51. Оптикалық құбылыстардың негізінде нанобөлшектердің өлшемдерін анықтау әдісін түсіндіріңіз.

51. Оптикалық қ ұ былыстардың негізінде нанобө лшектердің ө лшемдерін анық тау ә дісін тү сіндірің із.

НБ-дің ө лшемдерін анық тайтын спецификалық ә дістер бар. Олар нефелометрия жә не турбидиметрия туралы қ арастырамыз. Нефелометрия Рэлей тең деуімен анық талатын дисперсті жү йеден шашырағ ан жарық тың қ арқ ындылығ ын ө лшеуге негізделген.

Егер эталон бө лшектерінің радиусы белгілі болса, онда зерттелетін ү лгі бө лшектерінің радиусы

Эталон жә не зерттелетін ү лгі бө лшектерінің радиусын анық тау ү шін шашырағ ан жарық тың қ арқ ындылығ ын тең естіру кезінде нанобө лшектердің ө лшемдері анық талуы мү мкін.

Нефелометрия шашырағ ан жарық тың қ арқ ындылығ ын ө лшеуге, ал турбидиметрия дисперсті жү йе арқ ылы ө ткен жарық тың қ арқ ындылығ ын анық тауғ а негізделген.

Экстинкция (Э) н/е оптикалық тығ ыздық (D) жарық тың жұ тылуы есебінен қ арқ ындылығ ы-ң ә лсіреуін анық -ды. Ол Бугер-Ламберт-Бер заң ымен есеп-і: мұ н, I₀-тү сетін жарық -ң қ арқ ындылығ ы; I_пp-ө ткен жарық -ң қ арқ ындылығ ы; l-жұ татын орта-ң мө лшері; B-жарық -ң жалпы жұ тылуы мен шашырауын анық тайтын коэф. Жұ тылғ ан жарық -ң қ арқ ынд/ы I_n тең:

Экстинкция мә ні мен жұ тылу аймағ ы-ң макс. нанобө лшек мө лшерімен байл-ты. Мө лшері толқ ын ұ з-нан аз болатын жә не 15 нм аспайтын нанобө лш-ң жұ тылу спектрінің айырмашылығ ы нанобө лшек бет-ң диэлектрлік ө тімділіг-ң ө згерісімен шарт-н:

53. Беттік энергия. Беттік энергияның нанобө лшек қ асиетіне тә уелділігін сипаттаң ыз.

Нанобө лшектердің беттік энергиясы Гиббс энергиясы ∆ G арқ ылы келесідей ө рнектеледі:

∆ G_НБ = ∆ G + ∆ G_{қ. э} (1)

мұ ндағ ы, ∆ G – дисперсті фаза мен дисперсті орта арасындағ ы шекарадағ ы артық беттік энергиямен шартталғ ан Гиббс энергиясы, ∆ G_{қ. э} – нанобө лшектер ерекше қ асиеттеріне негізделген қ осымша беттік энергия..

Гиббс энергиясы дифференциалды кү йде dG жә не ∆ G кү йінде де

dG ≤ -SdT + υ dp + Σ µ_idn_i + σ dB + φ dq.

∆ G ≤ -S∆ T + υ dp + Σ µ_i∆ n_i + σ ∆ B + φ ∆ q (2)

мұ ндағ ы, S – энтропия, µ_і – химиялық потенциал, n_і– і-ші компонеттің моль саны, σ – фазалардың бө ліну шекарасындағ ы беттік керілу, φ, q – фазалардың бө ліну шекарасындағ ы электрлік потенциал мен заряд, T – температура, υ –кө лем, p – қ ысым.

1 – сурет. Гиббс энергиясының I II III жағ дайлардағ ы ө згеруі

. Нанобө лшектердің ерекше қ асиеттеріне байланысты қ осымша беттік энергия Гиббс энерггиясы тү рінде пайда болады: Ол келесі қ асиеттер:

· Беттегі бө лшек санының кө лемдегі бө лшек санына қ атынасынан, ө лшемдіі эффект (∆ G_р);

· Беттің ө лшемге жә не нанобө лшектер қ ұ рылысына тә уелділігінан;

· нанобө лшектер кристалды қ ұ рылымдарының ақ ауларынан;

· нанобө лшектер кристалды қ ұ рылымдарының ерекшелігінан;

· Квантты эффектісінен;

· Синтезделген нанобө лшектер тепе тең дік болмауынан;

· Қ осалқ ы ү дерістердентуындайды.

Сонымен, нанобө лшектердің беттік қ асеиттері наноө лшемді емес заттардың беттік қ асиеттерінен ө згеше. Олар термодинамикалық тепе-тең діксіз атом-молекулалық қ ұ рылымғ а ие, сондық тан олардың қ асиеттері нанобө лшек алу жағ дайына жә не температурағ а байланысты ү лкен ауқ ымда ө згереді. Нанобө лшектердің жоғ ары энергиясына байланысты олардың қ ұ рылымы міндетті тү рде тепе тең дікте болуғ а міндетті емес.

Нанобө лшектер беттік энергиясының аталғ ан қ ұ рамдастарын келесідей тү рде жазуғ а болады:

∆ G = ∆ G_р + ∆ G_υ + ∆ G_∂ + ∆ G_l + ∆ G_o +∆ G_c + ∆ G_{қ. п}(3)

(3) тең деуді жалғ астыра отырып, нанаобө лшектің қ осымша беттік энергиясын қ ұ райтындар мына жағ дайлар нә тижесінде туындайды:

- Кристал торының қ ұ рылымы жә не параметрі (Δ G_c);

- Кристалдық денелердің кемшілігі (дефект) (Δ G_∂);

Кристалдар – ү шө лшемді периодты атомдық қ ұ рылымды тү йіршіктерден қ ұ ралғ ан қ атты дене.

Кристалдың қ ұ рылымын бұ рышты центрленген кристалдың элементарлы ұ яшық тыры негізінде қ арастырамыз

Кристалдық тор элементар ұ яшық тардың ү ш ө лшемде периодты тү рде қ айталануына негізделген. Атомдардың элементар ұ яшық та орналасуы қ ұ рылымдық жә не параметрлік кристалдық тормен сипатталады. Беттік энергияның ө суі ө те тығ ыз кристалдық тордан, тығ ыздығ ы аз кристалдық торғ а ауысқ анда байқ алады.

Кристалдардың артық беттік энергиясына мынадай ақ аулар ә сер етеді: идеалды кристалдарғ а тә н бө лшектердің (атом, ион, молекула) реттеліп орналасуының бұ зылуы. Ақ аулар нү ктелік, сызық тық жә не беттік болады. Нү ктелік ақ ау атомдар торында бір атом жетіспеуінен, яғ ни қ оспалық атом немесе тордың бұ рышында атомдардың жылжуына негізделген. Сызық ты жә не беттік ақ аулар дислокация жә не дисклинация деп те аталады. Дислокация – бұ л кристаллографиялық беттегі атомдардың дұ рыс орналасуының кристалдық тордың ауытқ уы, дисклинация – векторлық реттелген қ ұ рылым.

Кристалдық нанобө лшектер екі немесе одан да кө п фазадан тұ ра алады. Екі фазалы нанобө лшектерде Гиббс энергиясы бө лшектердің беттік Δ G_б (1фаза) жә не кө лемдік Δ G_к(2фаза) энергияларынан қ ұ ралады. 1-ші фазаның тұ рақ тылығ ы берілген температурада 2-ші фазасымен макронысандарды салыстырғ анда мынандай шарт орындалады:

Нанобө лшектердің қ асиетін ескере отырып наномө лшердегі бө лшектер ү шін былай жазылады: (4)

(4) шартына сә йкес нанобө лшектер қ ұ рамында 2-ші фаза тұ рақ тырақ. Тордың ә ртү рлі ақ ау тү рлері электрондар қ озғ алысын тоқ татады жә не осының ә серінен олардың еркін қ озғ алуына тосқ ауыл қ ояды. Екі ө лшемді ақ аулар кө п таралғ ан. Олар тү йіршіктердің шекарасы, қ орап ақ ауы, кристалдардың еркін беттері..

Бос кең істік, микрожарық шалар ү ш ө лшемді ақ аудың мысалы бола алады. Барлық ақ аулар электрондардың шашырауына ә келеді жә не электрө ткізгіштікті тежейді. Беттік энергия кө лемдік энергиядан ү лкен, массивті ү лгімен салыстырғ анда кристалды қ ұ рылымның ө згерісі негізінде кристалдар деформациясын болжауғ а болады.

⇐ Предыдущая 14 15 16 17 181920 21 22 23 Следующая ⇒