Номер 3, страница 264 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. Какие материалы получили название «наноматериалы»?

3. Наноматериалы — это материалы, которые содержат структурные элементы (частицы, волокна, слои и т.д.), размеры которых хотя бы в одном измерении лежат в нанометровом диапазоне, как правило, от 1 до 100 нанометров ($1 \text{ нм} = 10^{-9} \text{ м}$).

Главная особенность наноматериалов заключается в том, что их свойства (механические, оптические, электрические, магнитные, химические) кардинально отличаются от свойств тех же веществ в макроскопическом (объемном) виде. Это происходит по двум основным причинам:

1. Эффекты увеличения площади поверхности. При уменьшении размера частиц до наноуровня резко возрастает отношение площади их поверхности к объему. Это означает, что значительно большая доля атомов материала находится на поверхности, а не в объеме. Поверхностные атомы обладают избыточной энергией и более высокой реакционной способностью, что приводит к изменению каталитических свойств, снижению температуры плавления и увеличению химической активности.

2. Квантовые эффекты. Когда размеры объекта становятся сопоставимы с длиной волны де Бройля для электронов в этом материале, начинают проявляться квантовые законы. Этот эффект, называемый квантовым удержанием, приводит к тому, что энергетические уровни электронов становятся дискретными, а не непрерывными, как в объемном материале. Это кардинально меняет оптические и электронные свойства. Классический пример — квантовые точки: полупроводниковые нанокристаллы, цвет свечения которых зависит от их размера.

Классификация наноматериалов по размерности:

• Нульмерные (0D): материалы, у которых все три измерения находятся в нанодиапазоне. Примеры: наночастицы (например, наночастицы серебра с антибактериальными свойствами), фуллерены, квантовые точки.
• Одномерные (1D): материалы, у которых два измерения находятся в нанодиапазоне, а третье (длина) значительно больше. Примеры: углеродные нанотрубки, нанопроволоки, нановолокна.
• Двумерные (2D): материалы, у которых одно измерение (толщина) находится в нанодиапазоне, а два других могут быть макроскопическими. Примеры: графен (один слой атомов углерода), тонкие пленки и покрытия.
• Трехмерные (3D): объемные материалы, которые имеют наноструктуру. Это могут быть поликристаллы с наноразмерными зернами, нанопористые материалы или нанокомпозиты, где наночастицы внедрены в матрицу другого материала для улучшения его свойств.

Таким образом, «наноматериалы» — это широкий класс материалов, определяемый не химическим составом, а характерным размером структурных элементов, который и обуславливает их уникальные и практически ценные свойства для применения в электронике, медицине, энергетике и других высокотехнологичных отраслях.

Ответ: Наноматериалы — это материалы, содержащие структурные элементы с размерами в диапазоне от 1 до 100 нанометров хотя бы в одном измерении, и которые благодаря этому приобретают уникальные физические, химические или биологические свойства, отличающиеся от свойств их макроскопических аналогов.