Наноматериалы

- это Материалы, созданные с использованием наночастиц или посредством нанотехнологий, обладающие какими-либо уникальными свойствами, обусловленными присутствием этих частиц в материале. К наноматериалам относят объекты, один из характерных размеров которых лежит в интервале от 1 до 100 нм.

Нанометр (нм) — единица измерения длины в метрической системе, равная одной миллиардной части метра (т.е. 10^9 метра). Устаревшее название — миллимикрон.

Способы получения наноматериалов можно разделить на две группы:

1."сборка из атомов"
2."диспергирование макроскопических материалов".

Типы наноматериалов:

I.Наночастицы
II.Нанопористые структуры
III.Нанотрубки
IV. Нанодисперсии (коллоиды)
V. нанокристаллы

По кол-ву измерений:

1)Нульмерные(наночастицы)
2)Одномерные(нанотрубки)
3)Двухмерные(Нанопокрытия)
4)Нанокристаллы

Наночастицы

– сферическая форма частицы размерами от 1 до 100 нанометров. имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства.

Нанообъекты делятся на 3 основных класса:

1)Трёхмерные частицы, получаемые взрывом проводников, плазменным синтезом, восстановлением тонких плёнок и т. д.
2)Двумерные объекты — плёнки, получаемые методами молекулярного наслаивания, методом ионного наслаивания и т. д.
3)Одномерные объекты — вискеры, эти объекты получаются методом молекулярного наслаивания, введением веществ в цилиндрические микропоры и т. д.

Размер наносистемы влияет на строение её кристаллической структуры, которая, в свою очередь, определяет реакционную способность наночастиц и особенности их взаимодействия с окружающей средой.

Также существуют нанокомпозиты — материалы, полученные введением наночастиц в какие-либо матрицы. На данный момент обширное применение получил только метод микролитографии, позволяющий получать на поверхности матриц плоские островковые объекты размером от 50 нм, применяется он в электронике

Нанопористые структуры

- это поверхность с отверстиями (порами), имеющими наноразмерный диаметр. Взаимодействие клеток с окружающей средой происходит через силиконовую мембрану, содержащую поры диаметром около 20 нм. Эти поры дают возможность поступления к клеткам таких небольших молекул, как глюкоза, кислород и инсулин, но препятствуют контакту с антителами. Кристаллический силикон с микроячейками, в которые могут помещаться клетки (1995г.).

Таким образом, использование нанопористых материалов является одним из перспективных направлений применения нанотехнологии в биологии и медицине. Область применения этих материалов простирается от трансплантации иммуноизолированных клеток до сверхскоростного секвенирования ДНК.

Углеродные нанотрубки (1991г.)

- цельные цилиндрические структуры, образованные листками графита. Многослойные нанотрубки обычно имеют больший наружный диаметр (2,5-100 нм), чем однослойные (0,6-2,4 нм). Нанотрубки сочетают в себе высокую жесткость и упругость со способностью к обратимому сгибанию и коллабированию.

Их можно использовать в качестве носителей лекарственных веществ. Известно, что нанотрубки взаимодействуют с макромолекулами (ДНК, белки).

Одним из наиболее широко используемых способов нековалентной функционализации нанотрубок является присоединение к ним молекул полиэтиленгликоля. Функционализированные нанотрубки могут служить переносчиками как небольших молекул лекарственных веществ, так и макромолекулярных комплексов.

Нанодисперсия (коллоиды)

- Это жидкость, содержащая частицы и агломераты частиц с характерным размером 0,1-100 нм. Такие жидкости представляют из себя коллоидные растворы наночастиц в жидком растворителе. Вследствие малых размеров включений такие системы обладают особыми физикохимическими свойствами. На долю поверхности в них приходится до 50 % всего вещества.


Нанодисперсии имеют различную природу. В качестве диспергированных веществ могут выступать полиорганосилоксаны, металлические, оксидные, карбидные, нитридные наночастицы, углеродные нанотрубки и т.д. В качестве дисперсионной среды обычно используется вода или этиленгликоль.

Нанодисперсии являются удобными транспортными средствами для плохорастворимых амфифильных и липофильных веществ. Гидрофильные нанодисперсии обладают очень важным свойством: они очень быстро проникают в клетки. Нанодисперсии используются в составе косметических средств для придания уникальных сенсорных характеристик.

Нанокристалы

- отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку, характеризующийся анизотропией свойств и имеющий размеры 100 нм.

Нанокристаллы делятся на:

1)Идеальный;
2)Реальный нанокристалл.

Идеальный нанокристалл

— это трёхмерная частица совершенной структуры, лишенная всех дефектов строения, скорее это математический объект, имеющий полную, свойственную ему симметрию, идеально гладкие грани и т. д. Идеальный нанокристалл (кристалл) является теоретической моделью, широко используемой в теории твёрдого тела.

Реальный нанокристалл

всегда содержит различные дефекты, неровности на гранях и пониженную симметрию вследствие воздействия окружающей среды. Реальный нанокристалл вообще может не обладать кристаллографическими гранями, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов в решётке.

Кристаллы активного лекарственного нановещества состоят из активного вещества и производятся в виде наносуспензии, которую можно вводить внутривенно, а для перорального приема можно производить из нее гранулы или таблетки. При этом не нужна полимерная матрица, разрушение которой, как считают некоторые ученые, может оказывать токсическое действие на клетки. Обычный размер нанокристаллов составляет 200–600 нм.

Фуллерены (1985г.)

— молекулярные соединения, одна из аллотропных модификаций углерода и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из четного числа трехкоординированных атомов углерода. Самый изученный из семейства фуллеренов - фуллерен С60, в котором 60 углеродных атомов образуют многогранник, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников и напоминающий покрышку футбольного мяча. Молекула фуллерена С60 характеризуется наиболее высокой симметрией и стабильностью.
Фуллерены обладают нелинейными оптическими свойствами. Однако из-за высокой симметрии молекулы С60 генерация второй гармоники возможна только при внесении асимметрии в систему (например внешним электрическим полем).

Наиболее эффективные способы получения фуллеренов основаны на термическом разрушении графита с помощью дугового разряда в специальной газовой (гелиевой) смеси.

Фуллерит является веществом с очень высокой твёрдостью (примерно в 2 раза твёрже алмаза). Теоретически, из него можно изготавливать инструменты для обработки легированных сталей и алмазов, что, однако, далеко от практической реализации.

Было установлено, что легирование твердого С60 небольшим количеством щелочного металла приводит к образованию материала с металлической проводимостью, который при низких температурах переходит в сверхпроводник. Вскоре установили, что сверхпроводимостью обладают многие фуллериты, легированные атомами щелочных металлов.

И только после этого фуллерены были найдены на Земле - и только в составе шунгита. Это единственная порода, содержащая в своем составе сферические молекулы - фуллерены, придающие шунгиту уникальные целебные свойства.

Фуллерены составляют лишь очень незначительную часть глобулярного углерода шунгитовых пород. Они необычны не только по своему строению. Интересной представляется в фуллеренах и пустота, которая находится в середине футбольного мяча. В настоящее время известно, что в эту пустоту можно поместить более трети элементов периодической таблицы Менделеева.

Нанопокрытия

– покрытия толщиной от 1 до 100 нм.

В зависимости от вещества обладают следующими свойствами:

Гидрофобность, износостойкость режущего инструмента,
используется в лазерной технике из-за высокой отражающей способности, наносятся на орудия (толщина порядка 100 нм).


А также нанопокрытия приобретают способность самоочищаться, они разлагают органические загрязнения под воздействием солнечного света.Обладают защитными свойствами длительное время.
Сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей.

Дендриты

(«Дендрон» от греч. – дерево) - сложнокристаллические образования древовидной ветвящейся структуры. Ветви дендримера имеют общую центральную группу. Дендример первого поколения (первой генерации) имеет одну точку ветвления в каждой ветви, второго поколения — две точки ветвления и т. д. Такое строение дендримеров достигается в ходе многоступенчатого процесса их синтеза.