Номер 3, страница 186 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. Какие материалы получили название «наноматериалы»?

3. Какие материалы получили название «наноматериалы»?

Наноматериалами называют материалы, которые содержат структурные элементы (например, частицы, кристаллиты, волокна, слои), хотя бы один из размеров которых находится в нанометровом диапазоне. Общепринятым считается диапазон от 1 до 100 нанометров ($1 \text{ нм} = 10^{-9} \text{ м}$).

Ключевая особенность наноматериалов заключается в том, что на таком малом масштабе их свойства — механические, оптические, электрические, магнитные, химические — могут кардинально отличаться от свойств тех же веществ в макроскопическом (объемном) виде. Это изменение свойств обусловлено двумя основными причинами:

1. Эффекты увеличения роли поверхности. При уменьшении размера частиц резко возрастает отношение площади их поверхности к объему. В результате большая доля атомов материала оказывается на поверхности. Эти поверхностные атомы обладают избыточной энергией и повышенной реакционной способностью, что сильно влияет на химические и каталитические свойства материала.

2. Квантово-размерные эффекты. Когда размеры структурных элементов материала становятся сопоставимы с длиной волны де Бройля для электронов, начинают проявляться законы квантовой механики. Это приводит к изменению электронной структуры, энергетических уровней и, как следствие, к появлению уникальных оптических, электрических и магнитных свойств.

Наноматериалы принято классифицировать по их размерности, то есть по числу измерений, не лежащих в нанодиапазоне:

• Нульмерные (0D) наноматериалы. Все три измерения находятся в наномасштабе. К ним относятся наночастицы (например, наночастицы золота или серебра), квантовые точки и фуллерены.

• Одномерные (1D) наноматериалы. Два измерения находятся в наномасштабе, а третье (длина) значительно больше. Примерами служат нанотрубки (например, углеродные нанотрубки), нановолокна и нанопроволоки.

• Двумерные (2D) наноматериалы. Одно измерение (толщина) находится в наномасштабе, а два других — значительно больше. К этой категории относятся сверхтонкие пленки, покрытия и такие материалы, как графен.

• Трехмерные (3D) наноматериалы (наноструктурированные материалы). Это объемные материалы, внутренняя структура которых состоит из наноразмерных элементов. Примеры: нанокомпозиты (матрица, армированная наночастицами), нанопористые материалы, а также металлы и сплавы с наноразмерными кристаллическими зернами.

Ответ: Наноматериалы — это материалы, у которых хотя бы один из характерных размеров структурных элементов находится в диапазоне от 1 до 100 нанометров, что приводит к появлению у них новых, уникальных физико-химических свойств, отличающихся от свойств этих же материалов в объемном состоянии.