Номер 4, страница 186 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

4. Какими способами можно получить наноматериалы?

4. Получение наноматериалов осуществляется двумя основными стратегиями: подходом «сверху-вниз» (top-down) и подходом «снизу-вверх» (bottom-up).

Подход «сверху-вниз» предполагает получение нанообъектов путем измельчения или структурирования более крупных, объемных материалов. Этот метод подобен работе скульптора, который отсекает все лишнее от цельного куска материала. Ключевые методы этого подхода включают:

– Механические методы: Это высокоэнергетическое измельчение в шаровых мельницах (механохимия), истирание, а также интенсивная пластическая деформация. В результате получают нанопорошки или материалы с наноразмерной структурой зерен.

– Литография: Этот метод, заимствованный из микроэлектроники, позволяет создавать на поверхности материала рисунок с нанометровым разрешением. Используются фотолитография (воздействие светом через маску), электронно-лучевая литография (рисование электронным пучком) и наноимпринтная литография (механическое тиснение). В сочетании с методами травления литография позволяет формировать сложные наноструктуры, такие как транзисторы и нанопровода.

– Травление: Процесс управляемого удаления материала с поверхности. Оно может быть химическим (с использованием кислот или щелочей) или физическим, например, ионно-плазменным, где ионы плазмы «выбивают» атомы с поверхности.

Подход «снизу-вверх» основан на сборке наноструктур из отдельных атомов, молекул или их кластеров. Это похоже на строительство здания из кирпичей. Этот подход часто позволяет получать структуры с более высоким совершенством и контролируемым составом. Основные методы:

– Газофазный синтез: Процессы, в которых наноматериал образуется из газообразных реагентов. Сюда входят химическое осаждение из газовой фазы (CVD), где на горячей подложке происходит химическая реакция с образованием твердого слоя (так получают графен, углеродные нанотрубки), и физическое осаждение (PVD), например, лазерная абляция, когда лазер испаряет материал мишени, а его пары конденсируются в виде наночастиц.

– Жидкофазный (коллоидный) синтез: Наночастицы создаются в результате химических реакций в растворах. Наиболее распространенные методы: золь-гель метод (превращение раствора предшественника в гель с последующей обработкой), гидротермальный синтез (реакции в воде при высоких температурах и давлениях) и химическое осаждение (образование нерастворимых наночастиц при смешивании растворов).

– Молекулярная самосборка: Спонтанный процесс организации атомов и молекул в упорядоченные наноструктуры под действием межмолекулярных сил (например, водородных связей, сил Ван-дер-Ваальса). Этот метод широко распространен в природе (например, формирование ДНК) и активно используется для создания сложных функциональных наноматериалов.

Ответ:

Наноматериалы можно получить двумя основными способами: подходом «сверху-вниз», который включает измельчение макроскопических объектов (например, с помощью механического размола, литографии, травления), и подходом «снизу-вверх», который заключается в сборке наноструктур из атомов и молекул (например, методами химического и физического осаждения из газовой фазы, методами коллоидной химии, такими как золь-гель синтез, и путем молекулярной самосборки).