U rga nch davlat u n IV er siteti kimyo kafedrasi Qo‘lyozma huquqida
Nanozarrachalarning fizik xossalari va nanozarrachalarda sirt yuzaning
Yüklə 275,29 Kb.
|
| 1.8.2.Nanozarrachalarning fizik xossalari va nanozarrachalarda sirt yuzaning
ahamiyati Ilmiy adabiyotda ko’pincha «nanozarracha» so’zining o ‘rniga «klaster» so‘zi ishlatilib kelingan [29]. Klaster deganda ikki yoki undan ko‘p molekulalar birlashib hosil qilingan strukturani tushuniladi. Klaster kichik bo’lishi ham, yoki gigant masshtabda ham bo‘lishi mumkin, uning o ‘lchami 1 nm dan 1000 nm gacha bo ‘lishi mumkin. Klasterlarning turlari ko‘p bo‘ladi, ularga misol sifatida fulleren molekulalarini va nanotrubkalarni keltirish mumkin. Bu kitobchada biz «nanozarracha» so‘zi bilan ish ko‘ramiz, nanotexnologiyaning fundamentida yotgan qonunlarni o‘rganish uchun shu so‘z bizga yetarlidir, lekin kerak bo‘lganda «klaster» so‘zi ham ishlatiladi. Nanozarrachalarning o ‘ziga xos (spetsifik) xossalarga ega bo’lishining sabablari ko’p, biz ularni ikki guruhga bo’lamiz: 1. Nanozarrachalarning ochiq yuzasi va bir jinsli bo’lmagan materiallarni ajratib turuvchi chegara yuzasining katta roli 2. Moddaning atom - molekulyar tuzilishida diskretlilikning yaqqol namoyon bo ’lishi va nanohajmda o ‘lchamli kvant effektlari. Zarrachani sharcha deb qarasak, uning yuzasidagi yupqa qatlamdagi atomlar sonining ulushi a zarrachaning radiusi kamaygan sari oshaveradi(10-rasm), chunki: 35 10-rasm
iv 1 a - v - - r t = r (S-zarrachanin yuzasi, V- uning hajmi, R-uning radiusi) Bundan tashqari yana bilamiz-ki, yuzadagi atomlarning xossalari modda ichidagi (yoki hajmdagi) atomlarning xossalaridan farq qiladi, chunki bu atomlar atrofdagilar bilan xajmdagilarga qaraganda boshqacharoq bog’langan: yuza atomlari bir tarafdan, hajm atomlari esa to ‘rt tarafdan bog’langan. Yuzadagi atomlar bog‘larining bir qismi bo‘sh (egallanmagan) bo’lganligi uchun atomlar orasida rekonstruktsiya yuz berishi va u yerda boshqacha tartib o ‘rnatilishi mumkin. Yuzada yana atrof muhitdan yutilgan atom va molekulalar, oksid plenkalar bo‘lishi mumkin. Agar atom nanozarrachaning qirrasida, chuqurlik yoki do‘ng joyida joylashsa (u yerlarda koordinatsion son kichik bo’ladi), u holda bu zarrachaning kimyoviy va katalitik faolligini oshiradi. Elektronlarning ochiq yuza bilan ta’sirlashuvi yuzada maxsus yuza xolatlarini (Tamm holatlarini) keltirib chiqaradi, defektlarning ta’sirlashuvi esa taqiqlangan zonada lokallashgan elektron xolatlarini yuzaga keltiradi. Aytilganlar va yana boshqa sabablar yuzadagi yupqa bir qatlamni moddaning yangi bir xolati deb atashga fundamental asos bo ‘la oladi. Qattiq jismning yuzasini o ‘ziga xos alohida bir dunyo deb atash mumkin, unda qattiq jism xossalaridan tashqari yana suyuqlik va gaz xossalari ham namoyon bo‘lishi mumkin. Yana shuni aytish kerak-ki, zarrachaning yuzi uning ichidagi defektlarni o ‘ziga tortib olish xususiyatiga ega, boshqacha aytganda yuza hajmdagi defektlarni o ‘ziga tortib (so‘rib) olish kuchiga ega, u shu bilan zarracha ichini defektlardan tozalaydi, uni yanada takomillashtiradi. 36 Zarrachaning yuzasi haqida gap yuritilar ekan, uning xossalarini belgilab beradigan protsess haqida - unsur atom va molekulalarning adsorbtsiyasi haqida ham alohida aytib o ‘tishimiz kerak. Bilamiz-ki, monokristallarning toza yuzasi yuqori vakuumda olinadi. Agar yuzadagi monoqatlamda 1015 -^ 2 ta atom bor см desak, oddiy sharoitda adsorbtsiya qilingan atomlarning monoqatlami deyarlik bir zumda hosil bo‘ladi. Gazlarning kinetik nazariyasiga ko‘ra, R bosimda 1 sm2 yuzaga 1 sek ichida M masssaga ega bo‘lgan gaz atomlarining urilishlar soni quyidagi ifoda bilan aniqlanadi. 42жМкТ I Q 1/0 9 1 Bu yerda к - В oltsman doimiysi. Xona xaroratida N = 2 1 0 P /M sm sek- . Agar bosimni R=10-6 Pa (10-8 Torr) va M=20 ^ 30 deb hisoblasak yuza 102 ^ 103 sekund ichida bir monoqatlam gaz qatlami bilan qoplanar ekan. Demak, vakuumni yanada chuqurroq qilinsa, masalan 10-9 torr qilinsa, bunday bosimda bir necha oylar davomida adsorbsiya kuzatilmasligi mumkin. Adsorbtsiya ikki turli bo‘ladi-fizikaviy va kimyoviy. Fizikaviy adsorbtsiyada molekulalar yuza bilan V an-der-V aal’s kuchlari bilan bog’lanadilar, kimyoviy adsorbtsiyada (xemosorbtsiyada)-kimyoviy reaktsiyalar yordamida. Adsorbtsiya bo‘layotgan atom yuza bilan elektron almashinib ionizatsiya bo‘lishi mumkin: Zonalar nazariyasi bo‘yicha, agar atomning elektron bilan egallangan energetik xolati qattiq jismning Fermi holatidan yuqori bo‘lsa, atomdagi elektron qattiq jism ga o ‘tadi va atom musbat ionga aylanadi. Lekin atomning egallanmagan xolati Fermi holatidan pastroq bo‘lsa, u holda elektron qattiq jismdan atomga o ‘tadi va u manfiy ionga aylanadi. Bunday protsesslarning extimolligi atom va qattiq jism o ‘rtasidagi barerning balandligiga bog‘liq. 37 |