Э. Г. Раков НЕОРГАНИЧЕСКИЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ Э. Г. Раков НЕОРГАНИЧЕСКИЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ 2-е издание (электронное) Допущено Учебнометодическим объединением по образованию в области химической технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Химическая технология материалов современной энергетики» Москва БИНОМ. <...> М. В. Ломоносова доктор хим. наук Б. М. Булычев заведующий кафедрой общей химии НИЯУ МИФИ доктор хим. наук, профессор В. В. Сергиевский Раков Э. Г. Р19 Неорганические наноматериалы [Электронный ресурс] : учебное пособие / Э. Г. Раков. <...> ISBN 978-5-9963-2927-4 Уникальность данного учебного пособия о получении, свойствах и применении неорганических наноматериалов состоит в том, что оно учитывает специфику и программу подготовки в России химиков-технологов, в частности специализирующихся на материалах для энергетики. <...> Лаборатория знаний, 2013 c Предисловие Неорганические наноматериалы стали всерьез интересовать ученых и производственников лишь с 1990-х годов, хотя некоторые представители этой группы материалов (например, сажа и ее коллоидный раствор — тушь, коллоидное золото) были известны в доисторические времена, а многие, в том числе фуллерены, углеродные и алюмосиликатные нанотрубки, — находились в окружающей среде в течение тысячелетий. <...> Список сокращений и обозначений АСМ —атомно-силовой микроскоп БЭТ —Брунауэра–Эммета–Теллера (метод) ВВ —взрывчатое вещество ВЧ —высокочастотный ИПД —интенсивная пластическая деформация ИС —интегральная схема КТР —коэффициент термического расширения КЧ —координационное число ЛЭП —линия электропередачи МВ —микроволновый МУНТ —многослойная углеродная нанотрубка МЭМС —микроэлектромеханическая система НА —наноалмаз НЭМС —наноэлектромеханическая система ОУНТ —однослойная углеродная нанотрубка ПАВ —поверхностно-активное вещество ПЖК —пар–жидкость–кристалл (метод <...>
Неорганические_наноматериалы.pdf
Э. Г. Раков
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ
НАНОМАТЕРИАЛЫ
3е издание, электронное
Допущено
в области химической технологии и биотехнологии
Учебно методическим объединением по образованию
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности
«Химическая технология материалов современной энергетики»
Москва
Лаборатория знаний
2020
Стр.2
УДК 620.22+022.532
ББК 30.3я73
Р19
и новых материалов МГУ им. М. В. Ломоносова
доктор хим. наук Б. М. Булычев
профессор кафедры химической технологии
С е р и я о с н о в а н а в 2006 г.
Р е ц е н з е н т ы:
заведующий кафедрой общей химии НИЯУ МИФИ
доктор хим. наук, профессор В. В. Сергиевский
Раков Э. Г.
Р19 Неорганические наноматериалы : учебное пособие /
Э. Г. Раков.—3-е изд., электрон.—М. : Лаборатория
знаний, 2020.—480 с.—(Нанотехнологии).—Систем.
требования: Adobe Reader XI ; экран 10".— Загл.
с титул. экрана.—Текст : электронный.
ISBN 978-5-00101-741-7
Уникальность данного учебного пособия о получении,
свойствах и применении неорганических наноматериалов
состоит в том, что оно учитывает специфику и программу
подготовки в России химиков-технологов, в частности
специализирующихся на материалах для энергетики. Особое
внимание уделено терминологии в области нанонауки и нанотехнологии.
Приведены сведения о необычных, нетипичных
веществах, материалах и способах их получения с целью
помочь читателям выработать собственные идеи.
Для студентов и аспирантов, специализирующихся в области
нанотехнологии и наноматериалов, а также для
преподавателей.
УДК 620.22+022.532
ББК 30.3я73
Деривативное издание на основе печатного аналога: Неорганические
наноматериалы : учебное пособие / Э. Г. Раков.—
М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.—477 с. : ил.—
(Нанотехнологии).—ISBN 978-5-9963-0625-1.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении
ограничений, установленных техническими средствами защиты
авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя
возмещения убытков или выплаты компенсации
ISBN 978-5-00101-741-7
○c Лаборатория знаний, 2015
Стр.3
Оглавление
Предисловие ............................................. 3
Список сокращений и обозначений.......................... 6
Глава 1. Основные понятия ............................... 7
1.1. Твердое тело ....................................... 7
1.2. Понятие о материалах ............................... 7
1.3. Классификация материалов ......................... 10
1.4. Нанонаука, нанотехнология и наноматериалы .......... 11
Темы для проверки знаний по материалу главы 1........ 22
Глава 2. Строение основных материалов ................. 23
2.1. Монокристаллы ................................... 23
2.1.1. Структура кристаллов ......................... 23
2.1.2. Дефекты структуры кристаллов ................. 36
2.1.3. Влияние размера частиц на их строение .......... 45
2.1.4. Изоморфизм и твердые растворы ............... 51
2.1.5. Нестехиометрия .............................. 54
2.2. Поликристаллы ................................... 64
2.3. Аморфные тела, стекла и ситаллы .................... 69
2.4. Композиты ....................................... 79
Темы для проверки знаний по материалу главы 2........ 84
Глава 3. Морфология материалов ........................ 86
3.1. Наночастицы и порошки ........................... 86
3.2. Покрытия и пленки ................................ 92
3.3. Нитевидные наноматериалы ........................ 95
3.4. Пористые материалы .............................. 104
Темы для проверки знаний по материалу главы 3....... 111
Стр.476
476
Оглавление
Глава 4. Свойства материалов .......................... 112
4.1. Общая характеристика наноматериалов .............. 112
4.2. Механические свойства ........................... 116
4.3. Термические свойства ............................ 130
4.4. Транспортные свойства ............................ 142
4.5. Оптические свойства .............................. 153
4.6. Магнитные свойства .............................. 161
4.7. Химические свойства ............................. 169
4.8. Биологические свойства ........................... 177
4.9. Другие свойства .................................. 180
Темы для проверки знаний по материалу главы 4....... 183
Глава 5. Получение наноматериалов .................... 185
5.1. Общий обзор методов ............................. 185
5.2. Физические методы ............................... 189
5.2.1. Нуль-мерные (изометрические) материалы ...... 189
5.2.2. Пленки и покрытия .......................... 213
5.2.3. Нитевидные материалы ....................... 224
5.2.4. Пористые материалы ......................... 226
5.2.5. Массивные наноструктурированные материалы . . 228
5.3. Химические методы............................... 234
5.3.1. Нуль-мерные (изометрические) материалы ...... 234
5.3.2. Пленки и покрытия .......................... 277
5.3.3. Нитевидные материалы ....................... 285
5.3.4. Пористые материалы ......................... 291
5.3.5. Функциализация наночастиц
и пористых материалов ....................... 298
5.4. Биологические методы ............................ 302
5.5. Комбинированные методы ......................... 308
5.6. Матричные методы ............................... 321
5.7. Нанолитография.................................. 335
5.8. Самоорганизация и самосборка ..................... 342
Темы для проверки знаний по материалу главы 5....... 351
Стр.477
Оглавление
477
Глава 6. Распространенные и перспективные
наноматериалы ................................ 354
6.1. Углеродные материалы ........................... 354
6.1.1. Общая характеристика........................ 354
6.1.2. Графен ..................................... 367
6.1.3. Терморасширенный графит ................... 372
6.1.4. Нанотрубки и нановолокна .................... 373
6.1.5. Фуллерены ................................. 385
6.1.6. Наноалмазы................................. 388
6.1.7. Пористый углерод ........................... 391
6.2. Простые вещества ................................ 391
6.3. Оксидные наноматериалы.......................... 393
6.4. Карбиды и нитриды ............................... 403
6.5. Халькогениды и пниктиды ......................... 404
6.6. Нанокомпозиты .................................. 405
6.7. Стабилизированные дисперсии наночастиц ........... 405
Темы для проверки знаний по материалу главы 6....... 410
Глава 7. Наноматериалы в энергетике ................... 411
7.1. Структура энергетики ............................. 411
7.2. Основные направления применения наноматериалов . . . 412
7.3. Генерирование энергии ............................ 414
7.3.1. Атомная энергетика .......................... 414
7.3.2. Топливные элементы ........................ 419
7.3.3. Альтернативная энергетика ................... 422
7.4. Передача энергии ................................. 427
7.5. Накопление и хранение энергии.
«Малая» энергетика ............................... 428
7.6. Потребление энергии.
Термоэлектрические генераторы .................... 439
7.7. Перспективы. Новые эффекты и разработки........... 446
Темы для проверки знаний по материалу главы 7....... 449
Литература ............................................ 450
Предметный указатель .................................. 462
Стр.478