Свойства микро- и наночастиц

Многие физические законы, справедливые для макрообъектов, для микро- и наночастиц нарушаются. Например, несправедливы формулы сложения сопротивлений проводников при их параллельном и последовательном соединении. Вода в нанопорах горных пород не замерзает при температуре -20-30°С, а температура плавления наночастиц золота намного меньше температуры плавления массивных образцов.

В последние годы во многих публикациях приводят эффектные примеры влияния размеров частиц того или иного вещества на его свойства: электрические, магнитные, оптические. Так, цвет рубинового стекла от содержания и размеров коллоидных (микроскопических) частиц золота. Коллоидные растворы золота могут дать целую гамму цвета - от оранжевого (размер частиц менее 10нм) и рубинового (от 10 до 20нм) до синего (около 40нм). В лондонском музее королевского института хранятся коллоидные растворы золота, которые получены еще М. Фарадеем, впервые связавшим вариации их цвета с размером частиц.

Доля поверхностных атомов становится все больше по мере уменьшения размеров частицы, для наночастиц практически все атомы «поверхностные», по этому их химическая активность очень велика.

Корпускулярно волновой дуализм позволяет приписать каждой частице определенную длину волны. В частности это относится к электрону в кристалле, элементарным атомным магнитикам и т.д. Их поведение описывается волновыми характеристиками. Тепловые колебания атомов кристалла являются коллективным процессом: отдельные атомы колеблются не независимо, а участвуют в упругих тепловых колебаниях разной частоты, охватывающих весь кристалл. Этим волнам сопоставляют своеобразную частицу - фотон - квант энергии упругих колебаний, по аналогии с фотоном - квантом энергии электромагнитных колебаний. Размеры макроскопических тел на много порядков больше этих длин волн. Соответствующая же частице длинна волны может «не уместиться» на наночастице.

Общая причина отличий свойств наносистем от свойств макроскопических систем - это сопоставимость их размеров с длиной волн, определяющих эти свойства. Поэтому наночастички железа при комнатной температуре ведут себя не как ферромагнетики, а как парамагнетики.

Наконец еще одна особенность наноструктур, важная для электроники, - вместе с уменьшением размера системы уменьшается время протекания в ней разнообразных процессов, т. е. увеличивается быстродействие.

Рис. 2. Сверхточный регулятор движения для ассемблера

Необычные свойства наноструктур затрудняют их тривиальное техническое использование и одновременно открывают совершенно неожиданные технические перспективы.

Особенно для медицины и биологии является то, что наноразмер - один из основных масштабов живого организма. Это позволяет ставить задачу целенаправленного внедрения наноструктур вы живой организм (в том числе человека), например с целью очистки кровеносных сосудов или локального введения лекарств. Одновременно появляется уже реализуемая сейчас возможность сочетания электронных и микромеханических устройств с «живыми» наноструктурами, например для создания нанороботов или решения задач наноэлектроники /16/.

Читайте также

Основы телефонной коммутации
История освоения направления телекоммуникационного оборудования началась в далеком 1992г., когда на развалинах Советского Союза небольшая группа инженеров-энтузиастов во главе с будущим ...

Проект устройства приема и обработки сигналов узловой станции коммерческой сотовой системы спутниково-космической телефонной связи
Радиоприемные устройства входят в состав радиотехнических систем связи, т.е. систем передачи информации с помощью электромагнитных волн. Радиоприемное устройство состоит из приемной ...

Модернизация охранной сигнализации университета
Безопасность собственного имущества издревле была одной из главных забот человека. Для защиты от несанкционированного вторжения в жилище, хищения вещей и пожара человечество придумало не ...