Контрольная работа: Адгезионное взаимодействие наночастиц
По теории Пескова, устойчивость коллоида
объясняется присутствием кроме дисперсной фазы и дисперсионной среды третьего
вещества – стабилизатора, образующего вокруг коллоидной частицы сольватный
слой. Этот процесс – лиофилизация коллоида. Этот процесс можно вызвать
адсорбцией поверхностно-активных веществ на поверхности коллоидной частицы.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - химические соединения,
которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение
поверхностного натяжения. Основной количественной характеристикой ПАВ является
поверхностная активность - способность вещества снижать поверхностное натяжение
на границе раздела фаз.
Классификация методов
определения размеров наночастиц. Принцип работы сканируемых зондовых приборов
1) Электронная микроскопия. Электронный
микроскоп (ЭМ, electron microscope) - высоковольтный вакуумный прибор, в
котором увеличенное изображение объекта получают с помощью потока электронов.
Разрешающая способность электронного микроскопа достигает 0,1 нм.
Основными типами электронных
микроскопов являются сканирующий (растровый) и трансмиссивный (просвечивающий).
2) Растровая электронная микроскопия.
Растровый электронный микроскоп (РЭМ, SEM) — прибор, позволяющий получать
изображения поверхности образца с большим разрешением. Растровый электронный
микроскоп основан на использовании предварительно сформированного тонкого
электронного луча, положением которого управляют с помощью электромагнитных
полей. Электронный зонд последовательно проходит по поверхности исследуемого
образца. Регистрация электронов, выходящих из объекта, а также других видов
излучения (характеристического, светового) дает информацию о различных
свойствах микроучастков изучаемого объекта. Соответственно этому системы
индикации и другие элементы растровых микроскопов различаются в зависимости от
вида регистрируемого излучения.
3) Просвечивающая электронная
микроскопия. Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ, TEM) – установка, в
которой изображение от ультратонкого объекта (толщиной порядка 0,1 мкм)
формируется в результате взаимодействия пучка электронов с веществом образца с
последующим увеличением магнитными линзами (объектив) и регистрацией на
флуоресцентном экране.
4) Рентгеновская дифрактометрия.
Рентгеновский дифрактометр (SAXS) – прибор для измерения интенсивности и
направления рентгеновских пучков, дифрагированных на исследуемом образце.
Прибор применяется для решения различных задач рентгеновского структурного
анализа, рентгенографии материалов, исследования реальной структуры
монокристаллов. Он позволяет измерять интенсивность дифрагированного в заданном
направлении излучения с точностью до десятых долей % и угол дифракции с
точностью от нескольких минут до долей секунды.
5) Сканирующая зондовая микроскопия. Сканирующий
зондовый микроскоп (СЗМ, SPM) – прибор, в котором исследование микрорельефа
поверхности и ее локальных свойств проводится с помощью специальным образом
приготовленных зондов в виде игл. Рабочая часть таких зондов (острие) имеет
размеры порядка десяти нанометров. Характерное расстояние между зондом и
поверхностью образцов в зондовых микроскопах по порядку величин составляет 0.1
– 10 нм.
В основе работы зондовых микроскопов
лежат различные типы взаимодействия зонда с поверхностью. В самом простом
случае острие зонда находится в непосредственном соприкосновении с исследуемой
поверхностью. Зондовый датчик движется вдоль поверхности, при этом
регистрируется изменение изгиба кантилевера или других величин,
пропорциональных взаимодействию зонда и исследуемого образца. Кроме простого
сканирования, при котором получается карта распределения величины, существуют и
другие методики применения СЗМ. Например, при спектроскопии получают множество
зависимостей одной величины от другой в различных точках поверхности. При
литографии путем воздействия на образец на его поверхности воссоздается заранее
заданный рисунок, например, электрической наносхемы. При наноманипуляциях с
помощью зонда можно разрезать живую клетку или передвинуть большую молекулу
углеродной нанотрубки на заранее подготовленные контакты, получив нанодиод.
Задачи
1. В образце синтезированных
наночастиц золота диаметр частиц распределен приблизительно нормально, со
средним арифметическим`х и со средним квадратичным отклонением s, указанным в таблице ниже, для
соответствующего номера задачи. Вычислить (для своего номера задачи) долю
частиц в образце, диаметры которых находятся в пределах от x1 до x2, приняв m =`х и s = s.
№ задачи |
`х /нм |
s/нм |
x1/нм
|
x2/нм
|
10 |
7.1 |
2.4 |
5.0 |
10.0 |
Решение
Вычислим аргументы z1 и z2 стандартной функции Гаусса, приняв m =`х = 7,1 нм и s = s = 2,4
нм:
z1 = (x1 – m)/s = (5,0 нм – 7,1 нм)/(2,4 нм) = -0,875;
z2 = (x2 – m)/s = (10,0 нм – 7,1 нм)/(2,4 нм) = 1,208;
По таблицам интегральной функции Лапласа найдем F(-0,875) =-Ф(0,875) =.F(1,208) = .
Искомая доля частиц:
F(1,208) - F(-0,875) =
Ответ: 1) 8,61 нм; 2) 0,77 нм; 3) 6,9%.
2. Вычислить силу адгезии наночастицы жидкости к плоской
поверхности твёрдого материла, зная константу Гамакера А двух данных фаз,
радиус частицы r и величину зазора
h между частицей и поверхностью,
указанные в следующей таблице (для своего номера задачи):
№ задачи: |
23 |
24 |
25 |
26
|
27 |
A·1021/Дж
|
45 |
46 |
47 |
48
|
49 |
r/нм |
15 |
13 |
11 |
9
|
7 |
h/нм |
0,172 |
0,171 |
0,170 |
0,169
|
0,168 |
Страницы: 1, 2, 3 |