Перспективы наноматериаловедения
Накреслено тенденції і перспективи розвитку наноматеріалознавства, яке поряд і пересікаючись з нанофізикою, нанохімією, нанобіонікоюй, наноелектронікою, наноприладобудуванням, наномашинобудуванням і нанобіотехнологією складає комплекс фундаментальних і прикладних наук XXI сторіччя, а саме — нанотехн...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Українське матеріалознавче товариство
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15847 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Перспективы наноматериаловедения / В.В. Покропивный, В.В. Скороход // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2008. — № 1(1). — С. 55-70. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859648830202445824 |
|---|---|
| author | Покропивный, В.В. Скороход, В.В. |
| author_facet | Покропивный, В.В. Скороход, В.В. |
| citation_txt | Перспективы наноматериаловедения / В.В. Покропивный, В.В. Скороход // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2008. — № 1(1). — С. 55-70. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Накреслено тенденції і перспективи розвитку наноматеріалознавства, яке поряд і пересікаючись з нанофізикою, нанохімією, нанобіонікоюй, наноелектронікою, наноприладобудуванням, наномашинобудуванням і нанобіотехнологією складає комплекс фундаментальних і прикладних наук XXI сторіччя, а саме — нанотехнології. Приведена нова класифікація наноструктурних матеріалів, на основі якої сформульована концепція інженерії форми поверхні наноматеріалів. Новою парадигмою науки про наноматеріали є цілеспрямоване проектування і створення нових наноархітектур із заданним комплексом розмірних і резонансних фізико-хімічних ефектів, що формують і забезпечують унікальні властивості наноматеріалів, наноприладів і наномашин. Як ілюстрація цього представлено оригінальні ідеї і дослідження автора в областях: 1) синтезу нових аллотроп вуглецю і поліморф нітриду бора з унікальною комбінацією фізичних властивостей; 2) розробки п'єзо-акусто-електронного нанотрубчастого перетворювача гіперзвуку в екстремально високочастотному терагерцовому діапазоні; 3) розробки теорії кімнатно-температурної надпровідності на основі граток нанотрубок; 4) дослідження нового фізичного явища фотоакусто-електронного супер-резонансу в нанотрубчастих кристалах.
Начертаны тенденции и перспективы развития наноматериаловедения, которое наряду и пересекаясь с нанофизикой, нанохимией, нанобионикой, наноэлектроникой, наноприборостроением, наномашиностроением и нанобиотехнологией составляет комплекс фундаментальных и прикладных наук XXI века, а именно — нанотехнологии. Приведена новая классификация наноструктурных материалов, на основе которой сформулирована концепция инженерии формы поверхности наноматериалов. Новой парадигмой науки о наноматериалах является целенаправленное проектирование и создание новых наноархитектур с наперед заданным комплексом размерных и резонансных физико-химических эффектов, которые формируют и обеспечивают уникальные свойства наноматериалов, наноприборов и наномашин. Как иллюстрация представлены оригинальные идеи и исследования автора в областях: 1) синтеза новых аллотроп углерода и полиморф нитрида бора с уникальной комбинацией физических свойств; 2) разработки пьезо-акусто-электронного нанотрубчатого преобразователя гиперзвука в предельно высокочастотном терагерцовом диапазоне; 3) разработки теории комнатно-температуной сверхпроводимости на основе решеток нанотрубок; 4) исследования нового физического явления фото-акусто-электронного супер-резонанса в нанотрубчатых кристаллах.
Tendency and perspectives of development of nanomaterials science which together and crossing with nanophysics, nanochemistry, nanobionics, nanoelectronics, nanodevices and nanoengineering and nanobiotechnology constitutes the nanotechnology – the complex of fundamental and engineering sciences of XXI century. New classifications on nanostructured materials is presented on base of which new conception of a surface forms engineering of nanomaterials is formulated. By new paradigm of nanomaterials science is purposeful design and development of novel nanoarchitectures with a complex of size and resonant effects prescribed in advance, which forms and ensures the unique properties of nanomaterials, nanodevices and nanomachines. For illustration the author's new ideas and research are presented in the field of : 1) synthesis of novel carbon allotropes and boron nitride polymorphes with unique combination of physical properties; 2) development of new piezo-acousto-electric transducer of hypersound in extremely highfrequency terahertz range; 3) development of the theory of room-temperature superconductivity on base of nanotube lattices; 4) research of new physical phenomenon, the photo-acousto-electronic super-resonance in nanotubular crystals.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:31:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
ІІІ. Фундаментальні проблеми матеріалознавства
55
І І І . Фундаментальн і проблеми
матер іалознавства
УДК 620.22
В. В.Покропивный*, В. В. Скороход
ПЕРСПЕКТИВЫ НАНОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
Накреслено тенденції і перспективи розвитку наноматеріалознавства, яке поряд і пе-
ресікаючись з нанофізикою, нанохімією, нанобіонікоюй, наноелектронікою, наноприладобу-
дуванням, наномашинобудуванням і нанобіотехнологією складає комплекс фундаменталь-
них і прикладних наук XXI сторіччя, а саме — нанотехнології. Приведена нова класифікація
наноструктурних матеріалів, на основі якої сформульована концепція інженерії форми
поверхні наноматеріалів. Новою парадигмою науки про наноматеріали є цілеспрямоване
проектування і створення нових наноархітектур із заданним комплексом розмірних і резо-
нансних фізико-хімічних ефектів, що формують і забезпечують унікальні властивості на-
номатеріалів, наноприладів і наномашин. Як ілюстрація цього представлено оригінальні
ідеї і дослідження автора в областях: 1) синтезу нових аллотроп вуглецю і поліморф
нітриду бора з унікальною комбінацією фізичних властивостей; 2) розробки п'єзо-акусто-
електронного нанотрубчастого перетворювача гіперзвуку в екстремально високочастот-
ному терагерцовому діапазоні; 3) розробки теорії кімнатно-температурної над-
провідності на основі граток нанотрубок; 4) дослідження нового фізичного явища фото-
акусто-електронного супер-резонансу в нанотрубчастих кристалах.
Ключові слова: наноматеріалознавство, нанотехнології, класифікація наноструктур-
них матеріалів, інженерія поверхні наноматеріалів.
Введение
Необходимость создания новых материалов с рекордными характеристи-
ками, сочетающих комплекс оптимальных свойств и работающих в экстре-
мальных условиях, привела к развитию порошковой металлургии ультра-
дисперсных материалов. Тенденция к миниатюризации в микроэлектронике и
машиностроении, открытие фуллеренов и нанотрубок, создание квантовых
точек, волокон, слоев и гетероструктур привели к развитию науки о наност-
руктурных материалах, наноматериаловедения, а их получение, исследование
и применение стало основой разработки нанотехнологий XXI века.
*©Покропивний Володимир Васильович, доктор фіз.-мат. наук, зав. відділом теоре-
тичного матеріалознавства, працює в Інституті проблем матеріалознавства
ім. І.М.Францевича НАН України з 1977 року. Член міжнародних товариств
EMRS, MRS, ACS. Спеціаліст в області нанофізики, матеріалознавства, невуглеце-
вих нанотрубок, наноструктур, поліморфних модифікацій, контактних явищ, висо-
котемпературної надпровідності, комп’ютерного моделювання, нанотрибології та
радіаційних пошкоджень.
Скороход Валерій Володимирович, директор Інституту проблем матеріалознавства
ім. І.М. Францевича НАН України, академік НАН України, доктор техн. наук –
видатний вчений а галузі сучасного матеріалознавства.
“Вісник” УМТ № 1 (1) 2008
56
Нанотехнологии
Нанотехнологию (НТ) можно определить как комплекс фундаментальных
и инженерных наук, интегрирующих химию, физику и биологию наноструктур
с материаловедением, электроникой и инженерией технологических процес-
сов, направленных на всестороннее исследование наноструктур, развитие фи-
зико-химических процессов самосборки и искусственной сборки атомно-
молекулярных структур, наноматериалов и наноизделий с помощью зондовых
манипуляторов, и предназначенных для разработки и производства нанопри-
боров, микро- и нано-машин, сверхмалых интегральных схем, микро-опто-
электронно-механических систем, нано-биороботов и т.п. [1].
Практически НТ появились в 80-х годах, когда были изобретены скани-
рующий туннельный микроскоп, атомно-силовой и другие зондовые микро-
скопы. Они дали возможность реализовать главную концепцию НТ, сформу-
лированную Фейнманом — искусственно осуществить сборку изделий и
приборов из отдельных атомов и молекул.
Тенденция к миниатюризации стала реальной движущей силой НТ. Ог-
ромное преимущество Pentium-4 над IBM-360 достигнуто за счет миниатюри-
зации интегральных схем и создания микрочипов, содержащих до ~109 эле-
ментов/см2 размером до ~200 нм. И это не предел, размер отдельных
элементов может быть уменьшен по крайней мере на порядок.
При переходе в наномир возникает естественный вопрос, а где его преде-
лы? Формально наномир ограничен субмикронным размером частиц d <
100 нм. Физически он определяется размерными эффектами — при уменьше-
нии размера физико-химические свойства частиц и материалов из них сущест-
венно, а иногда и кардинально изменяются. Разделяют два вида размерных
эффектов — внутренние и внешние, а также классические и квантовые. Внут-
ренние или собственные размерные эффекты — это изменение свойств самих
частиц (параметров решетки, температуры плавления, твердости, запрещенной
зоны, люминесценции, коэффициентов диффузии, химической активности,
сорбции, реакционной способности и другие) безотносительно к внешним воз-
действиям. Внешние размерные эффекты возникают неизбежно в процессах
взаимодействия различных физических полей с веществом при уменьшении
размеров строительных блоков ее микроструктуры (частиц, зерен, доменов) до
критической величины, при которой он становится соразмерным с длиной фи-
зического явления (длиной свободного пробега электронов, фононов, длиной
когерентности, длиной экранирования, длиной волны излучения и другие).
Классические размерные эффекты проявляются в изменении параметра решет-
ки, температуры плавления, твердости, пластичности, теплопроводности,
диффузии, нелинейности проводимости и т.п. Квантовые размерные эффекты
проявляются в голубом сдвиге спектров люминесценции, возникновении ха-
рактерных низкоразмерных квантовых состояний, квантовании электро-
проводности в магнитном поле, осцилляциях критической температуры сверх-
проводимости, магнетосопротивлении и других физических характеристиках,
генерации гиперзвуковых акустических колебаний и другие. Поэтому именно
при исследовании размерных эффектов в новых наноструктурах и во внешних
полях можно надеяться на открытие новых эффектов и явлений и создание на
их основе новых наноматериалов и наноизделий.
Нанотехнология — это интердисциплинарная наука, включающая в себя:
1. Нанохимию (наноколлоидная, золь-гель и квантовая химия), направленную
на самосборку и синтез наночастиц и изучение их внутренних размерных эффектов.
ІІІ. Фундаментальні проблеми матеріалознавства
57
2. Нанофизику (квантовая физика, спинтроника, фотоника) направленную
на искусственную сборку и изготовление квантовых наногетероструктур и на-
ноархитектур и изучение их внешних размерных эффектов.
3. Наноматериаловедение, направленное на исследование атомистических
процессов и разработку нанопорошковых технологий (нано-спекание, нанотрибо-
логия, наносварка и другие) для разработки и изготовления нанокерамик, функ-
циональных наноматериалов, нанокомпонент и “умных” (smart) наноизделий.
4. Наноэлектронику, оптоэлектронику, нано-машиностроение, направленных
на разработку новых оптоэлектронных наноприборов, наносистем (MEMS,
MOEMS), интегральных схем, (ULСI), наномоторов, нанороботов и т.п.
5. Нанобионику — разработку биомашинных комплексов (нанобиочипов,
нанобиороботов).
6. Наноприборостроение, нанометрологию и ручное искусство “левши”,
направленных на разработку и изготовление наноприборов, инструментов и
информационно-вычислительных систем для обеспечения самих НТ.
Объединение этих наук в нанотехнологии отражает смену парадигмы в
технологии — наноизделие, наноприбор или наносистема будет создаваться
путем искусственной сборки или самосборки из атомов, молекул и кластеров
сразу и целиком в одном технологическом процессе, интегрируясь затем в
микроприбор, а не собираться из отдельных частей. На смену традиционным
технологическим процессам термомеханической обработки (прокатки,резки,
сварки, пайки и т.п.), и технологическим процессам микроэлектроники (хими-
ческое и физическое осаждение из газовой фазы, литография, штамповка и
другие) придут новые технологические атомистические процессы (выращива-
ние, мембранно-шаблонный синтез, золь-гель технологии, самосборка, нано-
литография, атомная манипуляция и другие).
Следует подчеркнуть, что нанотехнологии призваны не заменить сущест-
вующие микротехнологии, а в комплексе с ними дополнить их в углубленном
изучении и овладении наномиром.
Человек живет в макромире и вступает в контролируемый и управляемый
контакт с наномиром в основном при помощи острия зондового микроскопа, так
что контакт “острие—поверхность” является в сущности контактом “макро-
мир—наномир”. Поэтому ключевой проблемой современных НТ является изу-
чение наноконтактных явлений (адгезии,схватывания, индентирования, износа,
разрыва и другие) в зависимости от типа межатомных, межмолекулярных свя-
зей, типа и конфигурации контакта, размеров острия и наноструктур, величины
нагрузки, ширины зазора, атмосферы и влажности, температуры, величины
электрического и магнитного поля, частоты и интенсивности электромагнитных
полей и т.п. Эти исследования должны вылиться в разработку управляемых на-
нотехнологий манипуляции, характеризации, контроля, позиционирования и
сборки наноструктур, в частности, схватывания, захвата, перемещения, разрыва,
и адгезии молекулярных строительных единиц в заданном месте.
Объектами НТ являются отдельные атомы, молекулы, кластеры, фуллере-
ны, супрамолекулярные структуры, кристаллы из них, нанотрубки, нановолокна,
нанопрутки и их упорядоченные колонии, такие как фотонные кристаллы.
Фуллерены и атомные кластеры являются предельно малыми нульмерны-
ми (0D) наноструктурами, квантовыми точками, обладающими свойствами,
присущими наноматериалу, а не отдельному атому. При этом под фуллерена-
ми следует понимать не только бакибол С60, а все огромное множество других
углеродных Cn и неуглеродных кластеров Хn и меткарбов Ме&Cn. Уже сейчас
на основе фуллеренов разработаны транзисторы, туннельные диоды, молеку-
“Вісник” УМТ № 1 (1) 2008
58
лярные переключатели, наноусилители, а на основе фуллеритов — оптические
фильтры, сенсоры, солнечные элементы, магнито-оптические рекордеры, фо-
тоэлектронные и другие наноприборы.
Нанотрубки, нановискерсы и нанопрутки обладают более богатыми потенци-
альными возможностями. В отличие от 0D фуллеренов, это 1D обьекты, квантовые
нити, наноскопические по диаметру и макроскопические по длине. Их уникаль-
ность состоит в том, что в них могут распространяться кольцевые и цилиндрические
колебания, как акустические так и электромагнитные. Отдельная нанотрубка —
идеальная лаборатория для исследования квантовых явлений. Все сказанное отно-
сится не только к углеродным, но и к неуглеродным фуллеренам и нанотрубкам
(нитрид-борные, оксидные, халькогенидные, галогенидные и некоторые другие III-
V и II-VI соединения), которые обладают более разнообразными свойствами.
Двумерные (2D) гетерослои и нанодиски, квантовые стенки и ямы, переко-
чуют из микро- в нано-электронику. Перспективными выглядят квази-2D-
скопления параллельных нанотрубок и нанопроволок, упорядоченных в виде леса,
и кристаллы из них. Их свойства определяются новыми принципами распростра-
нения и управления электромагнитных волн, основанными на законе брэгговской
дифракции, а не полного внутреннего отражения. Это квантовые и в то же время
макроскопические 2D кристаллы. Резонансные состояния в них фактически пред-
ставляют собой новые уникальные структурные состояния вещества, исследова-
ние которых становится сейчас новым направлением в нанофизике. На этой осно-
ве уже созданы волноводы, лазерные диоды, инфракрасные датчики, и т.п.
Проектирование таких эффектов и искусственных сред, создание сложных
каркасных структур на макро-микро-мезо-нано-уровнях, поиск в них новых эффек-
тов и явлений и создание новых наноприборов представляется сейчас самым пер-
спективным направлением НТ ближайшего будущего. Примером служат необыч-
ные “левые” вещества, в которых открыт обратный закон отражения, и предсказаны
обратный эффект Допплера и обратный эффект Черенкова. В наноматериаловеде-
нии на первый план выступает не примесная инженерия, а инженерия структуры и
формы. Материал уже не является сырьем или заготовкой, а сразу формируется как
наноизделие. Преимущества наноматериалов скажутся не на макро-уровне, а имен-
но при разработке микро-нано-приборов, например, электронного комара.
Новыми характерными признаками нанотехнологий, отличающих их от
уже существующей атомно-молекулярной физики, химии и микроэлектрони-
ки, являются:
1. Искусственная манипуляция нанообъектами и ручная или автоматичес-
кая сборка наперед спроектированных наноприборов и устройств, используя
подход снизу (bottom-up approach).
2. Сознательное и преднамеренное вмешательство в механизмы нанопро-
цессов с целью их всеобъемлющего контроля и управления.
3. Изобретение, конструирование и разработка новых наноприборов с их
последующей интеграцией в микро-, мезо-, и распределенные макросистемы.
Особенностью наномира является стирание грани между неживой и живой ма-
терией. Признаки жизни — обмен веществ — появляются не на молекулярном, а на
супрамолекулярном уровне. Белки, мембраны и нуклеиновые кислоты представля-
ют собой гигантские природные наноструктуры, собранные в результате самоорга-
низации. Это указывает на уникальную возможность создания неорганических на-
номатериалов и наноизделий путем мимикрии, самосборки по аналогии с живой
природой. Примерами служат искусственное выращивание жемчуга внутри раку-
шек, а также самоорганизация неравновесных дефектов на поверхности полупро-
водников под действием ионного распыления, бомбардировки и имплантации.
ІІІ. Фундаментальні проблеми матеріалознавства
59
Вступая в наномир следует предостеречь от чрезмерных иллюзий, спекуля-
ций и обозначить следующие трудности и проблемы.
1. Уменьшение размеров частиц имеет ограничения и не всегда способст-
вует улучшению свойств. Размер частиц накладывает ограничение снизу на
свойства нанокомпозитов. Например, существует оптимальный размер дис-
персных включений в оксидных керамиках ~ 10–20 мк, при которых достига-
ется оптимальное сочетание твердости и долговечности.
2. Поверхностные эффекты могут вызывать реконструкцию, фазовые пре-
вращения и распад наночастиц. Дальнейшее уменьшение размера частиц при-
водит к термической нестабильности, рекристаллизации и недолговечности
наносистемы. Пример — буквы (IBM, NANO) и кораллы, написанные на по-
верхности атомно-силовым микроскопом недолговечны, так как атомы инерт-
ных газов и металлические нанокластеры быстро диффундируют и растекают-
ся по поверхности. Стабильными и долговечными могут быть только
ковалентно-связанные полупроводниковые соединения и керамики.
3. Космическое излучение и радиационный фон могут привести к радиа-
ционным нарушениям, выбиванию атомов, деградации наноструктур и ухуд-
шению качества наноизделий.
4. Тепловой шум и вибрации всегда будут существенно ограничивать
свойства и характеристики наноизделий.
5. Неудалимые примеси, даже в самой малой концентрации, способны на-
рушить атомистические процессы, поэтому для НТ нужны сверхчистые ис-
ходные реагенты и помещения.
Все открытия в вакууме уже сделаны (не считая дальнейшего открытия
самого вакуума). Новые открытия, технические решения и изобретения воз-
можны в специально сконструированных искусственных наноструктурах, ко-
торые и станут основой НТ будущего.
Сейчас НТ находятся в детском возрасте. Мотивацией их интенсивного раз-
вития стали грандиозные и фантастические проекты создания человеко-чипных
систем, нанобио-роботов, “умной пыли” и т.п., что может повлиять на развитие
цивилизации. В США, ЕС, Японии, России и других развитых странах созданы
национальные программы и выделены миллиардные фонды. Перспективы нано-
технологий в начале 21 века выглядят оптимистически, но суровые реалии оче-
видно будут сильно отличаться от этих наивных надежд и проектов. В любом
случае развитие нанотехнологий исторически неизбежно и обречено на успех.
Классификация наноструктур по размерности
Предметом нанотехнологий являются новые объекты — наноструктурные
материалы (НсМ), под которыми следует понимать такие структуры и формы ма-
териалов, строительные элементы которых имеют субмикронный “наноразмер”
по крайней мере в одном направлении, в результате чего у них появляются раз-
мерные эффекты. Развитие любой науки нуждается в классификации. Первой бы-
ла классификация НсМ Гляйтера в 1995 г. [2], которая была расширена в работах
[3-5]. В последние годы были получены сотни новых наноструктур (НС), поэтому
назрела необходимость в их классификации.
В классификации следует разделять НС и НсМ. Наноструктуры имеют
только форму и размер безотносительно состава, а наноструктурные материалы —
еще и химический состав. В основу классификации НсМ положены и струк-
тура и состав, так как согласно фундаментальной материаловедческой триаде
они определяют свойства и применение материалов. Корректная классификация
“Вісник” УМТ № 1 (1) 2008
60
должна быть полной по одному из этих признаков, и только потом комбиниро-
ванной с учетом других признаков. Следовательно, в классификации НС следует
учитывать только форму и размер, характеризующиеся размерностью.
Наноструктурой формально считается такая структура, в которой хотя бы один
из размеров d меньше критического d* = 100–500 нм. Параметр d*, определяющий
границы наномира, не имеет строгого значения, так как определяется физическими
изменениями свойств и характеристик материалов при достижении одного из его
размеров или строительного элемента некоторого значения d = d*. Например, внут-
ренние размерные эффекты (изменение температуры плавления, параметра решет-
ки, ширины запрещенной зоны и другие), как правило, начинают проявляться при
d* ~ 10–100 нм. Однако внешние размерные эффекты могут проявляться и при
больших размерах, например, при взаимодействии со светом d* = λ = 500 нм.
В основу классификации наноструктур положена их размерность. Размер-
ность может быть одной из четырех 0D, 1D, 2D, 3D. Все наноструктуры можно
построить из элементарных строительных элементов (блоков), которые можно
разделить на 3 класса 0D, 1D, 2D. Элементарные единицы 3D не являются на-
ноструктурами, так как из них в общем нельзя построить структуры меньшей
размерности. Но из структур меньшей размерности 3D НсМ построить можно.
Введем обозначение наноструктур: kDlmn…, где k — размерность наност-
руктуры, l, m, n — размерности строительных единиц, причем колличество
чисел должно быть равно количеству типов елементарных единиц. Из опреде-
ления наноструктур k ≥ l, m, n, причем k, l, m, n = 0; 1; 2; 3.
Из этих условий вытекает, что существует всего 3 элементарных сорта НС
(0D, 1D, 2D), 9 одинарных классов типа kDl, построенных из строительных
единиц одного сорта, 19 бинарных классов типа kDl, m, построенных из строи-
тельных единиц двух сортов, а также множество тройных, четверных и т.д.
классов. Сложных НС последних классов получено еще очень мало, поэтому,
если ограничиться только 5 основными классами тройных структур типа kDl,
m, n построенных из строительных единиц трех сортов, то в результате полу-
чим всего 3 + 9 + 19 + 5 = 36 классов наноструктур, приведенных в табл.1.
Заметим, что:
1. Границы зерен между строительными элементами отдельными 2D НС, в
отличие от Гляйтера, не считаются. Границы между строительными элемента-
ми есть всегда, поэтому чтобы не добавлять всегда 2 в обозначение ее следует
подразумевать.
2. Классификацию можно расширить с учетом четверных и т.д. комбинаций.
3. Инверсные НС с пустотными строительными единицами (вакансионные
кластеры, нанопоры цилиндрические и плоские) отдельно не считаются.
В эту классификацию укладываются все уже известные, так и еще не син-
тезированные НС. Многие клеточки в табл. 1 еще почти пустые, что указывает
на возможность прогнозирования новых НС.
ІІІ. Фундаментальні проблеми матеріалознавства
61
Таблица 1
Иерархическая классификация наноструктур (L < 100–500 нм) по размерности
В. В. Покропивный, В. В. Скороход (2005)
Роль порошкового материаловедения в получении НсМ
Возникает вопрос о роли порошковой металлургии в создании новых НсМ
и наноматериаловедении. Эта роль существенная, поскольку вопросы консо-
лидации нанопорошков и наночастиц в материалы, полуфабрикаты, изделия и
наноприборы остаются и будут актуальными всегда.
Новыми перспективными инновациями нанопорошковой металлургии
должны стать:
“Вісник” УМТ № 1 (1) 2008
62
1. Создание более сложных, а не только обычных 3D0 порошковых нано-
материалов, в частности, ламинарных, волоконных, и другие.
2. Интеграция, сочетание, комплексация, порошковых технологий с но-
выми методами синтеза, таких как нанолитография, МПЭ, и другие.
3. Разработка новых методов, процессов и технологий синтеза наночастиц.
4. Разработка новых методов самосборки НсМ,таких как шаблонно-
мембранный золь-гель метод, самовоспламеняющияся синтез, биомимикрия, и
другие.
5. Развитие методов искусственной автоматической сборки, таких как на-
номанипуляция и другие.
6. Исследование физико-химических процессов изменения структуры и
свойств НсМ в условиях эксплуатации под действием термомеханических на-
грузок, в агрессивных средах, электромагнитных и радиационных полях.
7. Исследование размерных эффектов и резонансных явлений.
Преимуществом порошковой металлургии по сравнению с обычной, была
технология получения изделий из порошков, минуя стадию расплавленного мате-
риала. Оно остается, так как задачей нанопорошковой металлургии должно стать
получение наноизделий из нанопорошков. Это задача для химиков и технологов.
Но прежде, чтобы определить параметры наноструктур и тип материалов, необхо-
димо знать функции конечного наноизделия. Их должны сформулировать физики.
Следовательно, порошковая металлургия должна трансформироваться в порош-
ковые нанотехнологии изготовления наноприборов и наноизделий.
Наноспек, полученный методом порошковой металлургии, несет в себе
свойства материала отдельных частиц и свойства спеченной хаотической
структуры типа 3D0 и 3D00, но не несет свойств других упорядоченных нано-
структур. Однако в форме другой наноструктуры наноспек приобретет свойст-
ва как материала, так и другой наноструктуры и формы, что придаст ему новое
качество, новое свойство в полном соответствии с фундаментальной материа-
ловедческой триадой, где под структурой понимается уже не только кристал-
лическая, микро- и мезоструктура или морфология, а тип наноструктуры в со-
ответствии с таблицей 1.
Проектирование размерных и резонансных эффектов
Дополним классификацию таблицей размерных эффектов, чтобы заранее
определить, какие именно новые физико-химические свойства придает та или
иная наноструктура (таблица 2).
Между интеркристаллитными межзеренными границами и свободными
поверхностями раздела фаз существует принципиальное различие. Границы
зерен влияют в основном на внутренние классические (IC) размерные эффекты
(табл. 2). Поверхность же раздела фазы определяет форму, размерность и тип
НС. Резкая поверхность раздела может зеркально отражать электромагнитные,
акустические и де-бройлевские волны, в отличие от размытых диффузных гра-
ниц зерен, способных только пропускать и рассеивать их. Коэффициенты от-
ражения, поглощения и пропускания поверхностей и границ становятся важ-
нейшими характеристиками наноструктур. Ограничение размера НС приводит
к размерному квантованию (confinement) и вызывает внутренние квантовые
(IQ) эффекты (табл. 2), которые проявляются в оптических спектрах.
ІІІ. Фундаментальні проблеми матеріалознавства
63
Таблица 2
Сводная таблица размерных эффектов и их обозначения:
I — внутренний, E — внешний, C — классический, Q — квантовый.
Они обусловлены, например, отражением электронных волн от стенок НC
и их интерференцией внутри НС, когда длина волны де-Бройля соизмерима с
размером НС (λе ≈ d). Отражение электронов от поверхности НС, когда длина
их пробега превышает размер НС (lph ≥ d), приводит к падению электропро-
водности, андреевскому отражению, и др. Отражение фононов от поверхности
НС, когда длина их пробега превышает размер НС (lph ≥ d), приводит к обрезке
длинноволоновой части фононного спектра, и, как следствие, к падению теп-
лопроводности, теплоемкости, температуры Дебая, возможности генерации
акустических колебаний гиперзвукового диапазона и другим IQ-эффектам.
Множество внешних размерных эффектов как классических (EС), так и кван-
товых (ЕQ) может возникнуть при взаимодействии наноструктур с внешним
электромагнитным полем, когда длина волны соизмерима с размером НС, λem =
d, и удовлетворяет условию полного внутреннего отражения или брэгговской
дифракции. Например, при соблюдении условия dsinθ = nλem/2, НС класса
2D11, фотонные кристаллы, могут действовать не только как дифракционные
решетки или резонаторы, но и как световолноводы. На их основе возможны
“левые вещества” с отрицательным показателем преломления, инверсным эф-
фектом Допплера и Черенкова.
Кроме размерных эффектов, в НС возможен ряд резонансных явлений, в
частности, эффект Ааронова-Бома, магнитоакустический, фотогальванический
и другие, в которых наноструктура может выступать в качестве резонатора
акустических, электронных и электромагнитных волн, как в лазерах.
“Вісник” УМТ № 1 (1) 2008
64
Концепция инженерии формы поверхности
Из классификации Гляйтера, в которой под строительными блоками подразу-
меваются только кристаллиты и границы между ними, появилась концепция гра-
ничной инженерии НсМ, согласно которой свойства НсМ определяются в основном
межкристаллитными границами. Проблема структуры границ зерен и их влияния на
свойства поликристаллических материалов была сформулирована Гляйтером более
30 лет тому назад [6] и трансформировалась в концепцию “граничной инженерии”,
которая стала господствующей в материаловедении. Гляйтер перенес эту концеп-
цию и в наноматериаловедение, переформулировав ее на случай границ между на-
нокристаллитами. Автор полагает, что проблема границ зерен остается для ряда 2D
и 3D наноструктур, хотя бы потому, например, что проблема сверхпластичности
керамик так и не была решена. Однако при переходе к НсМ эта концепция отодви-
гается на второй и третий план по сравнению с тем огромным разнообразием новых
синтезированных уже и еще не синтезированных наноструктур, которые действи-
тельно обещают уникальные свойства и применения.
Новой задачей наноматериаловедения становится разработка новых нано-
архитектур, микро-электро-механических систем, наноприборов и наноизде-
лий. Это логическое следствие тенденции к миниатюризации — размер нано-
приборов уменьшается и становится соизмеримым с размером 0D порошков и
частиц, 1D волокон и нитей, 2D слоев и пластин, поэтому грань между нано-
материалами и наноприборами стирается. Наноприборы — комплексные кон-
струкции из наноматериалов, имеющие функциональное назначение. Напри-
мер, полупроволниковый лазерный диод на двойном гетеропереходе
Me/Al0,3Ga0,7As(n)/GaAs(n)/GaAs(p)/Al0,3Ga0,7As(p)/Me представляет собой со-
гласно нашей классификации наноструктуру 3D2222. Наноматериаловедение
превращается в наноприборостроение и наоборот.
Из нашей классификации следует, что концепцию “инженерии границ”
следует дополнить концепцией “инженерии формы поверхности” нанострук-
турных материалов, поскольку не только, и не столько интеркристаллитные
границы, а тип, размер и форма наноструктур, представленных в табл. 1, опре-
деляет свойства наноструктурных материалов. В классификации Гляйтера есть
только 4 класса из таблицы 1, а остальные 32 класса отсутствуют. Но именно
они и являются новым полем для нанотехнологий.
Согласно этой концепции геометрическая форма поверхности нанострук-
тур выступает как главный основной фактор, формирующий и определяющий
свойства НсМ. Геометрия всегда играла и играет важную роль в физике. На-
пример, обобщая принцип общей теории относительности Эйнштейна, можно
сформулировать принцип, что физика — это геометрия плюс физические за-
коны. Это в космосе. Из предложенной классификации следует, что этот
принцип действует и в нанокосмосе, наномире. Его можно сформулировать
так: нанофизика — это геометрические формы поверхности и размер наност-
руктур плюс критические характеристики физических явлений, определяющих
физические размерные эффекты в материалах.
Геометрические формы можно конструировать теоретически, строя наноархи-
тектуры, и формировать экспериментально, управляя технологическими парамет-
рами. Размерные эффекты (внутренние) можно теоретически предвидеть, предска-
зать, зная: 1) размер и геометрическую форму наноструктур и 2) критические длины
физических явлений (длины свободных пробегов, длины акустических и электрон-
ных волн, длины волн плазменных, фононных, оптических колебаний, диффузион-
ные длины, длины корреляции, скорости электронов, фононов и других квазича-
ІІІ. Фундаментальні проблеми матеріалознавства
65
стиц, и т.п.), а внешние размерные эффекты — зная, кроме того, величины внешних
воздействий (длина волны электромагнитных и акустических волн, параметры
электрических и магнитных полей, глубина проникновения внешнего поля, и дру-
гие). Следовательно, комбинируя форму наноструктур с критическими характери-
стики материала можно заранее предсказывать размерные эффекты, то есть конст-
руировать размерные эффекты наперед, а, значит теоретически конструировать
новые физические свойства наноструктур. Фактически, и достаточно неожиданно,
мы приходим к старой идее “предсказания материалов с наперед заданными свой-
ствами”. Ранее, в рамках концепций “примесной” и “зернограничной” инженерии,
свойства, в основном, менялись плавно. А в рамках предлагаемой “инженерии фор-
мы поверхности” свойства меняются скачком, размерные эффекты возникают в
результате удачного совпадения внешних форм и размеров с критическими харак-
теристиками материала и внешних воздействий.
Существенно, что множество размерных эффектов конечно, так как число
классов геометрических форм и число критических характеристик материалов
ограничено. Предположим, число первых согласно предложенной классифи-
кации примерно равно 36, а число критических характеристик — 10, тогда по-
лучим 360 основных классов размерных эффектов. Следовательно, наномир
можно представить как “многоквартирный (360) дом” размерных эффектов.
Таким образом, зная класс наноструктуры, тип материала и известные
размерные эффекты, можно заранее, a priori качественно предвидеть свойства
наноструктурного материала. Наноструктурное материаловедение превраща-
ется в наноструктурную инженерию формы поверхности, дополняющую ин-
женерию границ, что приводит к расширению парадигмы наноструктурного
материаловедения.
Рассмотрим далее несколько перспективных направлений наноматериало-
ведения.
Необычные аллотропы углерода и полиморфы нитрида бора
Уникальность углерода по сравнению с другими элементами кроется в его воз-
можности образовывать различные типы химических связей путем гибридизации s
и p орбиталей. О синтезе новых необычных фаз углерода и нитрида бора сообща-
лось разными авторами и в разное время на протяжении последних 40 лет. По-
видимому у углерода, как у нитрида бора, существует около десяти различных ал-
лотропных модификаций [7]. Парадоксально, но в отличие от традиционных форм,
структура необычных модификаций C и BN так до сих пор и не установлена, а их
свойства изучены явно неполно. Ключ к расшифровке необычных модификаций
предложен в работе [8], в которой впервые предложено строить кристаллические
решетки (кубические, гексагональные, алмазные, и другие) из так называемых кри-
сталлообразующих молекул, обладающих необходимой симметрией кристаллов, и в
частности, из молекул С24, С48, С120, B12N12, B24N24, B60N60.
В работе [9] методом флюидного высокотемпературно-барического синте-
за получен так называемый “кубический графит”. В работе [10] расшифрована
его структура представляющая собой простую кубическую решетку, в узлах
которой расположены молекулы С24. Этот материал назван простым кубиче-
ским фуллеритом ПКФ-С24. В работе [11] рассчитана электронная структура и
объемный модуль ПКФ-С24, который представляет собой новый легкий цео-
литоподобый полупроводниковый материал с низкой диэлектрической прони-
цаемостью, что делает его перспективным для коннекторов и подложек высо-
кочастотных интегральных схем.
“Вісник” УМТ № 1 (1) 2008
66
Кубический нитрид бора (c-BN) с решеткой сфалерита (аналог алмаза) и
гексагональный (w-BN) с решеткой вюртцита (аналог лонсдейлита) — это ос-
нова сверхтвердых, легких, жаропрочных, коррозионностойких материалов
конструкционного назначения, а также теплопроводных диэлектриков и широ-
козонных полупроводников. Гексагональный графитоподобный (h-BN), ром-
боэдрический (r-BN), и турбостратный (t-BN) нитрид бора с решетками типа
графита, но с разной последовательностью упаковки слоев, составляют основу
материалов с анизотропными механическими, термическими, электрическими
и оптическими свойствами. Кроме этих трехмерных (3D) и двухмерных (2D)
структур недавно были синтезированы 1D нанопроволоки и нанотрубки, а
также 0D фуллерены и онионы из BN.
У нитрида бора, как и у изоморфного аналога углерода, обнаружены также и
необычные фазы, промежуточные по плотности между h-BN (ρ = 2,29 г/cм3) и c-
BN (ρ = 3,49 г/cм3). Они получены в сильно неравновесных условиях и в малых
количествах, поэтому их структура не установлена и дискутируется в литературе.
Новая полиморфная модификация нитрида бора получена методом сверх-
критического флюидного синтеза в газостате высокого давления при давлении
P < 200 MPa и температуре Т < 1000 °C в разных атмосферах [12]. Наличие
новой фазы подтверждают рентгеновские и инфракрасные спектры. Ряд линий
на дифрактограммах и инфракрасных спектрах совпадают с литературными
данными для фазы, известной ранее как Е-фаза. На этом основании сделан вы-
вод, что новым методом, вероятно, получена Е-фаза. Предложена структура
новой фазы в виде решетки типа алмаза, в узлах которой расположены моле-
кулы фулборена B12N12. (рис. 1.)
Рис. 1. Элементарная ячейка гипералмазного фулборенита ГАФ-B12N12 в проекции на плос-
кости (100), (110), и (111) [12]
Это решетка типа алмаза в узлах которой расположены молекулы B12N12,
ковалентно связанные гексагональными гранями. Все связи между чередую-
щимися B–N атомами — sp3 гибридизированные.
В пользу этого свидетельствует совпадение расчетных и эксперименталь-
ных значений параметра решетки (A = 1,152 нм и С = 1,114 нм соответствен-
но), плотности (ρ = 2,59 г/cм3 и ρ = 2,5–2,6 г/cм3)) и рентгеновских дифракто-
грам. Это новый нитридборный цеолит с решеткой фожазита, названный
гипералмазным фулборенитом ГАФ-B12N12. Примечательно, что его расчет-
ный объемный модуль В = 658 ГПа выше, чем у алмаза [13].
ІІІ. Фундаментальні проблеми матеріалознавства
67
Предельно высокочастотный пьезоакустический
преобразователь гиперзвука на базе нанотрубчатых антенн
Теоретически обоснован и спроектирован предельно высокочастотный
электронноакустический (или же акустоэлектронный) гиперзвуковой преобра-
зователь в гига-тера-герцовом диапазоне на базе связок BN/SiC или (BN/BC)
нанотрубоволокон (рис. 2) [14, 15].
1 2
3
Рис. 2. [14,15]. 1 — Нитридборная одностенная кресловидная (5,5) нанотрубка, и ее собст-
венные колебания галлереи шепчущих мод: A1g, — дышащая, E2g, E6g — шепчущие моды;
2 — схема электроакустического преобразователя гиперзвука на базе 2D связки из SiC на-
новолокон, покрытых BN нанотрубками; 3 — схема предельно высокочастотного генера-
тора гиперзвука или гиперзвуковых фононов (фазера)
Высокотемпертурная сверхпроводимость на базе нанотрубчатых кристаллов
Предложен новый тип идеального высокотемпературного сверхпроводни-
ка, который должен иметь рекордные значения критической температуры Тс и
тока Jc [16–18]. Теоретически обосновано, что 2D-кристалл с параметром ре-
шетки порядка глубины проникновения магнитного поля a ~ 2λ (рис. 3, а, б) из
сверхпроводящих квази-1D-нанотрубок диаметром порядка радиуса корреля-
ции d~ξ (рис. 3, в, г) будет идеальной и естественной средой для закрепления
сверхпроводящих вихрей Абрикосова вследствие проявления резонансных
эффектов между структурами 2D-кристалла и 2D-решетки вихрей (эффект
упорядочения). Кроме того, вследствие интерференции кольцевых дебройлев-
ских волн, циркулирующих по кругу или спирали нанотрубок, при определен-
ных условиях резонанса, а именно 2d = ml, m = 1,2,3…, возникает галерея не-
затухающих кольцевых мод, причем как электронны, так и фононных
колебаний. Это создает идеальные условия для электрон-фононного взаимо-
действия и, как следствие, куперовского спаривания пары электронов на диа-
метрально противоположных концах нанотрубки, а также бозе-
эйнштейновской конденсации всех пар. Синтез подобных кристаллов на осно-
ве простых и технологичных сверхпроводников типа MgB2 и NbSe2 становится
реальным.
“Вісник” УМТ № 1 (1) 2008
68
Рис. 3. Два вида идеального комнатно-температурного сверхпроводника на основе фотон-
ных 2D-кристаллов (параметр решетки которых порядка удвоенной глубины проникнове-
ния магнитного поля a ~ 2λ) из нанотрубок свернутых из слоистого сверхпроводящего ма-
териала (диаметр которых порядка длины корреляции ~ ξ) [16–18]: а — квадратная
решетка из нанотрубок, нанесенных на внутренние стенки наноцилиндров цеолитоподоб-
ной 2D-мембраны; б — треуголная решетка нанотрубок, нанесенных на внешние поверхнос-
ти щеткоподобной 2D решетки из нановолокон; в — поперечное сечение нанотрубки из
редкоземельного борокарбида LuNiBC; г — поперечное сечение нанотрубки из редкоземель-
ного купрата La2Me2–x CuO4 (Me = Ba, Ca, Sr, x<0,2)
Комбинированный фото-акусто-электронный
супер-резонанс в специальных нанотрубчатых криталлах
Практически все открытия в вакууме уже сделаны (не считая дальнейшего
открытия самого вакуума), поэтому новые открытия возможны в специально
сконструированных искусственных средах. Отдельная нанотрубка и кристалл
из них — идеальная лаборатория для исследования квантовых явлений. Мак-
роскопические, но квантовые нанотрубчатые кристаллы — это новый класс
таких сред. Резонансные состояния в них фактически являются новым струк-
турным состоянием вещества с уникальными свойствами, исследование кото-
рых станет новым направлением в нанофизике.
Впервые теоретически предсказана уникальная возможность тройного ком-
бинированного фото-акусто-электронного (Ф-А-Э) супер-резонанса в нанотрубках
и нанотрубчатых двумерных 2D композитах на некоторой единственной частоте
названной частотой супер-резонанса [19]. Впервые составлена сводная шкала аку-
стических, электромагнитных и электронных волн, совмещенных приближенно
по частоте. Предполагается, что при уменьшении диаметра нанотрубки, сделан-
ной из сверхпроводящего материала, неизбежно должен возникать размерный
квантовый эффект, который приводит к резонансному усилению электрон-
фононного взаимодействия, проявляющего себя в возникновении сверхпроводя-
щего состояния. Кроме того, при взаимодействии с электромагнитным полем на
ІІІ. Фундаментальні проблеми матеріалознавства
69
этой супер-частоте и в этом состоянии в нанотрубке, помещенной в магнитном
поле, дополнительно должен возникать фото-акустический и фото-электронный
резонанс, а в итоге и тройной комбинированный фото-акусто-электронный резо-
нанс. Эта супер-резонансная частота является новой характеристикой вещества,
присущей нанотрубкам и нанотрубчатым композитам. Она определяется уни-
кальной комбинацией многих параметров, а именно: материала нанотрубок, их
типа и размера, параметра решетки нанотрубчатого кристалла, напряженности
внешнего магнитного поля, и частоты электромагнитного поля. Подобное состоя-
ние является новым уникальным структурным состоянием вещества, в котором
возможно высокоэффективное преобразование и перекачка все трех видов коле-
бательной энергии (электронной, фононной и фотонной) друг в друга. Супер-
резонанс может быть использован для создания комнатно-Tc сверхпроводника,
фононного квантового генератора, электроакустического гиперзвукового преоб-
разователя, высоко добротной наноантенны, низко-барьерного наноэмиттера, вы-
сокоэффективного солнечного элемента.
Начертаны тенденции и перспективы развития наноматериаловедения, которое на-
ряду и пересекаясь с нанофизикой, нанохимией, нанобионикой, наноэлектроникой, нанопри-
боростроением, наномашиностроением и нанобиотехнологией составляет комплекс фун-
даментальных и прикладных наук XXI века, а именно — нанотехнологии. Приведена новая
классификация наноструктурных материалов, на основе которой сформулирована концеп-
ция инженерии формы поверхности наноматериалов. Новой парадигмой науки о нанома-
териалах является целенаправленное проектирование и создание новых наноархитектур с
наперед заданным комплексом размерных и резонансных физико-химических эффектов,
которые формируют и обеспечивают уникальные свойства наноматериалов, наноприбо-
ров и наномашин. Как иллюстрация представлены оригинальные идеи и исследования авто-
ра в областях: 1) синтеза новых аллотроп углерода и полиморф нитрида бора с уникальной
комбинацией физических свойств; 2) разработки пьезо-акусто-электронного нанотрубча-
того преобразователя гиперзвука в предельно высокочастотном терагерцовом диапазоне;
3) разработки теории комнатно-температуной сверхпроводимости на основе решеток
нанотрубок; 4) исследования нового физического явления фото-акусто-электронного су-
пер-резонанса в нанотрубчатых кристаллах.
Ключевые слова: наноматериаловедение, нанотехнологии, классификация нанострук-
турных материалов, инженерия поверхности наноматериалов.
Tendency and perspectives of development of nanomaterials science which together and
crossing with nanophysics, nanochemistry, nanobionics, nanoelectronics, nanodevices and
nanoengineering and nanobiotechnology constitutes the nanotechnology – the complex of funda-
mental and engineering sciences of XXI century. New classifications on nanostructured materials
is presented on base of which new conception of a surface forms engineering of nanomaterials is
formulated. By new paradigm of nanomaterials science is purposeful design and development of
novel nanoarchitectures with a complex of size and resonant effects prescribed in advance, which
forms and ensures the unique properties of nanomaterials, nanodevices and nanomachines. For
illustration the author's new ideas and research are presented in the field of : 1) synthesis of novel
carbon allotropes and boron nitride polymorphes with unique combination of physical properties;
2) development of new piezo-acousto-electric transducer of hypersound in extremely high-
frequency terahertz range; 3) development of the theory of room-temperature superconductivity on
base of nanotube lattices; 4) research of new physical phenomenon, the photo-acousto-electronic
super-resonance in nanotubular crystals.
Keywords: nanomaterials science, nanotechnologies, classification of nanostructural mate-
rials, engineering of nanomaterials surfaces.
“Вісник” УМТ № 1 (1) 2008
70
1. Pokropivny V. V. Preface. Entering into Nanotechnology Era // Int. I. Nanotechnology. –
3, No. 1. – P. 1–5, (2006).
2. Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure // Acta Mater. –
2000. – 48, No. 1. – P. 1–29.
3. Скороход В. В., Рагуля А. В., Уварова И. В. Наноструктурные материалы. – Киев:
Академпериодика, 2001.
4. Pokropivny V.V., Skorokhod V.V. Classification of nanostructures by dimensionality and
concept of surface forms engineering in nanomaterials science// Mat. Sci. & Eng. C 27,
990-993 (2007)
5. В.В.Покропивный, В.В. Скороход. Классификация наноструктур по размерности,
топологическим признакам и концепция инженерии формы поверхности в нанома-
териаловедении// Наноструктурное материаловедение №1 (2008).
6. Гляйтер Г., Чалмерс Б. Большеугловые границы зерен. – М: Мир, 1975.
7. Покропивный В. В. Структуры необычных аллотроп углерода и полиморф нитрида
бора // Наноструктурное материаловедение – 1, № 1, 38–57 (2005).
8. Pokropivny V. V., Skorokhod V. V., Oleinik G. S. et al. Boron nitride analogues of
fullerenes (the fulborenes), nanotubes, and fullerites (the fulborenites) // J. Solid State
Chemistry 54, 212–224 (2000).
9. Смоляр А.С., Созин Ю.И., Бархоленко В.А. и др. Сверхтвердые материалы 2, 79
(2002)
10. Покропивный В. В., Покропивный А. В. Структура “кубического графита” — про-
стой кубический фуллерит C24 // Физика твердого тела, 46, № 2, С. 380–382 (2004).
11. Pokropivny V. V., Bekenev V. L. Electronic structure of novel carbon allotrope, the sim-
ple cubic fullerite SCF-C24 (“cubic graphite”) as perspective low-dielectric molecular
semiconductor // Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures. 13, No. S1, P. 1–13
(2005).
12. Покропивный, А.С. Смоляр, А.В. Покропивный. Флюидный синтез и структура
новой полиморфной модификации нитрида бора - гипералмазного фулборенита
ГАФ-B12N12 (Е-фазы)// Phys. Solid State (St-Petersberg) . V.49, No 3, P.591-598
(2007); Физика твердого тела 49, № 3, 562-568 (2007). Pokropivny V. V., Smolyar A.
S., Pokropivny A.V. et al. Fluid synthesis and structure of novel boron nitride polymorph
- hyperdiamond fulborenite HDF-B12N12 // ADC Nanocarbon-2005, ANL May 15–19,
2005, Abstracts.
13. Покропивный В.В., Бекенев В.Л.. Электронные свойства и объемные модули новых по-
лиморф нитрида бора – гипералмазного B12N12 и простых кубичнсеих B24N24, B12N12
фулборенитов// Физика и техника полупроводников. 40, №6. C. 656-662 (2006).
14. Pokropivny V. V. Photonic 2D crystals built from nano-tubes, nanochannels and
nanowires: review of recent progress in synthesis, properties and promising applications
// Proc. of SPIE. 6th Int. Conf. “Materials science and material properties for IR-opto-
electronics” Kiev, 22–24 May 2002.
15. V. Pokropivny, A.Pokropivny, A. Lohmus, R.Lohmus, S.Kovrygin, P. Sylenko, R.Partch,
E. Prilutskii. Extremely high-frequency piezoelectroacoustic transducer based on BN-
tube/SiC-whiskers// Physica E. Low dimensional structures 37, 283-286 (2007).
16. Pokropivny V. V. Room-Tc superconductivity on whispering mode in quasi-1D compos-
ite of superconducting nanotubes. Is it possible? // J. Superconductivity 13, 607 (2000).
17. Pokropivny V. V. Composite on base of 2D nanotubular lattice as ideal high-Tc syper-
conductor // Physica C 351, No. 1, 71–77 (2001).
18. Pokropivny V. V. Nanostructured superconductors: From granular through wire towards high-
Tc nanotubular 2D composites // Int. J. of Nanotechnology, 1, No. 1, P. 170–192 (2004).
19. Pokropivny V. Unique opportunity for combined photo-acousto-electronic super-
resonance in quantum nanotubular 2D crystals // Mat. Sci. & Eng. C. 25, No. 5–8. – P.
771–774 (2005).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-15847 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0036 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:31:17Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Українське матеріалознавче товариство |
| record_format | dspace |
| spelling | Покропивный, В.В. Скороход, В.В. 2011-02-01T21:36:25Z 2011-02-01T21:36:25Z 2008 Перспективы наноматериаловедения / В.В. Покропивный, В.В. Скороход // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2008. — № 1(1). — С. 55-70. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. XXXX-0036 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15847 620.22 Накреслено тенденції і перспективи розвитку наноматеріалознавства, яке поряд і пересікаючись з нанофізикою, нанохімією, нанобіонікоюй, наноелектронікою, наноприладобудуванням, наномашинобудуванням і нанобіотехнологією складає комплекс фундаментальних і прикладних наук XXI сторіччя, а саме — нанотехнології. Приведена нова класифікація наноструктурних матеріалів, на основі якої сформульована концепція інженерії форми поверхні наноматеріалів. Новою парадигмою науки про наноматеріали є цілеспрямоване проектування і створення нових наноархітектур із заданним комплексом розмірних і резонансних фізико-хімічних ефектів, що формують і забезпечують унікальні властивості наноматеріалів, наноприладів і наномашин. Як ілюстрація цього представлено оригінальні ідеї і дослідження автора в областях: 1) синтезу нових аллотроп вуглецю і поліморф нітриду бора з унікальною комбінацією фізичних властивостей; 2) розробки п'єзо-акусто-електронного нанотрубчастого перетворювача гіперзвуку в екстремально високочастотному терагерцовому діапазоні; 3) розробки теорії кімнатно-температурної надпровідності на основі граток нанотрубок; 4) дослідження нового фізичного явища фотоакусто-електронного супер-резонансу в нанотрубчастих кристалах. Начертаны тенденции и перспективы развития наноматериаловедения, которое наряду и пересекаясь с нанофизикой, нанохимией, нанобионикой, наноэлектроникой, наноприборостроением, наномашиностроением и нанобиотехнологией составляет комплекс фундаментальных и прикладных наук XXI века, а именно — нанотехнологии. Приведена новая классификация наноструктурных материалов, на основе которой сформулирована концепция инженерии формы поверхности наноматериалов. Новой парадигмой науки о наноматериалах является целенаправленное проектирование и создание новых наноархитектур с наперед заданным комплексом размерных и резонансных физико-химических эффектов, которые формируют и обеспечивают уникальные свойства наноматериалов, наноприборов и наномашин. Как иллюстрация представлены оригинальные идеи и исследования автора в областях: 1) синтеза новых аллотроп углерода и полиморф нитрида бора с уникальной комбинацией физических свойств; 2) разработки пьезо-акусто-электронного нанотрубчатого преобразователя гиперзвука в предельно высокочастотном терагерцовом диапазоне; 3) разработки теории комнатно-температуной сверхпроводимости на основе решеток нанотрубок; 4) исследования нового физического явления фото-акусто-электронного супер-резонанса в нанотрубчатых кристаллах. Tendency and perspectives of development of nanomaterials science which together and crossing with nanophysics, nanochemistry, nanobionics, nanoelectronics, nanodevices and nanoengineering and nanobiotechnology constitutes the nanotechnology – the complex of fundamental and engineering sciences of XXI century. New classifications on nanostructured materials is presented on base of which new conception of a surface forms engineering of nanomaterials is formulated. By new paradigm of nanomaterials science is purposeful design and development of novel nanoarchitectures with a complex of size and resonant effects prescribed in advance, which forms and ensures the unique properties of nanomaterials, nanodevices and nanomachines. For illustration the author's new ideas and research are presented in the field of : 1) synthesis of novel carbon allotropes and boron nitride polymorphes with unique combination of physical properties; 2) development of new piezo-acousto-electric transducer of hypersound in extremely highfrequency terahertz range; 3) development of the theory of room-temperature superconductivity on base of nanotube lattices; 4) research of new physical phenomenon, the photo-acousto-electronic super-resonance in nanotubular crystals. ru Українське матеріалознавче товариство Фундаментальні проблеми матеріалознавства Перспективы наноматериаловедения Nanomaterials Science Perspectives Article published earlier |
| spellingShingle | Перспективы наноматериаловедения Покропивный, В.В. Скороход, В.В. Фундаментальні проблеми матеріалознавства |
| title | Перспективы наноматериаловедения |
| title_alt | Nanomaterials Science Perspectives |
| title_full | Перспективы наноматериаловедения |
| title_fullStr | Перспективы наноматериаловедения |
| title_full_unstemmed | Перспективы наноматериаловедения |
| title_short | Перспективы наноматериаловедения |
| title_sort | перспективы наноматериаловедения |
| topic | Фундаментальні проблеми матеріалознавства |
| topic_facet | Фундаментальні проблеми матеріалознавства |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15847 |
| work_keys_str_mv | AT pokropivnyivv perspektivynanomaterialovedeniâ AT skorohodvv perspektivynanomaterialovedeniâ AT pokropivnyivv nanomaterialsscienceperspectives AT skorohodvv nanomaterialsscienceperspectives |