|
Islom Karimov nomidagi Toshkent davlat texnika universiteti Qo‘qon filiali
Muhandislik fakulteti
Nometall Materiallar texnologiyasi fanidan
Mustaqil ish
Mavzu: Nanotexnologiya tushunchasi.
Nanomateriallar
Tekshirdi. Ahmedov S
Tayyorladi: Burgutboyeva M
Qo‘qon 2023
Mavzu: Nanotexnologiya tushunchasi. Nanomateriallar
Reja:
Dunyo mamalakatlarida nanotexnologiya sohasi
Nanomateriallar xaqida umumiy tushunchalar
Nanomateriallarini qo‘llanishi
Nanoo‘lchamli materiallarni olish usullari
Nanotexnologiyalar asosida olinadigan materiallar
Xulosa
Foydalangan adabiyotlar
Ma’lumotlarga qaraganda dunyo bozoridagi nanotexnologiya maxsulotlari 2012 – 2015 yillarda Amerika qo’shma shtatlarining nanotexnologiyalar sohasidagi tadqiqotlarga sarf etgan xarajatlari kosmik tadqiqotlar va mudofaaga sarflangan harajatlaridan 150 milliard dollardan oshib ketib, yaqin kelajakda 2 mln. Ish joyili 15 mlrd. oborotga ega yangi sanoat tarmog’ini yaratadi.
Nanotexnologiyalar sohasidagi AQSHning milliy siyosatni koordinatsiyalash Byurosining direktori Kleyton Tig ta’kidlaganidek xozirgi kunda AQSH har yili davlat mablag’idan nanotexnologiya loyihalarini rivojlantirish uchun 1,5 mlrd. Dollar ajratmoqda.
Buyuk Britaniyaning savdo vazirligining basharotiga qaraganda nanotex–nologiyalar sohasidagi natijalarning samaradorligi 2015 yilda 1trln. $/yiliga va bu sohada ish yuritayotgan mutaxassislari soni 2 mln. Kishini tashkil qildi.
Yaponiyada 1999 yildan beri davlat tomonidan oliy darajada baholangan – “Ogato” “Nanotexnologiya bo’yicha ishlarni milliy rejasi” loyiha bajarilib kelmoqda.
Bu loyiha davlat va 60 shaxsiy firmalar tomonidan moddiy ta’minlanmoqda.
Xitoyda 2001-2005 yillarda bajariladigan tadqiqotlar uchun 300 mln. Dollar ajratildi. Evropada davlatlar va xalqaro tashkilotlar (nanotexnologiyalar sohasidagi NATOning programmasi) 40 laboratoriyada nanotexnologiyalar bo’yicha tadqiqotlar va ishlanmalar bajarilmoqda
“Rosnanotex” DK bosh direktori L.Melamedni aytishicha Rossiya bu sohadagi izlanishlar uchun 5,5 mlrd. Dollar ajratdi .
2010 yilda nanotexnologiya mahsulotlarining hajmi 800 mlrd AQSH dollarini tashkil etdi. 10-15 yildan so’ng (2002 yilga nisbatan) nanotexnologiya mahsuloti 2 trln. AQSH dollarini tashkil etadi, shundan 340 mlrd. Dollari yangi materiallarga to’g’ri keladi. Bundan kelib chiqgan holda shuni aytish mumkinki, rivojlangan davlatlarda (AQSH, Yaponiya, Rossiya, Evropa davlatlari) nanotexnologiyaga ajratiladigan mablag’lar hajmi oshib bormoqda (1-rasm). Nanotexnologiya, yangi materiallarni olish buyicha dunyoning ko’p ta’lim muassasalarida yo’nalishlar va fanlar mavjud. O’quv qo’llanmada nanostrukturalar xususiyatlarining xarakteristikalari, nanomateriallarning turli xil kimyoviy, fizik, mexanik va boshqa xossalari, o’lchamlar effekti hodisasi tahlili, nanomateriallarni olishning asosiy usullari, va ularni xozirda va kelajakda qo’llanilish sohalari ko’rsatilgan.
“Nanotexnologiya” termini birinchi marta yapon olimi N. Tanituchi tomonidan 1974 yilda ishlatilgan. “Nano” so‘zi milliarddan bir qism, milliardni bir qismi degani va (NM)=10-9m. Degani. Eslatamiz, angstrem=10-8sm (1millimetr=10-3m, 1mikrometr=10-6m). Demak, nano bu uzunlik birligi. Buni “sezib” taqqoslash uchun, shuni aytish kerakki inson sochining qalindligi-diametri taxminan 50000 nanometrga teng.
Nanotexnologiya asosida konstruksion materiallarga miyaga (xayolga) kelgan xossalarni berish mumkin.
Xozirda nanotexnologiyani rivojlantirish va ularning ustida tadqiqotlar olib borish uchun rivojlangan davlatlar tamonidan yiliga 9-10 milliard dollar sarf qilinyapti : AQSh da 4-5 milliard, Yaponiyada 2-3 milliard. Lekin nanotexnologiyadan keladigan foydani 2010-15 yillar davomida bir necha trillion-dollar kutilyapti. Rivojlangan mamlakatlarda yangi materiallarni nanotexnologiya usulida sanoatda miqyosida 1994 yildan boshlab qo‘llanila boshlagan.
Nanomateriallar – bular moddalar va moddalar kompozitsiyasidir, qaysilarki, sun’iy yoki tabiiy tartibga solingan yoki solinmagan nanometrik xarakteristikali o‘lchamli ba’ziviy elementlar tizimi – sistemasidir.
Bularda nanometrik o‘lchamli elementlarni kooperatsiya qilganda (birlashtirganda-yiqqanda) ularni o‘zaro fizikaviy va ximiyaviy ta’siri aloxida (maxsus) namoyon bo‘ladi. Bularning xammasi materiallar va sistemalarda ilgari ma’lum bo‘lmagan xossalarni paydo bo‘lishini ta’minlaydi: mexanik, kimyoviy, elektrofizik, optik, teplofizik va x.k.
Hozirgi paytda nanomateriallarni (molekular o‘lchamli yoki unga yaqin darajada strukturalashtirilgan) xar-xil perspektiv-istiqbol usullaridan foydalaniladi. Usullarni nanoob’ekt yuzaga kelish prinspiga qarab asosan ikki gruppaga bo‘linadi:
1 – materiallar yuzalarida nanostruktura xosil qilish: neytron atomlar, ionlar elektronlar tutamlari bilan ishlash plazma bilan xurushlash (“travlenie”) va boshqa usullar bilan ishlash;
2 – nanoobektni yoki nanomaterialni atomma-atom yoki molekulama-molekula yig‘ish kiradi. Nanoobektlarni bir nechta usullardv olinishi mumkin bo‘lib bularga: fizikaviy, ximiyaviy, biologik va boshqalar. Ba’zi xollarda birnechta usul birgalikda bita nanoobektni olishga ko‘laniladi. Bundan tashkari nanoobektlarni o‘ta vakuum sharoitida, suyuq muxitda yoki gaz atmosferasida olish mumkin.
Xozirda nanomateriallar juda ko‘p soxalarda qo‘llanilmokda jumladan: sanoatda, nanoelektronikada, nanooptikada, nanobiologiyada, nanospektroskopiyada, nanomeditsinada[2], nanoelementlarda va x.k. Nanomateriallarni sanoatda qo‘llanilishi aloxida axamiyatga ega. Bu materiallar an-anaviy va bazi kukun materiallarning fizika-kimyoviy va mexanik xossalaridan tubdan farq qilgan uchun sanoatni ko‘p soxalarini egallab boshlagan.
Albatta birinchi navbatda nanomateriallarni qo‘llash yuqori mexanik xossali yangi konstruksion materiallarni yaratishga imkon beradi.
Nanostrukturali moddadan yasalgan rezbali maxsulot (detal) yuqori mustaxkam bo‘ladi. Masalan avia va avtomobilsozlikda ishlatiladigan titandan yasalgan maxsulot nanostrukturali qilib olinsa, uning uzoq muddatli ishlashi 1,5 marta oshadi, rezbani yasash mexnat sig‘imi kamayadi.
Nanostrukturali aluminiy qotishmalaridan murakkab formadagi yengil maxsulotlarni yuqori tezlikda o‘ta plastik deformatsiyalab (bosim bilan ishlab) detallar yasash mumkin. Bu sharoitda shtampli barcha teshik, burchak va x.k. lari to‘liq to‘ladi, deformatsiya kuchi pasayadi, forma xosil qilish xarorati pasayadi.
Nitridli legirlangan keramik nanostrukturali moddalardan tuzilgan material olovbardosh bo‘ladi va ulardan ichki yonar dvigatellar, gaz turbinalari, keskich plastinkalari yasaladi. Metallurgiyada esa nanomaterialdan yasalgan o‘tga bardosh mineralokeramik tigillar, qozonlar qo‘llaniladi.
Xozirda mashinasozlikda nanokukunlar ko‘p funksiyali qo‘shiluvyai sifatida juda keng qo‘llaniladi: motor, transmissiya va industrial yog‘larga, plastik moylarga, bosim ostida ishlaydigan jarayonlarda ishlatiladigan texnologik moylarga, metallarni qirqishdagi moylovchi-sovituvchi suyuqliklarga, sayqallashdagi pasta va suspenziyalarga qo‘shiladi.
Tarkibida plastmassa va polimerlar bo‘lgan kompozitsion materiallarga metallarning nanokukunlarini qo‘shish ancha istiqbolli yo‘nalishdir. Bu yo‘l bilan plastik magnit, elektr o‘tkazadigan rezina, tok o‘tkazadigan kraska va kley va x.k. xossali kompozitsion materiallar olish mumkin. Metallarni nanokukunlari qo‘shib yonmaydigan polimerlar olinadi.
Nanoo‘lchamli materiallarni olish usullari.
Nanomateriallarni yoki anikrok kilib aytganda nanostrukturaga ega bo‘lgan konstruksion, asbobsozlik yoki maxsus xossaga ega bo‘lgan materiallar asosan bizga yot bo‘lmagan kukun metallurgiyasning usullarida ishlab chiqariladi.
Bunda oldin nanokukunlar ishlab chiqariladi va ular asosida bir butun detal yoki keyinchalik mexanik ishlav berib yasaladigan zagatovkalar olinadi.
Metal va kotishmaning nano kukunlarini ishlab chiqarishning bir nechta usuli bo‘lib ular boshlang‘ish xomashyoning shakliga yoki kelib chiqishiga ko‘ra ishlab chiqarish usullariga bo‘linadi. Nanokukunlarni ishlab chiqarishning xozirgi zamonaviy usullariga: mexanikaviy, fizikaviy, kimiyoviy va biologik. Bunda oxirgi usul – materialshunoslarga taa’luqli emas.
Mexanikaviy usul – bu usul metal yoki kotishma bo‘laklarini tashki kuch yordamida maydalashga asoslangan bo‘lib u turli konstruksiyaga ega bo‘lgan tegermonlarda, to‘zg‘itib maydalavchi kurilmalarda amalga oshiriladi.
Fizikaviy usul – bu usul metal yoki kotishmalarning fizikaviy xossalarini ko‘lagan xolda ularni nano o‘lchamga ega bo‘ladigan kukun darajasigacha maydalashdan iborati. Buning uchun kotishma yoki metallar – bosim ostida eritib sepilish, bug‘lanish, kondensatsiya, toblash, termosikllash va boshqalar. Kimiyoviy usullar boshlang‘ich xomashyo materialining kimyoviy tarkibini o‘zgartirish orkali uni nano o‘lchamga ega bo‘lgan kukungacha maydalashga asoslangan: elektroliz, qaytarilish, termik parchalanish. Kimyoviy usulda nano kukunlarni ishlab chiqarishning eng samarali usuli bu albatda plozmo-kimyoviy usul bo‘ib o‘tgan mavzularda uni o‘rganib chikanmiz – aynan shu usulda kiyin eridigan metallarning kislorodsiz kimyoviy birikmalari ishlab chiqariladi.
Nanomateriallar orasida bir nechta asosiy turlarni ajratish mumkin: konsolidatsiya (birlashtirilgan) nanomateriallar, nanoyarimo’tkazgichlar, nanopolimerlar, nanobiomateriallar, fullerenlar va tubulyar nanostrukturalar, katalizatorlar, nanog’ovak materiallar va supramolekulyar strukturalar.
Bu bo’linish shartli, chunki, masalan, gibrid metallopolimer yoki biopolimer nanokompozitlar ham mavjud. Shu bilan birga nanomateriallar sinfiga yangi (masalan, nanotrubkasimon materiallarga faqatgina 20 yil) va ancha eski ob’yektlar (masalan, katalizatorlar va nanog’ovak materiallar) ham kiradi.
Konsolidatsiya (birlashtirilgan) nanomateriallarga kompakt materiallar, metall asosli yupqa parda (plenka) va qoplamalar (pokritiye), kukun texnologiyasi usullari bilan olinadigan birikma va qotishmalar, shuningdek intensiv plastik deformatsiya, amorf xolatidan nazorat qilish orqali (kontroliruemaya) kristallanish va yupqa parda va qoplamalarni turli xil usullar yordamida olinadigan nanomateriallar kiradi.
Bu materiallarning nanodonachalari (nanokristallar) alohida joylashgan yoki bo’sh bog’langan (masalan, himoyalovchi polimer qobig’li nanozarrachalar) ko’rinishda bo’lmasdan, aksincha konsolidatsiya (birikgan) holatda bo’ladi.
Donachalar orasidagi yupqa qatlam mustaxkamligi birikgan nanomateriallardan ancha yuqori.
Nanoyarimo’tkazgichlar, nanopolimerlar va nanobiomateriallar ayrim holda (izolirovanno) va qisman birikgan (v konsolidirovannom) holda bo’lishi mumkin, shuningdek gibrid (aralash) materiallar ham hosil qiladi.
1985 yildan boshlab uglerod yangi allotropik shakli – C60 va C70 identifikatsiya qilingandan so’ng fullerenlar va tubulyar nanostrukturalar ko’p sonli tadqiqotlarga sabab bo’ldi.
C60 va C70 klasterlari fullerenlar deb ataldi (Nobel mukofoti laureatlari N.Kroto, R.Kerlu va R.Smollilarning ishlari). 1991 yilda yapon olimi S.Ishima grafitni elektr yoy yordamida bug’lantirilgan mahsulotida uglerod nanotrubkalar borligini aniqladi.
Nanog’ovak materiallardagi g’ovaklarning o’lchami 100 nm dan kichik bo’ladi. Shu qatorda adabiyotlarda: mikrog’ovakli (g’ovak o’lchami 2 nm dan kam), mezog’ovakli (g’ovak o’lchami 2 – 5 nm), va makrog’ovakli (g’ovaklar o’lchami 5 nmdan katta) terminlar ham uchrab turadi.
Katalizatorlar – ancha oldindan o’rganilib kelayotgan va keng qo’llanilayotgan nanoob’yektlarga kiradi.
Supramolekulyar strukturalar –nokovalent sintez natijasida hosil bo’ladi. Bu struktura Van-der-vaals, vodorod va boshqa bog’lanishlar hisobiga hosil bo’ladi.
Shunday qilib, quyidagicha hulosa qilish mumkin. Yuqorida ko’rib o’tilgan nanomateriallarning olish texnologiyasi turlicha, funktsional xususiyatlari ham har hil, ularni fakat zarrachalarni kichik o’lchamigina bir guruxga birlashtiradi. Struktura elementlarining minimal o’lchami (0,1-1,0)10-9 nm, ya’ni alohida atom va molekulalar o’lchamlariga to’g’ri keladi, maksimal o’lchami 100 nm – shartli olingan.
Gohida nanokristall xolatning yuqori chegarasi (elementning maksimal o’lchami) ma’lum bir xarakterli fizik parametr (erkin yugurish uzunligi, dislokatsiya surilishi uchun Frank-Rid sirtmog’i diametri, domen yoki domen devori o’lchami va de Broyl elektron to’lqini uzunligi) bilan bog’liq bo’lishi kerak degan fikrlar ham mavjud. Ammo qattiq jism ob’yektlarining elektr, magnit, deformatsion va boshqa hossalarini aniqlovchi xarakterli fizik parametrlarning o’zgarish diapozoni juda keng, shuning uchun ma’lum bir yuqori chegarani belgilash mumkin emas. Terminlar bo’yicha quyidagini ta’kidlash zarur, «nano» qo’shimchali terminlar keng qo’llanilmoqda, masalan «nanotexnologiya», «nanoelektronika», «nanoximiya» va boshqalar.
Amerika adabiyotlarida «nanotexnologiya» deganda struktura elementi ~1-100 nm o’lchamga ega bo’lgan maqsadli material, qurilma va tizimlarni yaratish tushuniladi.
Xozirgi kunda ishlarda taklif qilingan terminologiya to’liq izoh beradi desak bo’ladi:
Nanotexnologiya – o’lchamlari 100 nm kam komponentlardan tashkil topgan printsipial yangi sifatlarga ega ob’yektlarni hosil qilish, o’zgardirish ularni katta masshtabdagi to’la-to’kis ishlaydigan tizimlarga o’tqazish usul va yo’llari;
Nanomateriallar ‑ geometrik o’lchamlari hech bo’lmasa bir yo’nalishda 100nm kichik bo’lgan, sifat jihatdan yangi xossali, funktsional va ekspluatatson xarakteristikalarga ega struktura elementlaridan tashkil topgan materiallar;
Nanotizimli texnika – ananaviy texnologiyalar bo’yicha yaratilgan tubdan farqlanadigan to’liq yoki qisman nanomateriallar va nanotexnologiyalar asosida yaratilgan funktsional jihatdan to’liq tizim va qurilmalar.
Shuni qayd etish lozim-ki, hozirgi kunda tobora keng qo’llanilayotgan nanomateriallar termini (iborasi) bilan bir qatorda teng xuquqlikda «ultradispers materiallar», «ultradispers tizimlar» terminlari ham ishlatilmoqda.
Kichik o’lchamli ob’yektlar to’g’risidagi fan (nanoscience) – bu nanometr masshtabdagi modda hossalari va hodisalari hakidagi bilimlar majmuasidir.
Nanozarracha (nanokukun) – bu kichik o’lchamli qattiq modda bo’lib, geometrik o’lchami o’nning biridan 100 nm gacha o’zgarishi mumkin. «Nanozarracha» deganda alohida, holis xarakterga ega, zarracha tushuniladi. Kukun – bu alohida qattiq zarrachalarning bir biri bilan o’zaro munosabatda bo’lgan majmuasidir. Bu zarrachalarning o’lchamlari 0,001 dan 103 mkm gacha bo’lishi mumkin.
Nanozarrachalarning o’lchami kichiklashishi bilan u klaster holatiga o’tadi. Bu klasterlar 10 tadan bir nechta mingta (~2000-10000) atomlardan tashkil topgan bo’ladi. Kristall zarrachalardan farqli o’laroq klasterlarga translyatsion simmetriyani yo’qotish xarakterli (xos). Nanozarrachalarga hozirda yarim o’tkazgichli kvant nuqtalari va polimer dendrimerlar kiradi. O’quv qo’llanmada asosan kompakt (konsolidirovanniy, biriktirilgan) nanomateriallarga ko’proq asosiy diqqat qaratiladi. Hozirda faqat shu ob’yektlar uchun keng va yetarli ma’lumotlar to’plangan. Qolgan nanomateriallar bo’yicha ma’lumotlar yetarli darajada emas.
Nano strukturaga ega bo‘lgan materiallarni ishlab chiqarish uchun albatda xomashyo sifatida nanokukunlar zarur. Nano kukunlardan xajmiy materiallar olish uchun yuqorida o‘rganib chiqilgan kukunlarga shakl berish usullaridan foydalaniladi. Kukun konstruksion materiallarni ishlab chiqarishda ko‘laniladigan presslash usullari nano kukunlarni preslashda xam ko‘laniladi.
Kukunlarini presslash – bu qolipga qo’yilgan kukunlarin bosim ta’sirida shu qolipning ichki gometrik shaklini berishdan iborat. Buni natijasida press-qolipdan chiqgan yarim kukun maxsulati ma’lum darajada mustaxkamlikga ega bo‘lib oladi.
Nanotexnologiya materiallarni mikromexanizatsiyalash va shu asosda kelajak avlodlarning iqtisodiy va ijtimoiy hayotiga inqilobiy ta’sir ko’rsatishi kerak bo’lgan yangi ishlab chiqarish jarayonlari va yangi mahsulotlarni yaratish uchun yangi imkoniyatlarni taqdim etadi.
Dunyo yangi sanoat inqilobi yoqasida turibdi, bu birinchi navbatda nanotexnologiyalar rivojlanishi bilan bog’liq. Etakchi ekspertlarning fikriga ko’ra, uning jamiyatga ta’siri ko’lami bo’yicha, uni XX asrda tranzistor, antibiotiklar va axborot texnologiyalari ixtirosi natijasida yuzaga kelgan inqilob bilan solishtirish mumkin. Bugungi kunda nanotexnologik mahsulotlarning jahon bozori hajmi milliardlab dollar bilan o‘lchanadi (hozircha bu bozor asosan materiallarning xususiyatlarini yaxshilaydigan yangi materiallar va kukunlardan iborat) va 2015-yilga borib, G‘arb ekspertlarining fikricha, u 1 dollardan oshadi. Trillion. Yaqin kelajakda rivojlangan mamlakatlarning iqtisodiy, harbiy, ijtimoiy va siyosiy mavqei milliy nanosanoatning rivojlanish darajasi bilan belgilanadi.
Nanotexnologiyalar instituti (Xalqaro konvertatsiya fondi tomonidan tashkil etilgan) direktori Mixail Ananyanning fikricha, nanotexnologiyalar, masalan, elektronika kabi evolyutsion tarzda rivojlanmaydi: avval radio, keyin televizor, keyin kompyuter. Hozirda turli nanoqurilmalar, qurilmalar va boshqalarni modellashtirish jadal olib borilmoqda.Va texnologiya yaratilishi bilanoq keskin sakrash yuz beradi – shunchaki yangi tsivilizatsiya paydo bo’ladi, moddiy va energiya intensivligi keskin pasayadi va yana ko’p narsalar. Samarali iqtisodiyot vujudga keladi.
Ammo hamma narsa unchalik oddiy emas, chunki yuqorida aytib o’tganimdek, nanotexnik inqilobni amalga oshirish nafaqat olimlar tomonidan, balki unchalik ko’p emas (ishlanishlar jadal sur’atda), davlat tomonidan sa’y-harakatlar talab etiladi. Hokimiyat – boshqa hech bir investor bunday “keng ko’lamli loyihani” tortmaydi. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish milliy dasturini shakllantirishga yondashuvni qonunchilik darajasida tubdan o‘zgartirish zarur. Qolaversa, mamlakatimizda yirik loyihalarni amalga oshirishda katta tajriba to‘plangan.
Eslatib o‘tamiz, tariximizda deyarli barcha tarmoqlarda sifat o‘zgarishlariga olib kelgan uchta loyiha bo‘lgan. Men GOELRO, yadroviy loyiha, kosmik tadqiqotlarni nazarda tutyapman. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish ana shunday milliy darajadagi loyihalarga tegishli, chunki ularni qo’llash iqtisodiyotning istisnosiz barcha tarmoqlarida sifat o’zgarishlariga olib keladi. Dekabr oyida hukumat nanotexnologiyalarni rivojlantirish bo’yicha milliy dasturni shakllantirish to’g’risida qaror qabul qildi, yaqinda Rossiya Prezidenti Federal Assambleyaga yillik murojaatida Rossiya nanotexnologiyalar sohasida etakchiga aylanishi kerakligini ta’kidladi. Umid qilish mumkinki, bu tashabbus (hech qachondan ham kech yaxshi – Rossiya o’zini rivojlangan deb ataydigan va bu sohada o’z dasturiga ega bo’lmagan yagona davlat bo’lib qolmoqda) haqiqiy, faol loyihaga aylanadi va boshqa kampaniyaga aylanmaydi.
Nanomateryallarning tuzilishi va shunga mos ravishda xossalari ularni ishlab chiqarish bosqichida shakllanadi. Nanomateryallarning barqaror va optimal ishlashini ta’minlash uchun asos sifatida texnologiyaning ahamiyati juda aniq; bu ularning iqtisodiyoti nuqtai nazaridan ham muhim.
Nanomateryallar texnologiyasi, ikkinchisining xilma-xilligiga muvofiq, bir tomondan, metallurgiya, fizik, kimyoviy va biologik usullar, ikkinchi tomondan, an’anaviy va printsipial jihatdan yangi usullarning kombinatsiyasi bilan tavsiflanadi. Shunday qilib, agar konsolidatsiyalangan nanomateriallarni olish usullarining aksariyati an’anaviy bo’lsa, u holda skanerlash tunnel mikroskopidan foydalangan holda, masalan, “kvant qalamlari” ni ishlab chiqarish, atomlarning o’zini o’zi yig’ish orqali kvant nuqtalarini shakllantirish yoki ulardan foydalanish kabi operatsiyalar. Polimer materiallarda g’ovak konstruksiyalarni yaratish uchun ion-track texnologiyasi tubdan farqli texnologik usullarga asoslangan.
Molekulyar biotexnologiyaning usullari ham juda xilma-xildir. Bularning barchasi mualliflar tomonidan ko’plab texnologik tafsilotlar («nou-xau») faqat umumiy ma’noda tasvirlanganligi va ko’pincha xabar reklama xarakteriga ega ekanligini hisobga olgan holda nanomaterial texnologiya asoslarini taqdim etishni murakkablashtiradi. Bundan tashqari, faqat asosiy va eng xarakterli texnologik usullar tahlil qilinadi.
G’ovak bo’lmagan makronamunalarni ishlab chiqarishga olib keldi (siqishni oqish quvvati 605 Mpa, nisbiy cho’zilish 18%).
An’anaviy sinterlash paytida donning o’sishini maxsus izotermik bo’lmagan isitish rejimlari yordamida kechiktirish mumkin. Bunday holda, siqilish va donning o’sishi mexanizmlari o’rtasidagi raqobat tufayli siqilish jarayonlarini optimallashtirish, qayta kristallanish hodisalarini katta darajada bartaraf etish mumkin. Sinterlangan namunadan oqim o’tkazish yo’li bilan amalga oshiriladigan elektrodeşarj sinterlash va chang ob’ektlarini issiq bosim bilan ishlov berish (masalan, zarb yoki ekstruziya) ham qayta kristallanishni inhibe qilishga yordam beradi va nanomateriallarni olish uchun ishlatilishi mumkin. Mikroto’lqinli isitish ostida keramik nanomateriallarni sinterlash, bu namunaning kesimida bir xil harorat taqsimotiga olib keladi, shuningdek, nanostrukturaning saqlanishiga yordam beradi. Shu bilan birga, konsolidatsiyaning sanab o’tilgan variantlaridagi kristallitlarning o’lchami odatda nanostrukturaning don hajmining yuqori chegarasi darajasida, ya’ni. Odatda 50-100 nm dan past emas.
Massiv metall namunalarining nanostrukturasini shakllantirish qattiq deformatsiya usuli bilan amalga oshirilishi mumkin. Kvazi-gidrostatik yuqori bosimda burilish, teng kanalli burchakli presslash va boshqa usullarni qo’llash natijasida erishilgan katta deformatsiyalar tufayli parchalangan va noto’g’ri yo’naltirilgan struktura hosil bo’ladi.
4-rasmda qattiq plastik deformatsiyaning ikkita sxemasi ko’rsatilgan – yuqori bosimli buralish va teng kanalli burchakli presslash. Sxema bo’lsa a disk shaklidagi namuna qolipga joylashtiriladi va aylanuvchi zımba bilan siqiladi. Fizikada va yuqori bosimli muhandislikda ushbu sxema Bridgman anvillarining taniqli g’oyalarini ishlab chiqadi. Yuqori bosimdagi kvazidrostatik deformatsiya va siljish deformatsiyasi yuqori burchakli don chegaralari bilan muvozanatli bo’lmagan nanostrukturalarning shakllanishiga olib keladi. Sxema bo’lsa b, uning fundamental asoslari V.M.Segal (Minsk) tomonidan ishlab chiqilgan, namuna oddiy kesish sxemasi bo’yicha deformatsiyalanadi va turli yo’llar yordamida takroriy deformatsiya qilish imkoniyati mavjud.
1.To’g’ridan-to’g’ri eritmadan söndürme jarayonida to’liq kristallanish va bir yoki ko’p fazali, ham an’anaviy polikristal struktura, ham nanostruktura hosil bo’lishi;
Eritmadan so’nish jarayonida kristallanish to’liq bo’lmaydi va amorf-kristalli struktura hosil bo’ladi;
Eritmadan so’ndirish amorf holatning paydo bo’lishiga olib keladi, u faqat keyingi issiqlik bilan ishlov berish paytida nanostrukturaga aylanadi.
Olingan amorf kukunlarni qayta ishlash uchun, masalan, suyuq eritmalarni gaz bilan purkash yo’li bilan, issiq bosim bilan ishlov berish usullari qo’llaniladi, bu yapon tadqiqotchilari tomonidan yuqori quvvatli Al-Y-Ni-Co qotishmasidan tayyorlangan quyma ignabargli materiallardan foydalangan holda ko’rsatilgan.
Polimerlar, dielektriklar va yarimo’tkazgichlar yuqori energiyali ionlar bilan ishlov berilganda, nanometr o’lchamdagi ion izlari deb ataladigan narsalar hosil bo’ladi, ulardan nanofiltrlar, nanotalar va boshqalarni yaratish mumkin. .
Tseolit tipidagi nanokompozit molekulyar elaklarga kelsak, bunday matritsa tuzilmalarini olishning kamida ikkita usuli mavjud: kelajakdagi kompozitsiyaning nanozarralarini o’z ichiga olgan jeldan gözenekli materialni kristallashtirish va nanozarrachalarni sintez qilish. I n sayt ilgari zeolitlarga kiritilgan prekursorlardan.
Grafitning bug’lanishi paytida hosil bo’lgan konlarni o’rganish paytida grafitning (grafenlarning) atom tarmoqlari chiziqlari choksiz naychalarga aylanishi mumkinligi aniqlandi. Quvurlarning ichki diametri nanometrning fraktsiyalaridan bir necha nanometrgacha, uzunligi esa 5-50 mikron oralig’ida.
Umuman olganda kukunlarni presslash ikki xil bo‘lishi mumkin: 1 – statik, yani preslash bosimi asta sekinlik bilan osha boshlaydi, 2 – dinamik usul bo‘lib bunda perslash bosimi katta tezlik bilan qolipdagi kukunga bosim beradi. Bularning xar biri yana guruxlarga bo‘linadi: 1 – presslash xaroratiga qarab: soviq va issiq presslash; preslash kuch yo‘nalishiga qarab: bir tamonlama presslash, ikki tamonlama presslash va xajmiy presslash turlariga bo‘linadi. Nanomateriallar olish usullarini ko’pchiligini natijaviy maхsuloti bu- kukun nanokukun. Ba’zi materiallarni nanostukturalarini katta хajmda yaratish qiyin,ba’zan esa mumkin emas.
Presslash statik va dinamik guruhlarga bo’linadi. Bularning хar biri yana guruхlarga bo’linadi: 1.Presslash хaroratig’a qarab: sovuq va issiq presslash.
2-rasm. Press-forma sхemasi: 1-ustki puanson, 2-matritsa, 3-presslanuvchi nanokukun, 4-ostki puanson.
Qo’yilgan kuch хarakteriga qarab: bir o’qli,ikki o’qli, хar tomonlama.Bir o’qli presslash sхemasi rasmda berilgan.
Nanokukun pressformaga joylashtiriladi. Nanomateriallar presslanganda jarayon vaakum kamerasida olib boriladi.
Bu usul bilan quyidagi Nanokukunlar Dy2O3+TiO2 aralashmasi kompaklashtirilgan-presslangan.
Agar buyum balandligini ko’ndalang kesim o’lchamiga nisbati birdan katta bo’lsa, ikki o’qli presslanadi, kamroq kuch sarflanadi.
Хar tomonlama qisib presslanganda kuch kam sarflanib, sifati yuqori bo’ladi. Bunga misol gidrostatik presslash.
3-rasm. Nanokukunni gidrostatik presslash qurilmasi sхemasi:
1
-qizdirgich, 2-issiq izolyatsiyali qatlam, 3-ishkamerasi, 4-qobiq po’stloq nanokukun bilan yoki zagatovka.
Nanokukun elastik (masalan rezinali) qobiqqa (хaltachaga) to’qiladi. Qobiq ish kamerasida. Qurilma germetik yopiladi. Suyuqlik (yog’, suv, glitsirin) bosim ostida beriladi va nanokukunni elastik хalta bilan хar tomonlama, bir tekis presslaydi.
Хozirgi zamon elektron mikroskoplari vertikal bo’yicha 0,01 nanometr (n.m) o’lchamlarni ko’rsata oladi. Inson sochini diametri 50 000 n.m ga teng.[3-4-5]
Qizig’i shundaki, nanoo’lchamli хolatdagi materiallar хossalari o’zlarini oddiy хolatdagi хossalari o’zlarini oddiy хolatdagi хossalaridan farq qiladi. Qonuniyat хam o’zgaradi. Masalan, Om qonuni zamonaviy elektrontkada tok kuchini, kuchlanishini va qarshilikni bog’laydi. Bu qonun ishlaydi, agar o’tkazgichdan elektronlar «oqib» o’tsa, (хuddi daryoda suv oqqandek).Endi, o’tkazgich kengligi ( daryo kengligi) bor egi 1 atomga teng bo’lib qolsa, elektronlar oqib o’tolmaydi, chunki elektronlar bu kenglikdan bitta-bitta o’tishi kerak: elektronlar oqa olmaydi.
Grafitning bug’lanishi paytida hosil bo’lgan konlarni o’rganish paytida grafitning (grafenlarning) atom tarmoqlari chiziqlari choksiz naychalarga aylanishi mumkinligi aniqlandi. Quvurlarning ichki diametri nanometrning fraktsiyalaridan bir necha nanometrgacha, uzunligi esa 5-50 mikron oralig’ida.
Nanotubalarni olish uchun grafitni lazer bilan püskürtme va katalizatorlar (temir guruhidagi metallar va boshqalar) ishtirokida uglevodorodlarni pirolizlash ham qo’llaniladi. Oxirgi usul mahsuldorlikni oshirish va quvurlarning strukturaviy xilma-xilligini kengaytirish nuqtai nazaridan eng istiqbollilaridan biri hisoblanadi.
Nanotubalarning ichki bo’shliqlari sintez paytida yoki tozalashdan keyin turli metallar va birikmalar bilan to’ldirilishi mumkin. Birinchi holda, qo’shimchalar grafit elektrodiga kiritilishi mumkin; ikkinchi usul ko’p qirrali va ko’p jihatdan amalga oshirilishi mumkin (“eritmalardan, eritmalardan, gaz fazasidan va boshqalardan yo’naltirilgan” to’ldirish).
Ko‘p o‘tmay, uglerod nanotubalari kashf etilgandan so‘ng, nafaqat grafitning buklanish xususiyatiga ega ekanligi, balki boshqa ko‘plab birikmalar – bor nitridlari va karbidlari, xalkogenidlar, oksidlar, galogenidlar va turli uchlamchi birikmalar mavjudligi aniqlandi. Yaqinda metall quvurlar (Au) ham olindi. Yarimo’tkazgichlar va boshqa moddalar asosidagi nanotubalar kabi o’z-o’zidan shakllanadigan uch o’lchovli nanostrukturalarni yupqa qatlamlarni quvur rulolariga o’z-o’zidan yig’ish natijasida olish mumkin. Bunda epitaksial qatlamda (chiqish kuchlanishlari) va taglikdagi (siqilish kuchlanishlari) yuzaga keladigan qoldiq kuchlanishlarning farqi qo’llaniladi. Bug’lanishi paytida hosil bo’lgan konlarni o’rganish paytida grafitning (grafenlarning) atom tarmoqlari chiziqlari choksiz naychalarga aylanishi mumkinligi aniqlandi. Quvurlarning ichki diametri nanometrning fraktsiyalaridan bir necha nanometrgacha, uzunligi esa 5-50 mikron oralig’ida.
1 – grafitli anod; 2 – grafitli katod; 3 – joriy simlar; 4 – izolyator; 5 – egalari; 6 – sovutilgan reaktor; 7 – mis to’plami; 8 – elektr motor; 9 – vakuum o’lchagich; 10 – filtr; 11-13 – vakuum va gaz ta’minoti
9-rasmda uglerod nanotubalarini ishlab chiqarish uchun laboratoriya qurilmasining diagrammasi ko’rsatilgan. Grafit elektrod 1 geliy yoyi deşarj plazmasida püskürtülür; mahsulotlarni naychalar, fullerenlar, kuyikish va boshqalar shaklida buzadigan amallar. Katod yuzasida yotqizilgan 2 , shuningdek sovutilgan reaktorning yon devorlarida. Quvurlarning eng katta rentabelligi taxminan 500-600 kPa geliy bosimida kuzatiladi; yoy rejimining parametrlari, elektrodlarning geometrik o’lchamlari, jarayonning davomiyligi, reaksiya maydonining o’lchamlari ham sezilarli ta’sir ko’rsatadi. Sintezdan so’ng, quvurlarning uchlari odatda bir turdagi “qopqoqlar” (yarim sharsimon yoki konussimon) bilan yopiladi. Nanotube texnologiyasining muhim elementi ularni tozalash va uchlarini ochish bo’lib, u turli usullar bilan (oksidlanish, kislota bilan ishlov berish, sonikatsiya va boshqalar) amalga oshiriladi.
Nanotubalarni olish uchun grafitni lazer bilan püskürtme va katalizatorlar (temir guruhidagi metallar va boshqalar) ishtirokida uglevodorodlarni pirolizlash ham qo’llaniladi. Oxirgi usul mahsuldorlikni oshirish va quvurlarning strukturaviy xilma-xilligini kengaytirish nuqtai nazaridan eng istiqbollilaridan biri hisoblanadi.
Xulosa
Nanotubalarning ichki bo’shliqlari sintez paytida yoki tozalashdan keyin turli metallar va birikmalar bilan to’ldirilishi mumkin. Birinchi holda, qo’shimchalar grafit elektrodiga kiritilishi mumkin; ikkinchi usul ko’p qirrali va ko’p jihatdan amalga oshirilishi mumkin (“eritmalardan, eritmalardan, gaz fazasidan va boshqalardan yo’naltirilgan” to’ldirish).Ko‘p o‘tmay, uglerod nanotubalari kashf etilgandan so‘ng, nafaqat grafitning buklanish xususiyatiga ega ekanligi, balki boshqa ko‘plab birikmalar – bor nitridlari va karbidlari, xalkogenidlar, oksidlar, galogenidlar va turli uchlamchi birikmalar mavjudligi aniqlandi. Yaqinda metall quvurlar (Au) ham olindi. Yarimo’tkazgichlar va boshqa moddalar asosidagi nanotubalar kabi o’z-o’zidan shakllanadigan uch o’lchovli nanostrukturalarni yupqa qatlamlarni quvur rulolariga o’z-o’zidan yig’ish natijasida olish mumkin. Bunda epitaksial qatlamda (chiqish kuchlanishlari) va taglikdagi (siqilish kuchlanishlari) yuzaga keladigan qoldiq kuchlanishlarning farqi qo’llaniladi.
Foydalanilgan adabiyotlar
1. E. O. Umarov Materialshunoslik. O‘zbekiston Respublikasi Oliy va o‘rta
maxsus ta‘lim vazirligi. – T.: Cho‘lpon nomidagi NMII, 2014 –318-320bb
2. Kiparisov S.S. , Libenson G.A. Poroshkovaya metallurgiya. M.: , 1991.-417c
3. Kukun metallurgiyasi asoslari fanidan o’quv-uslubiy majmua Andijon 2020
4. Yangi materiallar texnologiyasi” fanidan o‘quv-uslubiy majmua Andijon 2020 -9-68bb
5.“Qoplama materiallari va ularni qoplash texnologiyalari” fanidan o‘quv-uslubiy majmua 2020.
6.Материалы для авиационного приборостроения и Конструкций /Под ред. А. Ф. Белова, М.: Металлургия, 1982. 400 с. Сополимеры этилена/е. В. Веселовская, Н. Н. Северова, Ф.И.Дунтов и др. – Л.: Химия, 1983. 224 с.
7. Сычев М. М. Неорганические клеи. 2-е изд. – Л.: Химия,
8. Тарнополский Ю. М., Жигун И. Г., Поляков В. А. Пространственно-армированные композиционные материалы:
Справочник. – М., 1987.
|
