Техника - молодёжи 2009-08, страница 21
с О 10 20 30 40 Радиус частицы [нм] Рис 1. Процент атомов на поверхности сферической частицы кобальта в зависимости от размера самой частицы Рис. 2. Схематичное изображение структуры «ядро-оболочка» в наночастице. Атомы с чёрными стрелками - это атомы ядра, атомы с синими стрелками - атомы в оболочке Наночаетицы золота Кусок золота Рис. 3 в sip; -я -ч Рис. 4. Наночаетицы CdSe в растворе. Размер частиц увеличивается слева направо от 2 до 12 нм. Вверху: в ультрафиолетовых лучах. Внизу: при дневном свете кости. Не правда ли, разительное отличие в цвете? Ещё в 190S г, немецкий физик Густав Ми показал, что малые сферические частицы рассеивают свет с малыми длинами волн эффективнее, чем более длинноволновое излучение видимого спектра. А длина световой волны — это тот цвет, который мы видим. Теория Ми не только помогла учёным понять, что цвет наночаетицы определяется её размером; она позволила определять размер частицы на основании того, какой цвет она рассеивает. Это наглядно продемонстрировано на рис. 4, где изображены растворённые наночаетицы ссленида кадмия (CdSe) разного размера при разной длине волны света. Кроме того, рис, 4 иллюстрирует тот факт, что цвет наночастиц зависит не только от их размера, но и от длины волны света, в котором мы эти частицы разглядываем. Теория Ми появилась лишь в начале XX в., но уже в древние времена это поразительное свойство использовалось при изготовлении предметов обихода. Например, золотые наночаетицы присутствуют в знаменитой древнеримской чаше Ликурга, датированной IV в. до н, э. При наружном освещении чаша имеет зелёный цвет, а если светильник поместить внутри, она становится красной {рис. 5). Связанно это с тем, что золотые наночаетицы поглощают зеленый и голубой диапазоны видимого света, пропуская только красный участок спектра. Поэтому чаша становится красной, будучи освещенной изнутри. В то же время, если осветить чашу снаружи, результатом отражения света от тех же самых золотых наночастиц будет зелёный цвет сосуда. Те же самые удивительные оптические свойства наночастиц использовали средневековые стекольщики 0 50 100 150 200 Диаметр частицы [нм] Рис. 7. Температура плавлений золотых наночастиц в зависимости от их размера, отнесённая к температуре плавления «макрозолота» при создании окон-розеток в соборе Парижской Богоматери {рис. 6). В этих окнах серебряные и золотые наночаетицы создают жёлтый и рубиновый оттенок. Хорошие примеры эмпирических нанотехнологических находок, о чём мы говорили в начале статьи... РАСПЛАВИТЬ ЛЕГЧЕ... Другое отличительное свойство наночастиц — это изменение температуры плавления по сравнению с макротелами. Например, для частиц золота размером меньше, чем 25 нм, температура плавления Тм гораздо меньше, чем у обычного «кускового» золота (Ти „ = ]063°С). На рис. 7 представлен график зависимости отношения этих температур от размера частицы. На нём можно видеть, что частицы крупнее 200 нм имеют «нормальную» температуру плавления. Почему так? Как мы говорили выше, число атомов на поверхности у малых частиц гораздо больше по сравнению с частицами большего размера. Именно с этих поверхностных атомов и начнётся процесс плавления. Число межатомных связей там относительно невелико, они начнут разрываться и «отпускать на волю» атомы из частицы при температурах гораздо более низ- |
