Сурет. Пеш үлгісі.

7. Көмір графитті материалдардың өнеркәсіптік дамуына кремний карбиді өндірісі бойынша пештердің жұмыс істеуі мен жасанды графитті электротермиялық алу әдісін зерттеу негізіндегі Г.Агесон (1896 ж., АҚШ) және Жирар мен Стрее (1893 ж., Франция) жаңалығы үлкен үлес қосты. Бұл электрографитті электроторлар өндірісіне ауысуға, олардың электрөткізгіштігін арттыруға, майлағыш қасиеттерін жақсартуға және электрмашиналарын қолдану коэффициенттерінің күрт өсуіне мүмкіндік берді. Электр торларының ұшқынсыз жұмыс істеуіне және кемелік двигательдердің пракатты стандары, еспелі винттері және турбогенераторының жетектерінің ірі электрогенераторлары мен электродвигательдерін жасау үшін, электролиздері мен теміржол локомативтерінің генераторы үшін, авиация мен космос үшін қолданылуы ұзақтығына байланысты қиыншылық болды. Бұл мәселені наноқұрылымдалған заттар, НҰ және УДҰ қолдану арқылы нанотехнологияларды қолдану арқылы шешу мүмкін болды.

8. Сорбенттер. Металлургия, тағам өнеркәсібі, медицина және өнеркәсіптің басқа да салаларына жыл сайын мыңдаған тонна сорбент қажет олардың көп бөлігі шетелден әкелінеді. Бұл онсыз да арзан емес сорбциялаушы заттың қымбаттауына әкеледі және оларды қажет мөлшерде қолдануға мүмкіндіктерін бермейді.

Перспективті бағыттардың бірі селективті және жалпы қолданылатын сорбенттерді жасап шығару болып табылады. Қазіргі кезде әль-фараби атындағы ҚазҰУ-нің «химиялық физика» кафедрасы мен жану мәселелерінің институты зертханаларында ауыл шаруашылығы (астық, бақша және жабайы өсетін өсімдіктер өндірісі) қалдықтарын карбонизациялау және әр түрлі минералды шикізатты (саз, жылуэнергетикалық және тау-кенді комплекстерінің қалдықтары: күйе, хромитті және бокситті шламдар және т.б.) көмірлендіру негізінде көміртекқұрамды наноқұрылымдандырылған сорбциялаушы заттарды алу және оларды түрлі салаларда қолдану бойынша жұмыстар жүргізілуде. Алынған сорбциялау- каталитикалық жүйелер мысалы, мұнайды кукірт құрамды қосылыстардан, суды органикалық қосылыстар мен ауыр металдар иондарынан, ауаны SO₂ –ден, көмірсутектер айналымдары реакцияларының катализаторлар тасымалдағыштары ретінде кеңінен қолданылыс тапты.

Карбонизацияланған сорбенттер ерекше көніл аударылған. Бұл сорбенттер беттерінің классикалық активтелген көмірлерден ерекшеленеді. Көміртекті адсорбент-графиттер, күйелер, көміртекті талшықтар менбраналардың адсорбциялық қасиеттері олардың құбылыс ерекшеліктерімен сорбент қаңқасындағы көміртек кристалдарының мөлшерімен, амофты көміртек құрылысымен, көміртектің басқа атомдарымен негізінен оттекпен және сутекпен, химиялық қосылумен, сонымен қатар бет кедір-бұдырлығы дәрежесімен және кеуектер құрылысымен анықталады. Құрылымында наномөлшерлі көміртекті бөлшектер мен наноқұрылымдалған композиттердің болуы үлкен маңызға ие, бұл синтезделетін сорбенттердің ерекше қасиеттерін түсіндіреді.

Қазақстан үшін өсімдіктер құрамындағы биологиялық активті заттарды алуға арналған жаңа наноқұрылымдалған сорбенттерді жасау маңызды. Бұл активті заттар тірі ағзалар мен өсімдіктер өсуін тездету үшін, жоғары эффективті дәрілік және косметикалық препараттар ретінде кеңінен қолданылуы мүмкін. Өндірісте қолданылатын сорбенттер жасалуда: ауаны және ағынды суларды тазарту үшін, өнеркәсіптік, бағалы және сирек элементтерді бөліп алу үшін, олар экологияд\лық мәселелерді шешуде және қосарланған технологияларды жасауда өте қажет.

Сорбенттер тағам өнеркәсібі мен медицинада (ең қарапайым мысал қанды тазарту үшінгемосорбенттер қолданылады) кеңінен қолданылыс тапты.

Молекулалы –ситалық қасиеттері бар көміртекті сорбенттер де кеңінен қолданылады. Мұндай ситалар кеуектерінің диаметрі молекулаларының мөлшерлерімен ұқсас.

9. Хроматографияда графит кеңінен қолданыс тапты. Ол активтелген көмірлер мен графиттелген термиялық күйлер (ГТК) түрінде қолданылады. ГТК аз меншікті бетке ие (6-12 м²г^-1), эффективтілікті арттыру үшін күйе бөлшектеріне күйе қабаты арқылы өтетін газ ағынында көмірсутекті пиролиздеу арқылы пирокөміртекті отырғызады. Бұл жерде механикалық берік адсорбенттер –карбохром А (ГТК-ден) және карбохром В (графиттелмеген термиялық күйден) алынады. ГТК мен карбохромдарда изомерлі циклогександар, қанықпаған және ароматты көмірсутектер, алкандардың галогентуындылары, молекуласы құрамында біріншілік, екіншілік және үшіншілік көміртек атомдары бар әр түрлі құрылымдық изомерлер жақсы бөлінеді.

10. Фуллерендер қасиеттері өте ерекше. Мысалы, кристалды фуллерендер жартылай өткізгіштер болып табылады және фото өткізгіштікке ие, ал сілтілі металдар атомдары мен легирленген С₆₀ кристалдар металдың өткізгіштікке ие және 30К температурадан жоғары аса күшті өткізгіштік күйге ауысады. Кристалды фуллереннің алмазға айналуы 20ГПа қысымда бөлме температурасында да жүзеге асады, ал фуллеренді 1500К температураға дейін қыздырғанда алмазға айналу үшін 7ГПа қысым жеткілікті (ал графитті алмазға айналдыру үшін 900К температура мен 30-50ГПа қысым қажет).

Фуллерендер ерітінділері сызықты емес оптикалық қасиеттерге ие, бұл оптикалық сәулелену интенсивтілігінің кейбір критикалық мәнінен асыру кезінде ерітінді мөлдірлігінің күрт төмендеуі де байқалады.

С₆₀ фуллеренінің кейбір полимерленген формалары бөлме температурасында ферромагнитті қасиеттер көрсетеді. Құрылымы ромбоэдрлі Rh-C₆₀ полимерленген фуллерені 500К Кюри температурасына және ферромагнетиктерге тән гистерезис қисығына ие екенін зерттеу көрсетті. Қыздыру және деполимерлеу кезінде Rh-C₆₀ үлгісі ферромагниттік қасиеттерін жоғалтады.

2001 ж. жаңа фуллерен тәріздес С₄₈N₁₂ формасы анықталды, оның құрамында қарапайым С₆₀ фуллеренімен салыстырғанда көміртек атомдарының бестен бір бөлігі азот атомдарымен орынбасқан. Фуллерен кристалдарында С₆₀ молекулалары әлсіз ван-дер-ваальс күштерімен байланысса, азот атомдарының болуы күшті ковалентті байланыстардың пайда болуына әкеледі. Сондықтан фуллерен тәріздес кристалды С₄₈N₁₂ материалы беріктік пен иілгіштіктің ерекше үйлесіміне ие.

Тұрақтылық дәрежелері әр түрлі көптеген С_n фуллерендері (фуллеренді қатарлар) ашылған. Атомдар саны аз көміртекті фуллерендерді тұрақтандыру жолдарының бірі эндоэдральды М@C₂₈ компоненттерін алу болып табылады. Олардың құрылымында допирлеуші элемент атомы көміртектектегі сфераның ішіне енгізіледі. Осындай синтез әдістемелері бар, мысалы, Ті@C₂₈ үшін.

Нанозат пен нанотехнология ғылымы қазіргі кезде қалыптасу сатысында. Қасиеттері бойынша ерекше жаңа материалдарға деген артып келе жатқан қажеттілік «..молекулалар мен кристалдар құрылысымен, кристалды модификациялар арсындағы фазасыз ауысулармен және қосылыстардың қатты және газ тәрізді күйлеріндегі термодинамикалық қасиеттермен байланысты кейбір физика-химиялық мәселелерді қарастыруға» әкеледі. Соңғы 5-7 жылда зерттеу орталығы нанобөлшектердің сансыз туындыларын алу мен зерттеу ауданына ығысты ( бірінші ретте фуллерендер, нанотүтіктер). Бірақ жүзеге асатын процестерді толық түсіну мен түрлі химиялық және термодинамикалық жағдайларда нанобөлшектер өсуі түзілуінің теориясы жоқ. Қасиеттері берілген наноқұрылымдалған материалдарды селективті алу әдістері мен оларды тазарту тәсілдері әлі өңделмеген. Мұндай ауқымды материалды жүйелік және логикалық мазмұндау берілген білім саласының пәнаралық сипатының себебі бойынша мүмкін еместігін авторлар түсінеді.

Сондықтан бұл курста наноматериалдарды зерттеудің негізгі түсініктері, бағыттары мен әдістері бойынша жалпыланған мәліметтер қысқаша баяндалған.