Нанобөлшектердің түрлері

Жану Проблемасы Институтының наноқұрылымды заттар лабораториясының профессоры Р. М. Мансурованың жетелеуімен синтез және наноөлшемді бөлшектерді зерттеу жұмыстары бірнеше жылдар бойы орын алуда. Түрлі модификаторлар қосылған түрлі матрицаларда нанобөлшектер мен құрылымдардың көптеген түрлері (морфологиясы) әр түрлі процестерде және жағдайларда алынады. Әбеди шолудан және біздің зерттеу нәтижелері көміртегі түзуші нанобөлшектердің классификациясы дәлелденіп, бөлшектердің морфологиялық сипаттамасына баға береді.

Сонымен қатар, электронды микроскопта алынған кластардың бөлшектері емес, ал олардың беттік қабатқа проекциясы анықталады. Мысалы: «дөңгелектілер» класы, ал бірақ «сфералы» бөлшектер емес, сонда да негізгі олардың ұқсастық үлесі сфералыларға қатты ұқсас; немесе «дұрыс кристаллографитті сызыңқы бөлшектерге» - проекциясы тығыз бөлшектілер гексагональді формада болып, бірақ көлемі жағынан бұлар кристалл және гексагональді таблетка тәріздес, призма немесе одан да күрделі – додекаэдралы форма күйінде де кездесе береді.

Көміртегі және оның құрылымдық беріктілігі

Бәрімізге мәлім көміртегінің бірнеше модификацияланған түрлері бар. Алмаз бен графит құрылымдары әлі зерттелместен өз орындарын қолданыста тауып, ал толығымен физико-химиялық әдістер анализ (РФА, электронографияда) барысында өңдеуінде бекітілді. 90^-шы жылдардың соңына таман табиғатта Лонсдейлитті анықтап, бірақ оның күрделі диагностикасына байланысты бұл заттың кездесетіндігіне күмән келтіруге болады. Карбин мен фуллерендердің құрылымдары толығымен дәлелденген десе де болады, бірақ қолданыстары әлі толығымен зерттелмеген.

Осы уақытқа дейінгі зерттелінген көміртегілердің (алмаз, графит, карбин) аллотропты модификациясы салыстырмалы түрде үш, екі, бір өлшемді толықтыратын жинақталған құрылымды шексіз жүйеден тұруы мүмкін. Фуллеренден олармен салыстырғанда тұйықталған құрылымды, жекеленген полиэдрлі молекулалар тұқымдасы.

Идеальды графиттің құрылысы көміртегі атомдарымен бір-бірімен гексагональді байланысып, параллельді қатпарланып орналасқан қабаттардан тұрады. Бұл қабаттар бір-бірімен белгілі бір ретпен , дәлдік бойынша реттеліп орналасады. Мұндай құрылымдар графиттің анизотропты физикалық қасиеттеріне әкеліп соғады. Графит интеркалировты қосылыстарды түзуге мүмкіндігі бар.

Таблица 3.1 – Көміртегінің негізгі модификациясы

Көміртегі атомдарының көптеген ұштарымен байланысып нақты денелер түзеді. (сурет. 3.1). Бұлардың өлшемдері ішкі қабаттардың ауытқуына байланысты, беріктілік құрылымдарына байланысты өзгеріп отырады.

Біздер зерттеп жүрген нанозаттардың басым бөлігі рентгеноаморфты, не болмаса беріктілік құрылдарын байқата бермейді. Сонымен қатар, электрондардың (рентгенді сәулелерге қарағанда электрондардың толқын ұзындықтары екі еседей кіші) дифракция әдісімен наноөлшемді заттардың негізгі бөлімі аморфты емес. Көміртекті заттардың ең алдымен графитті беріктілік құрылымын анықтау үшін, бірнеше стадиялардан өтуі тиіс. 1 – Аморфты заттар - «жақын аралық болмайды». Жекеленген молекулалар мен агрегаттардан тұрады. 2 – Екі қайтара нығайған заттар - өзіне тән көміртекті гексагональді сақиналардың ауытқыған жалпақ торларынан тұрады. 3 – Жалпақ торшалардың хаос тәріздес орналасу барысында үш қайтара нығайған заттар. 4 – Графиттәріздес заттар - «жақын аралық» графитті құрылымды, немесе көлемді беріктілік (мысалы, бір-бірімен жақын орналасқан қабаттардың кішігірім қисаюы) – турбостратты құрылымдар) немесе аздаған көлемді графит пакеттері. Біз синтездеген нанобөлшектердің жалпы массасы екі, үш еселік беріктік құрылыммен сипатталады. Әрбір бөлініп алынған тип құрылымдарының өзіндік микродифракционды суреттеледі.