основы нанохимии и нанотехнологии» для бакалаврского

Министерство Образования Азербайджанской Республики
Бакинский Государственный Университет
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «ОСНОВЫ НАНОХИМИИ И
НАНОТЕХНОЛОГИИ» ДЛЯ БАКАЛАВРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА
Составители программы:
-д.ф.н, проф. Рамазанов Махаммадали Ахмед оглы
- к.х.н., доц. Садыгова Нурлана Дилгам кызы
-д.ф.х.н Гаджиева Флора Видади кызы
Программа утверждена №117 протоколом
11.11.2011 года Научно-Методическим
собранием Министерства Образования
Азербайджанской Республики
Баку-2011
Введение. Определение понятий: нанонаука, нанотехнология,
нанохимия, наночастица, наноструктура. Наноматериалы. Прикладная
нанохимия, теоретическая, экспериментальная нанохимия. Критерии
определения наноматериалов: критический размер и функциональные
свойства. Квантовые наноструктуры различной размерности: 0D-, 1D-, 2Dструктуры.
Основные типы наноразмерных систем.
Нанокластеры. Наночастицы металлов. Наноматериалы на основе
органических веществ (органические нанокристаллы; наноматерилы на
основе блок- сополимеров; супрамолекулярные структуры). Углеродные
наноструктуры (фуллерены и нанотрубки). Порошковые наноматериалы.
Компактные наноструктурированные материалы: наноструктурированные
кристаллы;
разупорядоченные
твердотельные
структуры
(наноструктурированные
металлы,
сплавы;
наноструктурированные
многослойные материалы).
Нанокомпозитные материалы. Классификация нанокомпозитов (по
химической природе матрицы, по форме и характеру наполнителей из
наночастиц). Нанокомпозиты «полимер – неорганическая наночастица».
Биологические нанокомпозитные материалы. Биологические наноматериалы.
Примеры наноструктур в живых организмах.
Получение наноматериалов
История развития методов синтеза наноматериалов; два основных
технологических
подхода:
диспергационный
(«сверху–вниз»),
конденсационный («снизу–вверх»). Механизмы образования и стабилизации
наноструктурных материалов.
Методы синтеза наноматериалов: Химический синтез наносистем.
Особенности химических свойств наночастиц и нанокластеров. Получение
наночастиц в жидких средах. Химическое восстановление,
методы
восстановления в растворах, реакции в мицеллах, эмульсиях и дендримерах.
Фото- и радиационно-химическое восстановление. Криохимический синтез.
Термическое разложение (пиролиз). Золь-гель метод. Электрохимические
методы получения наноразмерных частиц. Получение упорядоченных
структур наночастиц. Физические методы: Метод молекулярных пучков.
Ионная бомбардировка. Ударные волны. Азрозольный метод. Вакуумное
испарение. Катодное распыление. Плазмохимический синтез. Получение
наноразмерных
частиц
путем
диспергирования.
Механическое
диспергирование.
Ультразвуковое
диспергирование
металлов
(сонохимический синтез). Конденсационные методы (газофазный синтез).
Механосинтез. Детонационный синтез и электровзрыв. Ионно-лучевая
эпитаксия. Самораспространяющийся
высокотемпературный синтез.
Методы получения наноструктурированных материалов. Компактирование
порошков (метод Глейтера, прессование и спекание, электроразрядное
спекание). Методы получения полупроводниковых наночастиц. Осаждение
на подложку.
Методы исследования наноразмерных систем
Микроскопические
методы
исследования.
Просвечивающая
электронная микроскопия высокого разрешения. Зондовая сканирующая
микроскопия (сканирующая туннельная, атомно-силовая, ближнепольная
оптическая). Принцип работы зондовых микроскопов. Дополнительные
возможности зондовой микроскопии: атомные манипуляции и литография.
Спектроскопические методы исследования. Люминесценция в наночастицах.
ИК и УФ спектроскопия. Оже-спектроскопия. Метод ядерного
магнитного резонанса (ЯМР).
Органические наноструктуры и полимеры: Органические структуры и
полимеры. Полимеризация. Размеры полимерных структур. Ароматические
нанокристаллические соединения.
Проводящие полимеры. Блоксополимеры.
Основные проблемы нанохимии
Область изучения нанохимии. Влияние размера частиц на особенности
их химических свойств и реакционную способность. Размерные эффекты:
тривиальные (изменение термодинамических и кинетических свойств
системы с уменьшением размера частиц); истинные (качественные
преобразования свойств системы с увеличением дисперсности). Причины
возникновения размерных эффектов.
Проблемы устойчивости наночастиц и их ассоциатов; факторы,
обуславливающие стабильность. Способы стабилизации наночастиц.
Долгоживущие метастабильные состояния. Причины низкой устойчивости
веществ в нанокристаллическом состоянии. Межфазные соединения, их роль
в формировании транспортных свойств и реакционной способности.
Особая роль углерода в наномире.
Фуллерены. Молекулы фуллеренов C60 и C70. Галогенирование
фуллеренов. Свойства хлорпроизводных фуллерена. Оксиды фуллерена.
Фуллерены с внедренными частицами металлов. Фуллериты и их свойства.
Угеродные нанотрубки, графен, получение углеродных наноструктур,
электродуговое распыление графита, лазерное испарение графита, метод
химического осаждения из пара (каталитическое разложение углеводородов),
радиочастотное плазмохимическое осаждение из газовой фазы и рост при
высоком давлении и температуре.
Физические свойства нанообъектов
Полупроводниковые наноматериалы. Особенности зонной структуры
металлов и полупроводников в нанокристаллическом состоянии. Экситонные
переходы в спектрах нанокристаллических полупроводников. Изменение
ширины запрещенной зоны.
Магнитные наноматериалы. Влияние размера частицы на магнитные
свойства ферромагнетиков. Основные параметры, зависящие от размерного
фактора. Изменение коэрцитивной силы с уменьшением размера магнитной
частицы. Переход в суперпарамагнитное состояние.
Биологические наноструктуры и бионанотехнология. Направления
развития нанобиотехнологии. Роль наноструктур в жизненной активности
организма. Биологические наноструктуры. Размеры
биологических
строительных материалов и наноструктуры. Нуклеиновые кислоты. ДНК как
сдублированная нанопроволока. Полипептидные нанопроволоки и белковые
наночастицы. Наноструктуры в живых организмах. Геночипы. Основы
биоинформатики, генные и биопреобразователи. Генная диагностика,
терапия и биоматериалы. Основы генной инженерии. Изменения, вводящиеся
наночастицами в живых системах. Антисептические, антимикробные
наночастицы и их применение.
Нанотехнологии. Области использования и перспективы развития
Применение наноструктур в химии и химической технологии.
Кинетические особенности протекания химических процессов на
поверхности
наночастиц.
Использование
нанокатализаторов.
Газодиффузионное разделение газовых смесей с использованием пористых
наноматериалов–«молекулярных сит». Нанохимические технологии
и
охрана окружающее среды. Конструкционные и инструментальные
материалы на основе наноструктур. Элементы наноэлектроники и
нанофотоники (полупроводниковые транзисторы и лазеры, фотодетекторы,
солнечные элементы, наносенсоры и др.) Наноэнергетика. Топливные
элементы и устройства для хранения энергии. Применение углеродных
нанотрубок. Применение нанотехнологий в биологии и медицине.
Подходы к получению искусственных наноструктур на основе биомолекул
(использование ДНК в качестве темпланта для синтеза). Создание
биосовместимых поверхностей контакта, имплантатов и искусственных
органов. Разработка и анализ лекарственных препаратов. Доставка
лекарственных препаратов и генов внутрь клеток. Роль нанокапсул и
наносфер в терапии рака, гепатита ВИЧ. Наночастицы благородных
металлов.
Нанокристаллические
оксиды.
Фильтующие
мембраны,
нанополотенца и др. Лечение раковых заболеваний при помощи наночастиц
оксида железа.
Основная литература
1. Сергеев Г.Б. Нанохимия. М.: Изд-во МГУ. 2003. 288 с.
2. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. М.: Техносфера. 2004. 327 с.
3. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М:
ФИЗМТЛИТ. 2005. 416 с.
4. Суздалев И.П. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и
наноматериалов. М.: КомКнига. 2006. 592 с.
5. А.Д.Помогайло, А.С.Розенберг, И.Е.Уфлянд Наночастицы металлов в
полимерах- М. Химия, 2000-672 с.
6.
В.Миронов. Основы сканирующей зондовой микроскопии, М.
Техносфера, 2004.-144 с.
7. В.В.Старостин Материалы и методы нанотехнологии. Москва БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2008.-431 с.
8. А.М.Магеррамов, М.А.Рамазанов, Л.И.Велиева Нанотехнология, Баку
2007, Издательство Чашоглы, 232 с.
Дополнительная литература
1. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления
исследований./ Под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса и П. Аливисатоса. Пер. с
англ. – М.: Мир, 2002. – 292 с.
2. Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. Nanotechnology News Network–
2005.– 444 с.
3. Н. Кобаяси Введение в нанотехнологию М.Бином. Лаборатория знаний,
2005-134с