Конструкционные наноматериалы

Эпиграф к уроку: 

«… Дерзайте, ныне вдохновенны,

Раченьем Вашим показать,

Что может собственных Платонов

И быстрых разумов Невтонов

Российская земля рождать…»
М. Ломоносов

Преподаватель:

В широко известном произведении русского писателя

Н. Лескова «Левша» есть любопытный фрагмент:

« …Если бы, — говорит, — был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы, — говорит, — увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делал…»
Мы хорошо знаем что сантиметр – сотая доля метра, миллиметр – тысячная, а нанометр - миллиардная часть метра. Нано - обозначает миллиардную долю чего-либо. Для обеспечения увеличения в 5000000 раз созданы современные электронные и атомно-силовые микроскопы, считающиеся основными инструментами нанотехнологий, таким образом, литературного героя, Левшу, можно считать первым в истории нанотехнологом.

С помощью туннельного микроскопа, изобретенного в 1981 году компанией IBM можно не только «видеть» отдельные атомы, но поднимать и перемещать их.
( демонстрирует схему туннельного микроскопа)

Рассматривать отдельные атомы позволяет устройство, использующее квантовый эффект туннелирования — сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Впрочем, если быть точным, сканирующий туннельный микроскоп не рассматривает, а, скорее, «ощупывает» исследуемую поверхность. Не в буквальном смысле, конечно: очень тонкая игла-зонд с острием толщиной в один атом перемещается над поверхностью объекта на расстоянии порядка одного нанометра. При этом согласно законам квантовой механики, электроны преодолевают вакуумный барьер между объектом и иглой — туннелируют, и между зондом и образцом начинает течь ток. Величина этого тока очень сильно зависит от расстояния между концом иглы и поверхностью образца — при изменении зазора на десятые доли нанометра ток может возрасти или уменьшиться на порядок. Так что, перемещая зонд вдоль поверхности с помощью пьезоэлементов и отслеживая изменение тока, можно исследовать ее рельеф практически «на ощупь».

Появилась принципиальная возможность манипулировать атомами, т.е. собирать из них, словно из кирпичиков любой предмет, любое вещество.

Как вы поняли, речь сегодня пойдет о наноматериалах .

Преподаватель:

Вспомним с вами строение вещества, а поможет нам с вами …

предполагаемый ответ обучающихся

(использует презентацию)

Все вещества состоят из отдельных мельчайших частиц : молекул и атомов.

Преподаватель

Строение вещества определяется не только взаимным расположением атомов в химических частицах, но и расположением этих химических частиц в пространстве. Наиболее упорядочено размещение атомов, молекул и ионов в кристаллах, где химические частицы (атомы, молекулы, ионы) расположены в определенном порядке. При определенных условиях образования они могут иметь естественную форму правильных симметричных многогранников. (демонстрирует модели кристаллических решеток)

Нанотехнологии – это скачок от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами.

А сейчас вспомним, что такое кристаллические и аморфные материалы? На этот вопрос ответит нам ….

предполагаемый ответ обучающихся:

( использует схемы строения кристаллических и аморфных тел)

Кристаллическое тело характеризуется правильным расположением атомов в пространстве. У аморфных веществ расположение атомов случайно. Кристаллические вещества образуют кристаллическую решётку.

Структуры аморфных веществ напоминают жидкости, однако обладают гораздо меньшей текучестью. Аморфное состояние обычно неустойчиво. Под действием механических нагрузок или при изменении температуры аморфные тела могут закристаллизоваться.

Главный признак аморфного состояние вещества - отсутствие атомной или молекулярной решетки, то есть трехмерной периодичности структуры, характерной для кристаллического состояния. При охлаждении жидкого вещества не всегда происходит его кристаллизация, при определенных условиях может образоваться

неравновесное твердое аморфное (стеклообразное) состояние. В стеклообразном состоянии могут находиться простые вещества (углерод, фосфор мышьяк, сера, селен), оксиды (например, бора, кремния, фосфора), галогениды, халькогениды, многие органические полимеры.

Вспомните из курса химии, что такое полимеры?

Преподаватель:

предполагаемый ответ обучающихся:

Полимеры – это химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев).

Их получают двумя способами: Полимеризацией и поликонденсацией. Полимеризационные полимеры. Полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат и др.

Поликонденсационные полимеры. Фенолформальдегидные, кремнийорганические полимеры и др.

Преподаватель:

Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей. Если связь между макромолекулами осуществляется с помощью слабых сил Ван-Дер-Ваальса, они называются термопласты, если с помощью химических связей — реактопласты. (демонстрирует модели полимерных структур)