Опис літератури

В підручнику розглянуті сучасні уявлення про нанооб’єкти, класифікація наноматеріалів, основні досягнення в нанохімії, особливі властивості речовини в нанорозмірному стані, способи одержання та дослідження наночастинок. Підручник призначений для студентів хімічних факультетів педагогічних університетів денної, заочної та дистанційної форм навчання.

П. Г. Нагорний. Рецензія на навчальний посібник «Нанохімія та нанотехнології» Теребіленко К. В., Огенка В. М. 2020. Автори дають визначення наукових термінів, які застосовують як у світовій літературі, так і у вузькоспеціалізованих напрямках досліджень. Розробниками посібника узагальнено та систематизовано теоретичні надбання у сфері класифікації, методів одержання, стабілізації та застосування різноманітних наноструктурованих матеріалів.

В підручнику розглянуто основи нанохімії, одержання нанорозмірних структур та методи їх дослідження. Особливу увагу приділено отриманню наночастинкам металів та дослідженню їх властивостей абсорбційною спектроскопією. Детально розглянуто метод скануючої мікроскопії як «прямий» метод дослідження наноматеріалів та оптичні методи (конфокальна мікроскопія, фотолюмінесценція, оптична спектроскопія тощо) як основні методи при дослідженні наноструктур. Наведено практичні завдання та лабораторні роботи, які включають такі теми як синтез та дослідження наночастинок (металів, гідроксиапатиту, магнітних наноматеріалів, квантових точок) та мають реальне практичне застосування в різних областях. Окрім цього розглядаються процеси нанобіокаталізу та перетворення енергії за допомогою наноматеріалів.

Лекція присвячена фізичній хімії та її історії, а також основним напрямкам її дослідження. Розглянуто внесок М.В. Ломоносова, Арнольда Ейкена і Н.Н. Семенова до становлення і розвитку хімічної фізики. Обговорюється нова сфера нанотехнологій, яка передбачає функціоналізацію речовин і матеріалів на атомно-молекулярному рівні, створення надміцних матеріалів і розробку на їх основі нового транспорту. До ключових об’єктів нанотехнологій відносяться комплекси, наногідрати, порожнини, цеоліти, пористі тіла, а також нанокластери, нанодроти, нанотрубки та інші базові елементи високих технологій для створення нанолазерів, оптичних перетворювачів, наноелементів, інтегральних схем, нанокаталізаторів, нанодіодів, нанокомп’ютерів. Підкреслено взаємопроникнення ідей і технологій у майбутньому, та тенденцій сучасної науки та освіти до уніфікації.

Лекція охоплює різні методи синтезу та стабілізації наносистем, таких як нанокомпозити, наночастинки, нановуглеці тощо. Методи включають фізичні, хімічні та біологічні підходи, такі як механічне подрібнення, конденсація, золь-гель, електровибух, лазерна абляція, плазмохімія, піроліз, гідротермальний синтез, мікрохвильовий синтез, аерозольний синтез, ультразвукова дисперсія, розкладання тощо. Обговорюються молекулярні будівельні блоки, самоорганізація та самозбірка наносистем, а також їх морфологія та фракціонування. Наводяться приклади конкретних наносистем, таких як наночастинки срібла, діамани та діаманоїди, ендофулерени, графен тощо, їх властивості та застосування в різних галузях. Згадуються деякі проблеми та обмеження методів отримання та стабілізації наносистем.

Розглядаються методи синтезу графену, природа надмолекулярних взаємодій, концепція аерогелів, синтез наноструктур. Порівнюються різні типи нековалентних взаємодій, які керують формуванням та функціонуванням надмолекулярних систем. Показані захоплюючі властивості та застосування аерогелей - синтетичних пористих матеріалів, що отримуються з гелей шляхом заміщення розчинника рідини газом без зміни твердої структури. Пояснено процес суперкритичного сушіння для створення аерогелей, характеристики аерогелей як пористість, фрактальність, теплопровідність та електропровідність. Демонструється, як оптичне ближнє поле можна використати для синтезу різних наноструктур з контрольованою формою та розміром. Описано нанорозмірний паладієвий каталізатор крос-куплінгових реакцій. Наведено приклади поверхневих реакцій. Методами дослідження є XRD, SEM, TEM, атомна силова мікроскопія та тунельна мікроскопія.

Проблемаю нанопристроїв є створення контактів та синтез нанотрубок із заданими геометричними розмірами та хімічним складом. Нанотрубки є цікавими завдяки своїй міцності, еластичності та унікальним електронним властивостям. Очікується, що вони стануть основними об’єктами майбутніх базових нанотехнологій у наноелектроніці, нанооптиці, сенсорних системах тощо. Нові методи виробництва функціональних матеріалів для нанотехнологій включають осадження за допомогою електронного променя з використанням емітерів з вуглецевих нанотрубок і контрольоване складання за допомогою складних електричних полів. Атомно-силова мікроскопія може бути використана для 3D виробництва нановолокон шляхом контрольованого витягування рідини або термореактивного полімеру з точним контролем його 3D траєкторії. Екситон - це зв'язаний стан електрона та електронної дірки, які притягуються один до одного електростатичною силою Кулона. Плазмонний резонанс — це явище, яке виникає при взаємодії світла з металевими наночастинками.

У лекції обговорюються останні розробки та впровадження наноматеріалів у різних галузях. Розглянуті теми включають використання гепарину як терапевтичного агента для SARS-CoV-2, розробку штучного полімерного твердого електроліту для металевих літієвих батарей з високою щільністю енергії та вирощування органіко-неорганічних галогенідних перовскітних сонячних елементів у фотоелектричній енергетиці. виробництва. Показано потенціал гетерогенної інтеграції для електроніки наступного покоління, використання сенсорів з автономним живленням на основі трибоелектричних наногенераторів у носимій електроніці, ідентифікацію мідно-графенового нанокомпозиту як матеріалу з сильною противірусною активністю та використання поверхневого розширеного комбінаційного розсіювання як надчутливого методу дослідження.