Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Химия и прогресс цивилизации

Современная химия, раздвигая свои горизонты, активно вторгается в области, которые для «классической» химии не представляли интереса или были недостижимы. Всё стремительнее происходит переход от «освоенных» режимов и условий проведения реакций к экстремальным, неклассическим и даже экзотическим условиям: сильные электрические и магнитные поля, сверхвысокие давления и сдвиговые деформации, мощные световые поля, сравнимые по напряженности с электрическими полями внутри молекул, суперкритические условия, мощные гравитационные, звуковые и микроволновые поля и т.д.

В ультракоротких лазерных импульсах (с длительностью 10 фс (фемтосекунда 10^-15с) и менее) сконцентрированы огромной мощности электрические поля, что сразу же стимулировало поиск новых возможных эффектов. Действительно, взаимодействие оптических и электрических полей с электронными оболочками молекул порождает многочисленные неожиданные эффекты.

Пикосекундные импульсы с мощностью до 10⁹ Вт×см^-2 производят «орбитальные» возбуждения в молекулах; при таких мощностях доминирует фрагментация молекул. Однако при больших мощностях (порядка 10¹⁴-10¹⁵ Вт×см^-2) происходит многоэлектронная ионизация молекул с последующим кулоновским взрывом атомно-ядерного каркаса. Так ведут, например, себя кластеры (группы близко расположенных, тесно связанных друг с другом атомов, молекул, ионов, которые можно рассматривать как самостоятельные единицы, обладающие определёнными свойствами): молекулярные кластеры NH₃ в интенсивном поле лазерного импульса (120 фс, 10¹⁵ Вт×см^-2) подвергаются мощной ионизации, сопровождаемой кулоновским взрывом кластера с образованием заряженных ионов азота (N²⁺, N³⁺, N⁴⁺). Фуллерен С₆₀ в интенсивном лазерном пучке (100 фс, 10¹⁶ Вт×см^-2) также ионизируется до С₆₀⁴⁺, который через кулоновский взрыв распадается на осколочные ионы.

Силы Лоренца (Сила Лоренца — сила, с которой электромагнитное поле согласно классической (неквантовой) электродинамике действует на точечную заряженную частицу), сопровождающие прохождение лазерного импульса в веществе, индуцируют ряд других эффектов. Так, они обеспечивают образование микрочастиц в полимерных растворах. В сфокусированном пучке фотонное давление сил Лоренца захватывает полимерные цепи и конденсирует их в микрочастицы диаметром ~ 10 нм и более. Кроме того, лазерные пучки производят абляцию (энергоёмкий процесс уноса вещества с поверхности твёрдого тела) атомов и атомно-молекулярных кластеров с поверхности твёрдых тел, осуществляя молекулярное гравирование. За каждым из этих эффектов стоят не только новые методы химического исследования, но и пути к новым высоким химическим технологиям.

Мощные звуковые лазерные импульсы - великолепное средство генерации мощных коротких ударных волн (в частности, в физике они используются для лазерного сжатия дейтерия с целью получения управляемого ядерного синтеза). Лазерные ударные волны в химии - средство исследования поведения вещества в экстремальных условиях (высокие температуры, давления, сдвиговые деформации).

Лазерно-стимулированные ударные волны открывают огромные возможности в «экстремальной» химии. К последним химическим достижениям в «экстремальной» химии следует отнести синтез металлического водорода и реакций трития с водородом и дейтерием в нормальном жидком и сверхтекучем квантовом гелии. Оказалось, что огромные изотопные эффекты в этой реакции различны в нормальном и квантовом гелии.

___________________________________________________________________

Квантовый гелий - смесь двух взаимопроникающих жидкостей: сверхтекучей и нормальной компонент. Сверхтекучая компонента представляет собой собственно жидкий гелий, находящийся в квантово-коррелированном состоянии.Эта компонента движется без трения, обладает нулевой температурой и не участвует в переносе энергии в форме теплоты. Нормальная компонента представляет собой газ квазичастиц двух типов: фононов и ротонов, то есть элементарных возбуждений квантовокоррелированной жидкости; она движется с трением и участвует в переносе энергии.

______________________________________________________________________________

К «экстремально» химии принадлежит химия в высоких гравитационных полях (наравне с химией невесомости). Резкое увеличение силы тяжести молекул, кластеров и ассоциатов в таких полях должно производить новые эффекты: изменять величину и знак градиентов концентраций, смещать равновесия, инвертировать (преобразовывать ) фазы по их плотности, изменять скорости и конкуренцию процессов. Возможности здесь практически неограниченны, и весь вопрос лишь в доступности технических средств для их реализации. И, конечно, речь идёт только о высоких технологиях, но не о массовом производстве.

Область низких температур (вблизи 4 К) химия освоила достаточно давно. Наиболее яркий итог - открытие квантового механизма химических реакций, т.е. подбарьерного туннелирования, и его следствий (гигантские изотопные эффекты, не зависящая от температуры предельная скорость реакций). Протекание реакций при сверхнизких температурах позволяет предполагать, что в принципе возможно образование сложных органических структур ((простейших аминокислот, углеводов), которые недавно были спектроскопически обнаружены в некоторых галактиках) в условиях космического холода («холодная» предбиологическая эволюция).

Химию при температурах 10^-4-10^-6 К следует оценивать как «экзотическую». Получение ультрахолодных атомов основано на изменении их скорости движения при поглощении оптического кванта (лазерное охлаждение атомов). Если атом и лазерные фотоны настроены так, что поглощение происходит в низкочастотной области спектра («красная сторона»), то в атоме, движущемся навстречу фотонам, из-за доплеровского сдвига (температурный сдвиг спектральной линии вследствие изменения энергии g-квантов при их излучении и поглощении в результате релятивистского (для любого движущегося объекта было введено понятие релятивистской массы, равной полной энергии этого объекта) изменения массы излучающих и поглощающих ядер) резонансное поглощение смещается к центру линии и усиливается. Для «попутных» атомов доплер-эффект смещает резонанс от центра и ослабляет поглощение, в результате атомы испытывают тормозящую силу, направленную вдоль потока фотонов. Атомы, помещенные в ортогональные лазерные пучки, тормозятся во всех направлениях, при этом создаётся оптически вязкая среда, в которой движение атомов останавливается, их кинетическая температура составляет 10^-4-10^-6 К.

Из ультрахолодных атомов ⁸⁵Rb удалось построить кристаллическую решетку (она оказалась кубической объёмноцентрированной), измерить параметры этой решётки с помощью оптической дифракции и определить частоты коллективных колебаний решетки. Другими словами, удалось создать новое состояние вещества - кристаллический газ.

Ультрахолодные, лишённые кинетической энергии атомы представляют интерес для точной спектроскопии в метрологии, для экспериментальной проверки постулатов квантовой электродинамики одноатомного лазера. Оптическим возбуждением атомов в кристаллическом газе получают электронно-возбуждённые атомы, которые реагируют с другими атомами, образуя эксимерные молекулы (молекулы, у которых устойчивы возбуждённые электронные состояния и неустойчиво основное состояние) - структуры, в которых энергия делокализована и дипольный момент таких молекул равен нулю. Эти молекулы имплантированы в кристаллический газ. Уже сделаны первые шаги в химии холодных, безэнергетических молекул. Обсуждается возможность лазерного охлаждения молекул в жидкостях.

«Холодный» ядерный синтез. В конце восьмидесятых годов прошлого века научный мир взорвало драматическое событие - сообщение о ядерных реакциях, сопровождающих электрохимический синтез. Сразу же были обозначены блестящие горизонты «холодного» ядерного синтеза; были получены даже его косвенные свидетельства - нейтроны, g-излучение, избыточные тепловые эффекты. Однако эйфория вскоре прошла, обнаружилась невоспроизводимость эффектов и экспериментальные ошибки. В настоящее время экспериментальные работы и дискуссии вокруг этой проблемы перешли в разряд вялотекущих процессов. Однако интрига этой идеи осталась - могут ли химические реакции индуцировать ядерную реакцию и могут ли превращения ядерной оболочки провоцировать ядерные превращения.

Очевидно, генерация нейтронов может сопровождать химический процесс, однако нейтроны не являются его прямым результатом, они – вторичный продукт. Нейтроны появляются в результате распада ядер под действием g- и рентгеновского излучения, которые производятся электронной оболочкой, т.е. имеют химическую природу.

И хотя прямой холодный термоядерный синтез осуществить не удалось, тем не менее из него следует новая стратегия химической энергетики - от механохимии к цепной неразветвлённой (или слоборазветвлённой) фотоядерной реакции.

Идея состоит в следующем. Механостимулированные реакции приводят к возбуждению электронных оболочек и рождают рентгеновское или g-излучение, которое захватывается ядрами (фотоядерная реакция); возбуждённые таким образом ядра распадаются, генерируя новые g-кванты и (или) нейтроны. Возможна цепная (или частично разветвлённая) энерго-выделяющая хемоядерная реакция. Проблема в том, чтобы механическое воздействие возбуждало внутренние электроны оболочки; только тогда конверсия внешних электронов (физическое явление, заключающееся в том, что переход атомного ядра из возбуждённого изомерного состояния в состояние с меньшей энергией (или основное состояние) осуществляется путём передачи высвобождаемой при переходе энергии непосредственно одному из электронов этого атома. Таким образом, в результате этого явления испускается не γ-квант, а так называемый конверсионный электрон, энергия которого определяется разностью между энергией ядерного изомерного перехода и энергией связи определенной оболочки, с которой электрон был испущен) на внутренние вакансии (типа Оже-процесса, когда в результате перехода электрона с внешнего уровня на внутренний подуровень за счёт выделяемой энергии выбрасывается ещё один электрон с другого подуровня) будет генерировать жесткий рентген или g-лучи. Ясно, что наиболее подходящим кандидатом для осуществления такой механохимии являются ударные волны. Необходим также теоретический анализ такого сжатия электронных оболочек, при котором бы достигалось возбуждение высоколежащих электронных уровней внутренних электронов (возбуждение внешних электронов и последующая ионизация означала бы в этом случая утечку механической энергии и её неэффективное растрачивание).

Другая проблема - подбор атомного состава молекул (или их смесей), при котором мог бы осуществляться полный ядерный захват g- и рентгеновских лучей. Известно, что сечение захвата в фотоядерных реакциях достаточно велико и спектр его достаточно широк. Это даёт основание полагать, что вторая проблема решается легче, чем первая - эффективная механохимическая генерация жесткого излучения.

Ясно, что это - стратегическая задача: на пути её решения могут встретиться непреодолимые или пока непрогнозируемые трудности, однако она стоит разработки (для начала хотя бы чисто интеллектуальной).

Химия и прогресс цивилизации

Содержание лекционного курса

1. Химия и прогресс цивилизации. Цивилизация: общефилософское и историко-философское значение и значение с позиции всемирного исторического процесса. Лауреаты нобелевской премии по химии. Химия как наука и производство: производственная и научная задачи. Четыре способа решения основной проблемы химии или четыре иерархические концептуальные системы: учение о составе вещества, структурная химия, учение о химических процессах, эволюционная химия. Глобальные проблемы современности. Роль химии в научно – техническом прогрессе и решении глобальных проблем. Опережающие темпы развития химической промышленности – необходимый фактор для технического прогресса.

2. Неорганический синтез. Классификация неорганических веществ. Неорганический синтез: основные понятия и определения. Типы химических реакций для синтеза неорганических веществ. Приемы активации при неорганическом синтезе. Современные достижения в области синтеза неорганических веществ и материалов на их основе. Эпитаксиальный синтез монокристаллических пленок полупроводниковых соединений: молекулярно-лучевая эпитаксия, газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений. Пример синтеза GaAs методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Использование эпитаксиального синтеза для получения сверхрешеток. Химическое осаждение металлов при реакциях восстановления их соединений в водных растворах. Пример химического осаждения металлов при реакции на твердой поверхности. Образование кластерных соединений. Химия прекурсоров для получения очень чистых сложных соединений. Синтез нанокристаллических пленок. Искровое плазменное спекание. Люминофоры, их разновидности. Рецептуры получения щелочноземельных люминофоров: CaS×Bi; SrS×Bi, Cu; BaS×Bi; CaS/SrS×Eu, Tb. Применение люминофоров. Квантовые точки: определение, основные области применения. Схематическое представление квантовой точки. Синтез квантовых точек. Свойства квантовых точек из разных материалов. ООО «НТИЦ «Нанотех-Дубна».

3. Влияние атомной структуры на свойства материала (на примере углерода). Свойства химических соединений (состав, молекула, атом). Причина образования химических соединений. Химическая связь: ионная, ковалентная, металлическая, водородная. Атомное строение тел. Агрегатные состояния вещества. Аллотропные модификации углерода. Аморфный углерод: активированный уголь, древесный уголь, ископаемый уголь (антрацит и др.), кокс (каменноугольный, нефтяной и др.), стеклоуглерод, технический углерод, сажа, улеродная нанопена. Кристаллический углерод: алмаз, графен, графит, карбин, лонсдейлит, наноалмаз, фуллерены, фуллерит, углеродное волокно, углеродные нановолокна, углеродные нанотрубки. Кластерные формы углерода: астралены, диуглерод, улеродные наноконусы.

4. Самоорганизация. Что такое самоорганизация? Почему из хаоса возникают сложные, упорядоченные системы? Уровни сложности. Теории самоорганиазции: термодинамика неравновесных (открытых) систем, синергетика, теория катастроф, теория бифуркаций. Общие примеры самоорганизующихся систем: воздух, циркуляционные потоки в атмосфере и океанах, ячейки Бенара, биологические часы. Неравновесные процессы и открытые системы. Диссипативные структуры. Устойчивость и неустойчивость. Критические состояния. Бифуркации. Самоорганизация в химии: химическая реакция Белоусова-Жаботинского, самоорганизация наночастиц платины, движение коллоидных магнитных сфер во вращающемся магнитном поле, самоорганизация упорядоченного массива наноструктур при осаждении атомов Ве на поверхность Si(111). Супрамолекулярная (надмолекулярная) химия. Объекты супрамолекулярной химии. Схема иерархии материи. Ожидаемые практические результаты супрамолекулярной химии. Самые маленькие и самые большие мономолекулярные магниты. Супрамолекулярные агрегаты двухпалубных краун-фталоцианинатов редкоземельных элементов. Полностью сопряженные органические ароматические молекулярные провода для логических устройств и элементов памяти. Молекулярные провода с изоляционным покрытием. Молекулярные сита. Молекулярные строительные блоки: кукурбитурил и кластеры. Принцип комплементарности («ключ-замок»).

5. Возобновляемые и альтернативные источники энергии: современное состояние и перспективы. Понятия энергии и энергетики. Виды энергии: химическая, механическая, электрическая, магнитная, электромагнитная, тепловая, термоядерная, ядерная (атомная), световая, энергия волн. Источники энергии: невозобновляемые, постоянные. Основные виды энергии, используемые человеком на современном этапе развития общества. Тепловая энергия и топливо. Основные современные виды топлива. Твердые топлива: древесина, древесная щепа, древесные пеллеты, горючий сланец, сапропель, торф, уголь, битуминозные пески, порох (соединения азота, твёрдое ракетное топливо). Жидкие топлива: нефтяные топлива (дизельное (газойль, соляровое масло), темное печное, светлое печное, мазут, топливная нефть, керосин, гигроин, бензин, газолин), масла (сланцевое, отработавшее машинное, растительные (рапсовое, арахисовое) или животные (жиры)), спирты (этанол, метанол, пропанол), жидкое ракетное топливо, эфиры (изомеры спиртов (метил-трет-бутиловый эфир, диметиловый эфир), эфиры жирных кислот, этерифицированные растительные масла (биодизель)), эмульсии (водотопливная эмульсия, этиловый спирт в бензинах, масла в бензинах), синтетические топлива, производимые на основе процесса Фишера-Тропша из угля (CTL), биомассы (BTL) и природного газа (GTL). Газообразные топлива: пропан, бутан, метан (природный газ, метан угольных пластов, сланцевый газ, рудничный газ, болотный газ, биогаз, лэндфилл-газ, гидрат метана), водород, сжатый (компримированный) природный газ (CNG), продукты газификации твёрдого топлива (угля (синтез-, генераторный и коксовый газы, возможна подземная газификация углей), древесины), смеси (пропан-бутановая смесь (LPG), смесь водорода и природного газа (HCNG)). Дисперсные системы, растворы: аэрозоли (угольная пыль, алюминиевая, магниевая пыль), пены (газодизель (смесь природного газа с дизельным топливом), смесь водорода с бензином), суспензии (водоугольное топливо, водонитратное топливо («жидкий порох»)). Нетипичные топлива: ядерное топливо, термоядерное топливо, ракетное топливо. Переработка нефти: нефтехимия, моторные топлива, котельные топлива, битум, собственные нужды. Процессы переработки нефти: коксование, термический крекинг, каталитический крекинг, гидрокрекинг, риформинг. Стратегические задачи переработки углеводородов. Производство автобензина. Производство дизельного топлива. Каталитический крекинг. Эффективность нефтехимического направления переработки углеводородного сырья. Каталитический риформинг. Синтетическое топливо. Процесс Фишера — Тропша. Нетрадиционная нефть. Подземная газификация угля: от идеи Д.И. Меделеева и до нашего времени.Газификация бурого угля – получение синтез-газа. Альтернативные источники энергии. Спирты и топливо. Новые направления использования метанола. Биотопливо: определение, классификация. Динамика использования биотоплива. Перспективы использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания. Биотопливная котельная: производство «зеленой» электроэнергии. Биотопливо из кукурузы. Биотопливо третьего поколения: биотопливо из водорослей. Гелиоэнергетика – использование солнечного излучения для получения энергии. Солнечные батареи (фотоэлектрические пластины). Солнечная электростанция. Солнечные коллекторы. Ветроэнергетика. Водород – энергия будущего. Водород – прекурсор экологически чистого химического топлива. Энергия термоядерного синтеза. Энергия термоядерного синтеза. Термоядерная установка «Токамак». Лазерный термоядерный синтез.

6. Органический синтез. Определение, цель и реакции органического синтеза. Классификация промышленного органического синтеза. Тонкий и основной органический синтез: выпускаемая продукция. Примеры органического синтеза. Синтезы на основе предельных углеводородов. Синтезы на основе непредельных углеводородов. Витамины: классификация. Промышленный синтез витаминов: А (ретинол), В₁ (тиамин), В₂ (рибофлавин), В₆ (пиридоксин), В₁₂ (цианкобаламин), С (аскорбиновая кислота), группы D (кальциферолы), группы Е (токоферолы), группы К, РР (никотиновая кислота, никотинамид). Красители: индиго, ализарин. Промышленный синтез индиго. Анилин в синтезах лекарственных веществ. Из истории открытия анилина: Отто Унфердорбен («Кристаллин»), Фридлиб Фердинанд Рунге («Кианол»), Карл Юлиус Фрицше («Анилин»), Н.Н. Зинин («Бензидам»), А.В. Гофман (идентичность кристаллина, кианола, бензидама и анилина). Сульфаниламидные препараты (Р. Кох – Нобелевская премия по физиологии и медицине за открытие и выделение возбудителя туберкулеза). Синтезы Роберта Вудворда (Нобелевская премия «за выдающийся вклад в искусство органического синтеза»). Краун-эфиры (Ч. Педерсен, Жан-Мари Лен, Д. Крам – Нобелевская премия по химии). Ферроцен и лекарственные препараты. Геометрическая комплементарность и стерическое соответствие (Э. Фишер – Нобелевская премия по химии). Хиральность: определение. Примеры энантиомеров: лимонен (лимонный и апельсиновый), аспартам (сладкий и горький). Проблема талидомида (тератогенентность). Стереоселективный синтез: определение, методология. Пример стереоселективного синтеза: асимметрическая индукция, стереонаправляющий фактор (в субстрате, реагенте или катализаторе). Конструирование ингибиторов протеазы ВИЧ-1. Самоорганизация при органическом синтезе. Промышленный органический синтез будущего: решение экологических проблем (сверхкритические среды, ионные жидкости и т.п.), ресурсосбережение, комплексная переработка сырья и др.

7. Высокомолекулярные соединения. Полимеры (высокомолекулярные соединения): определение, типы макромолекул. Синтез и переработка полимеров с точки зрения прогресса современной цивилизации. «Тройка монстров» полимерной промышленности. Полиэтилен: история открытия, синтез и промышленное производство на современном этапе. Структура использования полиэтилена. Изделия из полиэтилена: пленки, трубы и др. Полипропилен: синтез и применение (изделия одноразового назначения, сантехнические материалы, упаковка, трубы, мебель). Поливинилхлорид: синтез, структура макромолекулы и применение (покрытия для пола, мебельная кромка, оконные рамы, сантехнические изделия, электроизоляционные материалы, искусственная кожа и др.). Каучуки: определение, строение макромолекулы. Добыча природного каучука. Синтетический каучук: история открытия, синтез по методу Лебедева, вулканизация. Эластичность – главное свойство синтетического каучука. Другие свойства синтетического каучука. Мировой рынок синтетических каучуков. Применение каучука. Биосинтетический каучук. Полимеры акриламида: определение, структурные формулы. Сшитый полиакриламид (сетки – гели). Применение полимеров акриламида: декоративный и промышленный аквагрунт, искусственный снег, водоочистка (флокуляция – определение и схема процесса), буровые растворы, биохимия и биотехнологии. ООО «Саратовский завод акриловых полимеров «АКРИПОЛ»: продукция, базы практик студентов кафедры полимеров Института химии СГУ.

8. Жидкие кристаллы и ЖК-полимеры. Понятие о жидкокристаллическом (ЖК) состоянии вещества. История открытия жидких кристаллов. Типы мезо-фаз (жидкокристаллических фаз): нематики, смектики, холестерики. Примеры ЖК-соединений и их схематических обозначений. Основные типы расположения стержнеобразных и дискообразных молекул в жидких кристаллах. Типичные текстуры жидких кристаллов: нематическая, смектическая и холестерическая фаза. Типы лиотропных ЖК-структур, образованные амфифильными молекулами в водных растворах: цилиндрическая мицелла, гексагональная упаковка цилиндрических мицелл, ламеллярный смектический жидкий кристалл, биологическая мембрана, состоящая из фосфолипидного двойного слоя и молекул белков, колончатая фаза ДНК. Важные свойства жидких кристаллов: анизотропия – неодинаковость свойств по различным направлениям внутри среды; низкая вязкость, текучесть; чувстивительность к внешним полям (электрическое, магнитное). Как управлять жидкими кристаллами? Переход Фредерикса. Первые ЖК-индикаторы. Термоиндикаторы на основе холестериков. Как управлять холестерической спиралью? Основные типы ЖК-полимеров. Мезогенные группы и спейсеры как основа для синтеза ЖК-полимеров. Жидкокристаллические гомо- и сополимеры. Типы ЖК-полимеров: нематики, смектики, холестерики. Особенности ЖК-полимеров. Управление ЖК-полимерами. Термочувствительные ЖК-эластомеры. Фотоактивные ЖК-эластомеры. Дизайн многофункциональных ЖК-полимеров. Спиральная структура полимерных холестериков (хиральных нематиков). Основной принцип фоторегулирования шага спирали полимерных холестериков. Использование локального изменения шага спирали для получения изображений. Применение низко- и высокомолекулярных (полимерных) жидких кристаллов. Принцип работы ЖК-панелей: переход Фредерикса для молекул жидких кристаллов с положительной диэлектрической анизотропией, ЖК-панель TN в разрезе, IPS-технологии (S-IPS, SA-SFT и др.) и FFS-технологии – планарная ориентация жидких кристаллов, MVA- и PVA-технологии – гомеотропная ориентация жидких кристаллов. Принцип работы ЖК-мониторов: поляризационные фильтры (без и при подачи напряжения), получение цветных изображений, устройство и работа ЖК-дисплея. Применение ЖК-дисплеев: телевизоры, пейджеры, мобильные телефоны, ноутбуки, дисплеи стационарных компьютеров.

9. Капсулирование. Микро- и нанокапсулы. Капсулирование: определение, строение и классификация капсул (макро-, микро-, нано-). Области применения микрокапсул. Назначение микрокапсулирования. Методы получения микрокапсул: физические, химические и физико-химические. Примеры получения микрокапсул. Пример №1: получения микрокапсул хитозана с иммобилизованным белком. Пример №2: черно-белые электронные чернила (электронная бумага) – определение, состав капсул, структура дисплея на базе электронных чернил, принцип работы электронной бумаги, готовые продукты. Пример №3: цветные электронные чернила (электронная бумага) – определение, состав капсул, локализация заряда, принцип работы, преимущества, готовые продукты. Достоинства/недостатки технологии «электронных чернил». Пример №4: получение аналога пищевой зернистой икры. Нанокапсулирование. Пример №1: нанокапсулы, полученные послойной сборкой разнозаряженных полимеров. Пример №2: синтез искусственных нанокапсул (мембранных пузырьков) из гибридных молекул, в состав которых входят цепочки из сахаров (полисахариды) и фрагменты белковых структур (полипептиды). Пример №3: получение нанокапсул хитозана с инкапсулированным родамином 6G (R6G).

10. Наночастицы, наноматериалы, нанотехнологии. Наночастица – определение. Классификация наночастиц по происхождению. Наноматериалы – определение. Основные категории наноразмерных материалов. Классификации наноматериалов по типу (6 типов) и виду (7 видов). Области применения наноматериалов. Наименования промышленно выпускаемых наноматериалов. Нанотехнологии – определение. Нанотехнологии и произведение русского писателя Н. Лескова «Левша». Определение нанотехнологий с позиции манипуляции атомами. Области применения нанотехнологий. История развития нанотехнологий (Фейнман, Танигучи, Дрекслер, создание сканирующей зондовой микроскопии, квантовые точки, фуллерены, Дон Айглер (IBM)). Некоторые преимущества нанотехнологий. Конкретные примеры наночастиц, наноматериалов и нанотехнологий. Природные нанокомпозиты: древесина, костная ткань, перламутр, монтмориллонитовые минералы, паутина – нановолокна. Наночастицы и нанокомпозиты, синтезированные (спроектированные) человеком: нанокристаллическийо оксид цинка, полученный гидротермальным методом без использования подложек; тетраподы ZnO, полученные в горизонтальной трубчатой печи из газовой фазы путем испарения порошка металлического Zn и последующего окисления его в потоке Ar/O₂; частицы оксида цинка на кремниевой подложке в форме призм; упорядоченные наностержни оксида цинка; полые микросферы литиевого феррита LiFe₅O₈, полученные методом пиролиза аэрозолей; пластинчатые наночастицы металлического серебра диаметром 15 - 20 нм, полученные традиционным способом и цитратным методом без применения пероксида водорода; фотонный кристалл с инвертированной структурой опала на основе диоксида кремния; углеродная «нанотравка»; наночастицы порошка Al(OH)₃; наночастицы диоксида церия, образующиеся по механизму когерентного сращивания; диоксид титана после гидротермальной обработки, расщепленный на нанотубулярные структуры; наночастицы золота; пленки пористого диоксида титана, синтезированного методом анодного оксиления металлического титана; наночастицы оксидов металлов разветвлённой формы (Fe₂O₃, Mn₂O₃); магнитные жидкости из наночастиц магнитита; упорядоченная система цилиндров полиметилметакрилата диаметром ~25 нм в матрице полистирола. Нанотехнологии: используемые в настоящее время и перспективы на будущее. Полимер-алюмосиликатные нанокомпозиты. ЗАО «МЕТАКЛЭЙ» – первое в России производство по получению наносиликатов и полимерных нанокомпозитов с их применением: исходное сырье – модифицированные наносиликаты (монтморилломит) собственного производства; схема производства полимерных нанокомпозитов; особые свойства полимерных композитов на основе наноглин; выпускаемая продукция (черный бимодальный полиэтилен высокой плотности (метален ПЭ-1), адгезив на основе полиэтилена для покрытия стальных газопроводных труб (метален АПЭ-1), силанольносшиваемые композиции, термоэластопласты, не содержащая галогенов самозатухающая полимерная композиция (HFFR)). Углеродные нанотрубки: средства ухода за автомобилем (полировка стекол, терморегулирующие лакокрасочные покрытия и др.); дизайнерские ткань и одежда. Компьютер в чашке-термосе. Растягиваемый мобильный телефон. Искусственные спутники земли. Нанороботы и компьютеры. Нано-алюминий в ракетном топливе. Перспективы уменьшения наноэлектронных приборов до размеров ДНК. Нанотехнологии в медицине: диагностика заболеваний на ранней стадии, адресная доставка лекарств, регенеративная медицина). Искусственная костная ткань. Электроформование нано- и микроволокон. Нановолокнистые матриксы из хитозана. Культивирование кератиноцитов и фибробластов кожи доноров на хитозановых матриксах. Схема получения и применения биотрансплантата на основе хитозана, культивированных клеток, БАВ и наночастиц. Нанотоксикология – определение, цель и задачи. Воздействие наноматериалов на человека и окружающую среду: условия и виды воздействия. Прогноз развития рынка продукции нанотехнологии на 2015 г. Перспективы развития нанотехнологий вплоть до 2040 г.