Поверхностные явления и дисперсные системы

Скачать в pdf «Поверхностные явления и дисперсные системы»


Наносистемы можно разделить на объемные трехмерные (3D) — нанокластеры, плоские двумерные (2D) — нанопленки, линейные одномерные (1D) — нанонити (нанопроволоки), нульмерные (0D) — наноточки (квантовые точки).


Исключительные свойства наноматериалов связаны с проявлением в них размерного эффекта — зависимости свойств от количества структурных единиц в частице, т.е. от ее размера. Размерные эффекты наблюдаются при уменьшении размера частиц ниже некоторой пороговой величины. Такие эффекты появляются, когда средний размер частиц не превышает 100 нм, и наиболее отчетливо проявляются при размерах менее 10 нм. Квантовые размерные эффекты проявляются в электронных свойствах вещества или материала.


Существенное изменение физико-химических свойств вещества происходит вследствие:


1)    непосредственного уменьшения размера частиц;


2)    вклада границ раздела фаз в свойства системы;


3)    соизмеримости размера частиц с физическими параметрами, имеющими размерность длины и определяющими свойства системы (длина свободного пробега электрона, дебройлевская длина волны, размер экситона, размер магнитных доменов, и т.д.).


Для наночастиц доля атомов, находящихся в тонком поверхностном слое велика. У них, в отличие от атомов, находящихся в объеме твердого тела, задействованы не все связи. Для атомов находящихся на выступах и уступах поверхности ненасыщенность связей еще выше. В результате в приповерхностном слое возникают сильные искажения кристаллической решетки и даже может происходить смена ее типа.


Кроиме того, свободная поверхность является стоком бесконечной емкости для точечных и линейных кристаллических дефектов (в первую очередь вакансий и дислокаций). При малых размерах частиц этот эффект заметно возрастает, что может приводить к выходу большинства структурных дефектов на поверхность и очистке материала наночастицы от дефектов структуры и химических примесей.


В настоящее время установлено, что деформация и разрушение материала зависят от процессов в тонком приповерхностном слое, которые определяют физико-механические свойства материала (например, предел текучести и усталости). Для наночастиц весь материал будет работать как приповерхностный слой.

Скачать в pdf «Поверхностные явления и дисперсные системы»