам есть у кого учиться!

Фантастические замыслы

Молекулярный комплекс нанокластера гептамолибдата аммония с поливиниловым спиртом

Нанокластеры полиоксометаллата Мо132

Результаты сканирующей зондовой микроскопии

Лекция 2 Лекция 2

НАНОМАТЕРИАЛЫ Методы исследования, активного воздействия на них и перспектива применения.

1. Нанотехнология… Молекулярный дизайн, материаловедение Приборостроение Электроника Оптика Селективный гетерогенный катализ Медицина Трибология Управляемые ядерные реакции

2. Сканирующая туннельная микроскопия. Исследователи из Института Электроники Твердого Тела им. Пауля Друде (Берлин) упорядочили отдельные атомы различных элементов, получив наноструктуры предопределенного размера и состава.

3. Атомно-силовая микроскопия (AFM). Исследователи из технологического института штата Джорджия (США) разрабатывают новую технологию питания приборов нанометрового размера, не основанную на использовании громоздких источников, таких, как батареи. Материал – нанопроводники ZnO. NSF, NASA, DAPRA.

4. Медицина, экология, криминалистика.

5. Демоны Максвелла на наноуровнях бытия. Наномолекулярный прибор, созданный учеными из Эдинбурга может перемещать фрагменты молекулы в различные положения и приводится в действие светом.

7. Наномобиль

8. Наномобиль.

9. Нано-джип.

10. Фотонная электроника. Специалисты американской Национальной лаборатории в Беркли (Berkeley Lab) и университета Калифорнии там же (University of California, Berkeley) научились создавать тончайшие оптические проводники и составлять из них необычайно миниатюрные схемы. Лидером данного исследования является Пэйдун Ян (Peidong Yang), сотрудник лаборатории.

11. FeCo-нанопровод внутри углеродной нанотрубки Интернациональный коллектив авторов из Мексики, США и Японии в журнале Nano Letters. Получение наполненных FeCo углеродных нанотрубок термолизом аэрозолей толуольных растворов ферроцена и кобальтоцена в инертной атмосфере. Трансмиссионная электронная микроскопия высокого разрешения (HRTEM) Спектроскопия энергетических потерь электронов (EELS) Сканирующая электронная микроскопия Электронная дифракция Рентгенография SQUID-магнетометрия.

12. Наноалмазы для ВЭЖХ. Павел Нестеренко (Pavel Nesterenko) и его коллеги из МГУ им. М.В. Ломоносова смогли достичь эффективного разделения смесей ароматических углеводородов, используя в качестве неподвижной фазы для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) наноразмерные алмазы.

Спасибо за внимание!

Лекция 3 Лекция 3

Углеродные нанотрубки. Свойства. Методы получения. Применение.

Свойства 1. Механические Модуль Юнга 1,28-1,8 ТПа Прочность в 20 раз больше стали 2. Делятся на металлические и полупроводящие. У металлических проводимость 1 млрд А/см2 3. Магниторезестивные свойства 4. Способны поглащать большое количество водорода.

Методы получения Лазерное испарение Углеродная дуга Химическое осаждение паров

Применение Полевые транзисторы. Возможная тактовая частота терагерц. Химические сенсоры. Провода, теплоотводы. Катализаторы. Хранение водорода.

Чип на базе нанотрубок углерода

Электронная интегральная схема

Тонкий дисплей с матрицей из нанотруб, зерно изображения порядка микрона

Лекция 4 Лекция 4

Лекция 5 Лекция 5

Квантовые точки Уральский государственный университет им. А.М. Горького. Химический факультет. Кафедра физической химии.

Термин квантовая точка Квантовая точка — наноразмерная частица проводника или полупроводника. Её размер должен быть настолько малым, чтобы были существенны квантовые эффекты. Это достигается, если кинетическая энергия электрона, обусловленная неопределённостью его импульса, будет заметно больше всех других энергетических величин. Исторически первыми квантовыми точками были нанокристаллы селенида кадмия.

Сканирующая электронная микрофотография наноструктур различного размера из арсенида галлия, содержащая квантовые точки.

Свойства Электрон проводимости в нанокристалле ведёт себя как электрон в трёхмерной потенциальной яме, он имеет множество стационарных уровней энергии с характерным расстоянием между ними:

Зависимости длины волны испускаемого излучения от размеров квантовой точки для частиц селенида и сульфида кадмия

Перспективы применения и реальное воплощение Наноэлектронный лазер

РНК-терапия с помощью самонаводящихся квантовых точек В качестве основного компонента новой платформы используются имеющиеся в продаже квантовые точки с полиэтиленгликольным покрытием, испускающие свет в ближнем инфракрасном диапазоне, для которого кожа и другие ткани человеческого организма относительно прозрачны.

Квантовые точки — один из главных кандидатов для представления кубитов в квантовых вычислениях. Схематическое изображение спиновых кубитов в наноленте из графена. Синим цветом изображены «барьерные электроды», разделяющие наноленту на квантовые точки; красным цветом – электроды, посредством которых осуществляется контроль взаимодействия между кубитами.

Заключение Квантовые точки являются ещё не достаточно хорошо изученным объектом нанотехнологии. Несмотря на заманчивые идеи применения этих объектов в современной науке и жизни, до массового использования квантовых точек всё же ещё очень далеко. Кроме того внедрение таких технологий как квантовые вычисления и наномедицина поднимают множество самых разных этических проблем. Так например, создание квантового компьютера поставит под удар все существующие ныне системы конфиденциального обмена данными, не говоря уже про наномедицину. Вспоминая термин «мирный атом», человек невольно задумывается, что такое нанотехнология – панацея или «новая Хиросима»!?…

Спасибо за внимание!

Лекция 6 Лекция 6

Применение нанотехнологий в медицине

Перспективы использования I Диагностика II Лечение III Биотехнологические исследования

II Лечение: II Лечение: Рак: Изнутри Снаружи нано-иглы

2. Диабет: использование наностержней ниобата калия 3. Туберкулез 4. Зубы: Пломба на основе нанокомпозита кальция золотые наночастицы

III Биоинженерия: введение фрагментов ДНК и РНК при помощи наноигл (наноалмазов) III Биоинженерия: введение фрагментов ДНК и РНК при помощи наноигл (наноалмазов) Этот белок имеет свойство присоединяться к витамину группы В биотину, формируя связь авидин-биотин. Рис. 1. Чип нанобиосенсора IV Разработки Примеры полученных с помощью лазерного выжигания наноструктур на поверхности «ковра из нанотрубок»

Применение нанотехнологий в медицине

Перспективы использования I Диагностика II Лечение III Биотехнологические исследования

II Лечение: II Лечение: Рак: Изнутри Снаружи нано-иглы

2. Диабет: использование наностержней ниобата калия 3. Туберкулез 4. Зубы: Пломба на основе нанокомпозита кальция золотые наночастицы

III Биоинженерия: введение фрагментов ДНК и РНК при помощи наноигл (наноалмазов) III Биоинженерия: введение фрагментов ДНК и РНК при помощи наноигл (наноалмазов) Этот белок имеет свойство присоединяться к витамину группы В биотину, формируя связь авидин-биотин. Рис. 1. Чип нанобиосенсора IV Разработки Примеры полученных с помощью лазерного выжигания наноструктур на поверхности «ковра из нанотрубок»

Лекция 7 Лекция 7

Лекция 8 Лекция 8

Химическое материаловедение – взгляд сквозь призму нанотехнологий д.х.н. Остроушко А.А.

События, предопределившие выход на новый уровень исследований в области нанотехнологий

Схема и режимы работы сканирующего туннельного микроскопа.

Нам есть у кого учиться!

Наномолекулярный прибор, созданный учеными из Эдинбурга может перемещать фрагменты молекулы в различные положения и приводится в действие светом. Наномолекулярный прибор, созданный учеными из Эдинбурга может перемещать фрагменты молекулы в различные положения и приводится в действие светом.

Наномобиль

РАЗРАБОТКИ ХИМИКОВ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Разработка новых оксидных материалов с заданными функциональными свойствами

Применение наноструктурированных катализаторов: -Процессы органического синтеза -Инфракрасные тепловыделяющие элементы -Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ и т.д.

Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ

РАЗРАБОТКИ ХИМИКОВ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Полимерно-солевые нанокластерные композиции Строение комплексов гептамолибдата аммония с поливиниловым спиртом

Средства контроля окружающей среды ИСЭ с мембранами из полимерно-соле- вых композиций

Нанокластерные полианионы (Мо132)

Нанокластеры полиоксометаллата Мо132

Полимерно-солевые композиции с нанокластерными полианионами (Мо132) Грант РФФИ 07-03-00362 “Изучение композиций на основе нанокластерных молибденсодержащих полиоксометаллатов и водорастворимых неионогенных полимеров”

Сканирующая зондовая микроскопия поверхности полимерных материалов, модифицированных нанокластерными солями

Молекулярный комплекс нанокластера гептамолибдата аммония с поливиниловым спиртом

Средства контроля окружающей среды ИСЭ с мембранами из полимерно-соле- вых композиций

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ ! Приглашаем к сотрудничеству: Универ, лаб.316 (к Сан Санычу)

Лекция 9 Лекция 9

Получение и свойства сложнооксидных наноматериалов.

Основные методы синтеза:

Некоторые уникальные свойства нанооксидов Отличие температур плавления Размеров кристаллических решеток Изменение магинитных свойств Химический размерный эффект Изменинеие значение теплоемкости Магнитные свойства Оптические свойства

Использованная литература: А.И. Гусев. Нанокристаллические материалы: методыполучения их свойства. УрО РАН ИХТТ 1998 г. А.И. Гусев, А.А. Ремпель. Нанокристаллические материалы. Москва, 2000г. А.П. Королев, С.Н. Баршутин. Автоматизация технологического проектирования РЭС: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. А. Мальцев. Сверхтвердые наносплавы. В мире науки, февраль 2006г.

Спасибо за внимание!

Лекция 10 Лекция 10

РАЗРАБОТКИ ХИМИКОВ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ д.х.н. Остроушко А.А.

Разработка новых материалов с заданными функциональными свойствами

Материалы для чистой энергетики

Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ

Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ

Полимерно-солевые нанокластерные композиции Строение комплексов гептамолибдата аммония с поливиниловым спиртом

Нанокластерные полианионы (Мо132)

Средства контроля окружающей среды ИСЭ с мембранами из полимерно-соле- вых, сложнооксидных композиций, интер- калированых дихалькогенидов титана

Сканирующая зондовая микроскопия поверхности модифицированных нанокластерными солями полимерных материалов

Прикладные разработки для промышленных предприятий и исследования для научных партнеров

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ !

Лекция 11 Лекция 11

КОМПОЗИЦИИ C НАНОКЛАСТЕРАМИ ТИПА БУКИБОЛА Mo132: (NH4)42[MoVI72 MoV60O372(HCO2)30(H2O)72].30HCO2Na.250H2O

Водорастворимые неионогенные полимеры

Строение Мо132-аниона

Упаковка Мо132 в кристалле

Строение комплексов гептамолибдата аммония (ГМА) с поливиниловым спиртом (ПВС)

Соотношение размеров Мо132 и ГМА-ПВС

Комплексное исследование систем c Mo132

Distribution of polyanions between polymeric chains

Distribution of polyanions within the limits of one chain

Фотохимические свойства системы ПВС-ГМА

Фотогальванический потенциал

Концентрационная зависимость по Мо132 потенциала электродов ПВС-ГМА (параллельные эксперименты)

Взаимодействие Мо132 с ионами Lа3+

Взаимодействие полиоксометаллатов с ионами Ln3+

Дифрактограммы Мо132, Мо132-ПВП и ПВП

Результаты сканирующей зондовой микроскопии

ЭПР-спектроскопия

Дифрактограммы Мо132 исходного, 100°С и 170оС

Термический анализ Мо132

Термический анализ системы Мо132-ПВП

Электрофизические свойства пленок Мо132 - ПВС

Электрофизические свойства пленок Мо132 - ПВС

Электрофизические свойства пленок Мо132 - ПВС

Каталитическая активность в реакции окисления α-пинена

Выводы Изучены оптические, поверхностные, фотохимические, термические, электрохимические, электрофизические и каталитические свойства Mo132 и систем Мо132-ПВС и Мо132-ПВС-вода. Установлено, что Mo132 образует молекулярные комплексы с полимерами. Обнаружена способность в системы Мо132-ПВС-вода к фотохимическому окислению. Вследствие наличия в Мо132 восстановленного молибдна сшивка при термообработке и облучении ультрафиолетовым излучением ПСК не происходит, Мо132 обладает “антиоксидантным” действием по отношению к полимеру. Обнаружена способность Мо132 в водном растворе к специфической сорбции на электродных мембранах на основе ГМА-ПВС. Установлено, что чувствительность электродов с такими мембранами к Мо132 выше, чем к ГМА.

Выводы Методом потенциометрического титрования с использованием ионоселективного электрода установлено, что Мо132 с La3+ образует ассоциаты (электродная функция является катионной). В частности, с соотношением Mo13242-:La3+=1:384 (MoO42-: La3+=1:2,2). Данные хорошо коррелируют с результатами кондуктометрического титрования. Установлен характер термических явлений, протекающих при нагревании молибдена132 и системы Мо132-ПВПД. Установлен ступенчатый характер термодеструкции молибдена132. Определены механизмы электропереноса в пленочных образцах ПВС, допированных Мо132. Обнаружена способность только к ионному переносу, который сопровождается частичной деструкцией комплекса. Установлено наличие каталитической активности Мо132 в реакции окисления α-пинена.

PSC

PSC

PSC

КОМПОЗИЦИИ C НАНОКЛАСТЕРАМИ ТИПА БУКИБОЛА Mo132: (NH4)42[MoVI72 MoV60O372(HCO2)30(H2O)72].30HCO2Na.250H2O

Лекция 12 Лекция 12

Лекция 13 Лекция 13

Полимерно-солевые композиции и синтез сложнооксидных материалов Д.х.н. Остроушко А.А., зав. отделом химического материаловедения НИИ ФПМ УрГУ, проф. каф физ. химии

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

СИНТЕЗ СЛОЖНООКСИДНЫХ НАНО- И МИКРОМАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ПИРОЛИЗА ПОЛИМЕРНО-СОЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Spiralization of polymeric - salt complexes, occurrence of hard segments

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Полимерно-солевые композиции Distribution of polyanions between polymeric chains

Полимерно-солевые композиции Distribution of polyanions within the limits of one chain

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций Термохимическое генерирование зарядов

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций Пленки и покрытия

Полимерно-солевые композиции Mesomorphic properties of polymeric - salt systems, texture of films

Синтез сложнооксидных материалов из полимерно-солевых композиций

Полимерно-солевые композиции Photochemical properties, oscillatory reactions

Photochemical properties, the mechanism of reactions

Полимерно-солевые композиции Characteristics of electrodes with polymeric - salt membranes (system PVA - ammonium heptamolybdate)

Полимерно-солевые композиции Catalytic properties of salt – polymeric composition

PSC

PSC

PSC

Лекция 14 Лекция 14

Наноструктурированные катализаторы обезвреживания газовых выбросов для теплоэнергетических систем Уральский государственный университет им. А.М.Горького д.х.н. Остроушко А.А.

Катализаторы обезвреживания газовых выбросов для теплоэнергетических систем Уральский государственный университет им. А.М.Горького д.х.н. Остроушко А.А.

Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ

Катализаторы для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ

Инфракрасные тепловыделяющие элементы

Экономические и социальные аспекты и предпосылки

Лекция 15 Лекция 15

ТЕМПЛАТНЫЙ СИНТЕЗ НАНОСТРУКТУР

Основные понятия Темплатный синтез – это процесс комплексообразования, в котором ион металла с определенной стереохимией и электронным состоянием помимо своей основной функции (комплексообразователя) выступает еще и в качестве своеобразного лекала или шаблона для образования из соответствующих исходных веществ таких лигандов, синтез которых при отсутствии иона металла либо затруднен, либо вообще не может быть реализован.

Темплатный центр (темплат) – ион металла или другая частица, способная ориентировать и подготавливать реакционноспособные лигсоны к последующему их взаимодействию. Темплатный центр (темплат) – ион металла или другая частица, способная ориентировать и подготавливать реакционноспособные лигсоны к последующему их взаимодействию.

Требования к иону металла соответствие радиуса образующейся в ходе сборки хеланта внутренней полости радиусу иона металла-комплексообразователя .

Платиновые фракталы

ТЕМПЛАТНЫЙ СИНТЕЗ . НА БАЗЕ ШИФФОВОЙ КОНДЕНСАЦИИ R1R2C=O + NH2R3 = [R1R2C(OH)NHR3] = R1R2C=NR3 + H2O

Лекция 16 Лекция 16

Пленочные материалы. Пленки Ленгмюра-Блоджетта.

Основные способы получения пленок: Напыление нейтральными частицами Напыление заряженными частицами Термическое напыление Метод Ленгмюра-Блоджетта

Метод Ленгмюра-Блоджетта

Применение пленок Ленгмюра-Блоджетта Электроника Оптика Прикладная химия Микромеханика Биосенсоры и датчики

Спасибо за внимание. Спасибо за внимание.

Лекция 17 Лекция 17

Лекция 18 Лекция 18

Моделирование наносистем методом молекулярной динамики

Метод МД Основан на численном решении уравнений Ньютона для всех атомов (ионов) в системе. Взаимодействие между атомами задаётся набором потенциалов. Результатом моделирования являются траектории движения всех атомов.

Исследуемая система

Детали моделирования LiCl – PEO – Al2O3 Для моделирования наночастицы был вырезан электронейтральный фрагмент Al2O3 из -Al2O3. Наночастица отжигалась при T = 2000 K для придания грубой сферической формы (d = 14 Ǻ). Моделируемый бокс заполнялся полимером, сгенерированным методом Монте Карло. Ионы Li+ и Cl- добавлялись случайно, до желаемой концентрации. Использовался парный потенциал Букингема:

Параметры потенциала

Относительный коээфициент диффузии Li+

Распределение атомов

Относительный коэффициент диффузии Cl-

Относительный коэффициент диффузии O в PEO

Структура системы

Координационное число для Li - Oet

Метод молекулярной динамики можно использовать для: Изучения поверхностных явлений; Предсказания изменения коэффициента диффузии; Изучения эффектов кластерообразования.

Лекция 19 Лекция 19

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ