Нанобөлшектердің терминологиялық сөздігі

Наноиндивидтердің құрылымы, құрамы және қасиеттері әлі толық түрде зерттелмеген. Сонымен қатар, олардың алуантүрлігін қарастыру қиынға созылады. Оларды нақты классификациялау, терминологиялық түрде зерттеу көптеген тәжірибелерді талап етеді. Сол себепті, наноиндивидтерді және автомизирленген минералды объектілерді сипаттау үшін кең көлемде әртүрлі басқа да атаулармен (нанокристалдар, нанокластерлар, наноблоктар, нанокристаллиттер және т.б.) аталуы ықтимал.

Ғылыми әдебиеттерде жиі қолданысқа түсетін құрылымдардың атауларына және олардың анықтамаларына түсінік берейік.

* * *

Наноөлшемдібөлшектер– бұл бөлшектердің өлшемі 100 нм-ден аспауы тиіс.

Нанобөлшектер – бұл бөлшектердің құрылымдық өлшемі минимальдік дәлдікке ие болып, беттік қабатындағы үлесі 100 нм-ден жоғары жатуы керек.

Нанообъект– бұл көлемді материалдың құрылымдық элементі, немесе конденсирленген фазасы, бір немесе бірнеше нанометриялық өлшемдерге өзіндік ерекшелігі арқылы физикалық, химиялық және механикалық қасиеттерімен осы аталған объектілердің өлшеміне қатысты болады.

Наноқұрылымды заттар – бұл өзінің құрылымында нанообъектілермен қамтылған заттар.

Наноиндивид– бұлар құрылым және морфологиялық жағынан жинақталған объектілер. Олар өз бойынан элементарлы құрылымдарды көрсетіп, құрылымтүзуші бірліктер санымен шектеліп (барлығы бірнеше элементарлы ұяшықтар), және химиялық көрсеткештері - кристалл тасымалдаушылар. Нанонидивидтердің анық көрсетілген фаза шекаралары болады және кристалдық сызықтары нақты байқалмайды.

Нанокристалды материалдардың құрылымды негізінде жеке фаза өлшемдері 100 нм-ден аспайды. Бұл көрсеткіш L әріп өлшемімен белгіленіп, физикалық құбылыстарда (дислокациялық сырғанауда Франк-Рид ілмегінің өлшемімен, электрокинетикалық қасиеттер үшін электронның бос жүру көрсеткішімен, магнитті сипаттамаларда доменнің өлшемімен) байқалады.

Нанокомпозит – матрицалардың нанокристалды материалдармен бірігуі.

Кватарон немесе «жабық фаза» - заттардың ауыспалы күйіндегі (химиялық байланыстары жоқ) кластерін көрсетіп, дәстүрлі агрегаттар күйлерінің араларындағы алмасуларды байқатып және активациялық емес (энергия көзін пайдаланбау) біліміне мүмкіндік тудырады. Бірқабатты(жартылай) кватарон –атомдары тек қана жоғарғы беткейде орналасып, және қатты құрылымдарды түзеді (фуллерендер оның кейбір көрсеткіштері).

Баррелендер - құрылымдары бөшкетәрізді, екі бірқабатты кватарондардың кристаллизация нәтижесінде пайда болғандар. Олар фуллерен С₁₁₆–дан морфологиялық жағынан өзгешеленеді.

Кватариттер - жеке кватарондармен немесе олардың агрегаттарымен түзіліп, дискретті ішкі құрылымды ультрадисперсті материалдар.

Кластер – атомдардың метастабилды немесе дискретті ансамбльдері.

А – атоммен салыстырғанда, кластер бос электрон атомдарының сілтілі металдарымен (кластерлердің сандық сипаттамаларына байланысты нақтылықты көрсетеді) толы оң зарядталған ядролардан және электронды қабықшалардан тұрады;

Б – молекулярлы кластерлер лагандалармен тұрақталған металды, оксидті немесе халькогенидті ядролардан түзіледі.

Нанокристалды жіпшелер. Кватарондардың сызықты агрегациясынан түзілген моншақтардың өлшемдері тұрақты түрде болады. Егер кватарондардың өлшемдері тұрақты өлшемге жақын болса, онда олардың біреуінің кристализацияға түсуі, қалғандарының кристализациялау механизімінің қопару деңгейіне әкеліп соғады. Нәтижесінде нанокристалды жіпшелердің пайда болуы түзіліп, ал диаметрлері қаныққан катаронның диаметріне жақын болады (8). Ал жуан жіпшелердің түзілуі, кватарон торларының бір-бірімен қабаттасқан жеріндегі сызықты агрегаттардың кристализациялану кезінде пайда болады.

Нанокристалды тор – кватарондардың бір-бірімен сызықты моншақтарының тұйықталған жерінде пайда болады. Тордың беттік энергиясы кватарон моншақтарының беттік энергиясынан төмен немесе тең болмауы керек. Тордың минимальді радиусы R ≤ 3нм (көміртегілер үшін). Олардың қабырға қалыңдығы қаныққан кватарондардың диаметрімен бірдей.

Нанокристалды түтікшелер мен спиральдар. Кватаронды сақиналы құрылымдағы сызықты моншақтар кристализациядан кейін нанокристалды түтікшелерді сипаттайды. Олардың қабырға қалыңдығы қаныққан кватарон диаметріне ұқсас болып келеді. Кватарондардағы моншақтардың тұйықталу энергетикалық тәуелсіздігі торлардың минималды радиусымен түзіледі. Осы кезде ұзын моншақтар спиральданып оратылады. Ал кристалдану кезінде олар радиусы жағынан тор сияқты, спиральді нанокристалдарды түзеді. Спираль ішінде радиусқа сәйкес қуыс пайда болуы тиіс. Қабықшалы құрылымы бар тізбектелген кватарондардың кристализация қатарында нанотүтікшелердің түзілуі байқалады. Кватаронды (аралық) стадиясында көміртекті нанобөлшектердің формасы мен қабықшалы құрылымы түзіледі. Кватарондардың сұйықты сипаттамасы көміртекті құрылымдардың деформациялануымен түсіндіруге болады. Сонымен қатар, наноқұрылымдардың геометриялық өлшемдері молекула диаметріне байланысты. Ал макромолекулярлы наноқұрылымдардың көлемі кеңірек және кристалды емес құрылыс түрінде кездеседі.

Сфералы нанокристалл. Бұл дегеніміз элементарлы (сфералы) нанокристалл, кватарондардың қаныққан өлшемдерінің (r = 4= 1,2 нм) кристализация нәтижесінде пайда болады. Осы сфера ең жақын форма түрі, ол икосаэдр. Яғни, алғашқы көпгранды нанокристалдың формасы – икосаэдр. Минимальді нанокристалдың диаметрі 8= 2,4 нм-ге тең болады. Аса ірі сфералы (икосаэдрлі) нанокристалдар сфералы кватаронды агрегаттардың кристалдану нәтижесінде түзіледі.

Нанокристалды фракталды агрегат. Егер кватарон радиусы бойымен (r) тік бұрышты жүйемен бастапқы координатасына әкеліп, және оған басқа да алтауын бағытталған ось бойымен қоссақ, онда жеті кватаронды ансамбль немесе кватаронды агрегат пайда болады. Кеңістікте кватаронды агрегаттардың тираждалуы, агрегаттың жоғары деңгейдегі түрленуіне әкеліп соғады. Мұндай агрегатты фрактал дейміз.

Класполдар – бұлар наноөлшемдермен немесе наноқұрылымды қабықшалармен қапталынған бөлшектер.

* * *

Графит. sp² - көміртегінің гибридті атомдары. Құрылымы жағынан көміртегі атомының гексогональды байланысқан, қабаттары бір-біріне параллель болып келеді. Осы қабаттар өзара бір-бірімен қосарланып, гексагональді (А-В-А-В) немесе ромбоэдрлі (А-В-С-А-В-С – тек табиғатта ғана кездеседі) кристалды торлар түзеді.

Нанотүтікше – айналдыра графит қабатты цилиндрден тұрады. Нанотүтікшелер жабық (тубулендер) және ашық түйінді, бір немесе көпқабатты болып келеді. Сонымен қатар, ұзындығы мен диаметрі бойынша ерекшеленеді.

Бұл түрленуде біз (ЖПИ) тек аралық ішкі қуысты бөлшектерді ғана жатқыздық.

Талшықты құрылымдар – бұл ұзын жіптәрізді бөлшектер, олардың ұзындығы еніне қарағанда 50 есе үлкен. Сонымен қатар, олар салыстырмалы біртектес ішкі морфоқұрылымды (ЖПИ) болады.

Ленталыкристалдар тегіс өлшемділермен салыстырғанда көптеген айырмашылықтарды тудырады. Бұл дегеніміз бір кристалл гранінің өсуімен сипатталады.

Плёнкалы бөлшектер– мыжылыңқы қағаз парағына ұқсас формасы мен түрін сақтамайтын бөлшектер. Толық (қуыс денелі, қатпарланған) бөлшектер өзіне тән көлемді бөлшектерге ұқсайды. Олардың қабаты – пленка тәріздес және әрдайым саңлаулары кездеседі (ЖПИ).

Пластинкалы кристалдар тегіс беттік түзетін, құрылымы көп мөлшерде болып, екі бағытта бағытталады.

Дөңгелек бөлшектер –формасы мен өлшемдеріне сәйкес 0,02-ден 0,5 мк-ге дейінгі дөңгелек бөлшектер (сфералық түрлері сирек кездеседі). Олардың ішкі құрылысы кей-кездері әртүрлі болып келіп, құрылымы дендрит тәріздес болады (ЖПИ).

Бұлтшалы бөлшектер – бұл бөлшектер тұрақсыз түрде кездеседі (ЖПИ).

Кристаллографитті формалы тығыз кристалдар. Бұл кристаллиттердің микроскоп экранындағы проекциясы үшбұрыштыларға, квадраттарға, тікбұрыштілерге (доғал немесе сүйір), ромбілерге, алтыбұрыштыларға және сфероидтерге ұқсауын байқауға болады (ЖПИ).

Активті бөлшектер –бұл бөлшектер морфологиялық және құрылымдық сипаттамасы толығымен анықталмаған. Олардың негізгі ерекшеліктері: ішкі фаза ауысымдары және қоршаған бөлшектермен (сонымен қатар, электронды микроскоппен (ЖПИ) препараттарды зерттеу процестерінде) «құрғақ» күйде әсері.

Тубулен – бұл бөлшектер цилиндрден тұрып, цилиндр соңында фуллеренді «қалпақшалар» және ширатылған графитті қабаттар түзіледі. Олар бір және көпқабатты, сонымен қатар, ұзындығы мен диаметріне байланысты ерекшеленеді.

Октопус -бір ортадан (металл бөлшектерінен) өскен ұзын бөлшектер тобы.

Фуллерен – бұл нақты көміртегі кластері икосаэдрлі симметриялы сипаттамасынан тұрады. Фуллерендер тұйық сфералы көпбұрыштардан, олар толығымен үш рет координирленген жекеленген көміртегі атомымен құралған.

Квазифуллерендер – кез-келген тұйық сфералы көпбұрыштар толығымен үш рет координирленген көміртегі атомымен құралған.

Фуллеридтер – фуллерендердің металдармен байланысы.

Фуллериттер - фуллерендермен түзілген көміртегі молекулалар;