Алмазоиды реферат. алмазоиды. 1. Происхождение и возникновение алмазоидов 4 Понятие и уникальные свойства алмазоида 6

• Название: 1. Происхождение и возникновение алмазоидов 4 Понятие и уникальные свойства алмазоида 6
• Анкор: Алмазоиды реферат
• Дата: 07.04.2022
• Размер: 0.76 Mb.
• Имя файла: алмазоиды.docx
• Тип: Реферат; #450294

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3

1.Происхождение и возникновение алмазоидов 4

2.Понятие и уникальные свойства алмазоида 6

3.Перспективы применения алмазоида 8

Заключение 11

Список использованных источников 12

Введение
Одним из практических применений нанохимии является производство наноматериалов с улучшенными свойствами, а также «умных» материалов, способных активно реагировать на изменения окружающей среды и изменять свои свойства в зависимости от обстоятельств. С развитием нанотехнологий большой интерес вызывает алмазоид - углеводород, в котором атомы углерода образуют тетраэдрическую пространственную решетку, точно такую же, как в алмазе. Выделяют три вида алмазоидов: (адамантан, диамантан и триамантан), Всем им присущи базовые характеристики алмаза, в том числе, высокая биосовместимость. Благодаря этому, алмазоид является первым претендентом в списке материалов, из которых в перспективе могут быть изготовлены медицинские нанороботы.

Цель работы заключается в изучении свойств и перспектив применения алмазоида как будущего наноматериала.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучить происхождение и возникновение алмазоидов;

- рассмотреть понятие и уникальные свойства алмазоида;

- исследовать перспективы применения алмазоида.

При написании данного реферата были использованы ресурсы сети Интернет, учебные пособия и научные статьи по нанохимии.

Структура реферата состоит из введения, трех параграфов, заключения и списка использованных источников.

1.Происхождение и возникновение алмазоидов
Уникальные свойства алмаза издавна привлекали внимание ученых. Во-первых, благодаря тому, что каждый атом углерода в кристаллической решетке алмаза связан с четырьмя другими атомами прочными ковалентными связями C-C, алмаз обладает феноменальной прочностью. Он способен выдерживать давление порядка 1050 ГПа и температуру свыше 1800°С¹.

Во-вторых, этот драгоценный кристалл состоит из атомов углерода – довольно распространенного на Земле элемента, входящего также в состав нефти, природного газа, древесины, угля, графита и пр. На нашей планете имеется около 6•1018 тонн углерода, что в миллион раз превышает массу всех построек и продукции за всю историю человеческой цивилизации.

В настоящее время открыто не менее полутора десятков различных фрагментов, имеющих до 40 (а не 10, как у адамантана) атомов углерода. Учёные нефтяного концерна «Шеврон-Тексако» обнаружили такие алмазоподобные наночастицы в сырой ненфти Мексиканского залива. Они характеризуются типичной кристаллической решёткой алмаза и присущей такой решётке твёрдостью и устойчивостью. Сообщается, что такие структуры представляют особый интерес для нанотехнологий. Они могут быть использованы в новых наноустройствах для микроэлектроники и в производстве лекарственных средств нового поколения.

Диамондоиды содержатся в зрелых высокотемпературных нефтяных жидкостях (летучие масла, конденсаты и влажные газы). Эти жидкости могут содержать до ложки диамондоидов на галлон США (3,78 литра). Обзор, проведенный Мелло и Молдован в 2005 году, показал, что, хотя углерод в алмазах не имеет биологического происхождения, алмазоиды, обнаруженные в нефти, состоят из углерода из биологических источников. Это было определено путем сравнения соотношений присутствующих изотопов углерода².

Благодаря своим замечательным характеристикам природный алмаз мог бы найти широкое применение в промышленности, медицине и т.д., если бы не его чрезвычайная редкость и дороговизна. Оригинальные бриллиантовые украшения из самых больших природных алмазов не превышают нескольких сантиметров и стоят сотни тысяч долларов. Однако повсеместная распространенность углерода не могла не навести ученых на мысль о разработке методов получения искусственных алмазов из дешевых углеродсодержащих соединений.

В итоге, такие методы были изобретены, и сегодня искусственный алмаз является превосходным материалом во многих областях промышленности: электронной, металлообрабатывающей, авиакосмической, автомобильной, судостроительной и т.д.

На сегодня существует несколько способов получения алмазных наночастиц. Среди них наиболее распространены следующие:

- получение из природных алмазов физическими методами;

- синтез при сверхвысоких давлениях и температурах;

- электронно- и ионно-лучевые методы, использующие облучение углеродсодержащего материала пучками электронов и ионами аргона;

- химическое осаждение углеродосодержащего пара при высоких температурах и давлениях.

2.Понятие и уникальные свойства алмазоида
С развитием нанотехнологий возрос интерес к получению алмазных частиц нанометрового размера и возникла идея существования алмазоидов – мельчайших кирпичиков, из которых состоит кристалл макроскопического алмаза, полностью повторяющих его тетраэдрическую структуру. Такие элементарные кирпичики-молекулы получили название: адамантана (C₁₀H₁₆), диамантана (C₁₄H₂₀) и триамантана (C₁₈H₂₄)¹.

Между собой атомы углерода связаны ковалентной связью, а свободные связи поверхностных атомов “заняты” атомами водорода (рис. 1).



Рис. 1. Структура алмазоидов
Долгое время эти соединения считались гипотетическими молекулами, так как их нельзя было ни выделить из окружающей среды, ни получить методами термохимического синтеза. Но в 1957 они были обнаружены в природе – алмазоиды удалось выделить из... сырой нефти.

Алмазоиды могут иметь разную пространственную структуру, но всем им присущи те же базовые характеристики, как у природного алмаза: модуль Юнга>1050 ГПа, температура плавления выше 1800°С, плотность 3500 кг/м3². Поэтому любой объект, изготовленный из алмазоидов, будет иметь жесткость гораздо больше, чем аналогичный из стали, более высокую температуру плавления, и будет гораздо легче аналогов из других материалов.

Алмазоид представляет собой углеводород, в котором атомы углерода образуют тетраэдральную пространственную решетку, точно такую же, как и в алмазе.

3.Перспективы применения алмазоида
Благодаря характеристикам, близким к алмазу, алмазоид имеет широкий спектр применения в различных областях жизнедеятельности человека. Это, прежде всего, микро- и наноэлектроника, медицина, машиностроение, металлообработка, двигателестроение, авиастроение, транспорт. Рассмотрим вкратце некоторые из них.



Рис. 2. Модель алмазоидной пленки. Серыми шариками изображены атомы углерода, белыми – окружающие их атомы водорода
Наноалмаз и алмазоидные пленки имеют широкие перспективы применения в различных устройствах электроники, MEMS и NEMS-устройствах, полевых транзисторах, электронно-лучевых устройствах и оптических компьютерах.

Одним из основных современных применений наноалмазов является полировка электронных и оптических материалов для электроники, радиотехники, оптики, медицины, машиностроения, ювелирной промышленности. Составы на основе наноалмазов позволяют получить совершенную зеркальную поверхность твердых тел любой геометрической формы, не имеющую дефектов и дислокаций, с высотой шероховатости рельефа 2-8 нм¹.

Применение наноалмазов существенно улучшает качество микроабразивных и полировальных составов, смазочных масел, абразивных инструментов, полимерных композитов, резин и каучуков, систем магнитной записи.

Введение наноалмазов в полимеры, резины и пластмассы увеличивает их прочность и износостойкость. «Алмазные» шинные резины, устойчивые к проколам и перепадам температур, уже сегодня прекрасно работают и в условиях Крайнего Севера, и в жарких пустынях.

Наноалмазы применяются в смазках, маслах и охлаждающих жидкостях. Использование наноалмазов в маслах увеличивает ресурс работы моторов и трансмиссий.

Алмазоид является первым претендентом в списке материалов, из которых в перспективе могут быть изготовлены медицинские наноинструменты и нанороботы. Поскольку их деятельность будет производиться, в основном, внутри тела, необходимо, чтобы их поверхность была полностью биосовместима с тканями и клетками организма (рис. 3).



Рис. 3. Медицинский наноробот, выполненный из алмазоида
Дрезденский центр по нанотехнологии (Германия) разработал способ нанесения на жесткие диски, предназначенные для хранения информации в компьютерах, твердых и плотных покрытий на основе алмазоподобных наночастиц углерода. Такие покрытия обладают рядом преимуществ перед традиционными. В Корнельском университете (США) с помощью нанохимии создан уникальный прозрачный материал для микроэлектроники. Он похож на керамику, но гибок и устойчив к многократным нагрузкам.

Известно, что обычный алмаз отличается высокой биосовместимостью по сравнению с другими веществами. Клинические испытания сравнительно грубой алмазной поверхности протезов и имплантантов показали, что она химически инертна, нетоксична для клеток, воспринимается лейкоцитами как “своя” и не вызывает воспалительных или патогенных процессов.

Ученые только что научились получать алмазные нанопокрытия, поэтому невозможно точно предсказать реакцию на них клеток организма, но известно, что мелко измельченные углеродные частицы хорошо усваиваются телом: древесный уголь и копоть (сферические частицы диаметром 10-20 нм) использовались для татуировки с древнейших времен. В настоящий момент активно ведутся исследования на биосовместимость алмазоидных наночастиц, но до сих пор ни о каких вредных воздействиях на организм заявлено не было.

Вероятно, благодаря своим уникальным характеристикам, алмазоид станет универсальным и дешевым материалом XXI века.


Заключение
Алмазоид, благодаря близким к алмазу характеристикам, может применяться во многих современных областях. Такие как, медицина, микроэлектроника, а так же, нанотехнология, авиастроение, машиностроение и многое другое.

Применение наноалмазов намного улучшает качество полировальных и микроабразивных составов, абразивных инструментов, смазочных масел, резин и каучуков, полимерных композитов, а так же, систем магнитной записи.

Введение алмазоида в полимеры, пластмассы и резины способно увеличить прочность и износостойкость. На данный момент, “алмазная“ резина работает и в жарких пустынях и в условиях Крайнего Севера. Еще немаловажным плюсом использования нано-алмазов является увеличение ресурса работы трансмиссий и моторов. Из алмазоида будут изготавливаться нанороботы и медицинские наноинструменты.

Алмазные нанопокрытия появились не так давно, и ученые еще не смогли точно выявить реакцию организма на алмазоиды. Исследования ведутся довольно активно и до сих пор не было заявлено ни о каких вредных воздействиях. Сам же алмаз обладает хорошими лечебными свойствами. Скорее всего, алмазоид станет недорогим и универсальным материалом.

Список использованных источников

1. 
   Витязь П.А. Наноалмазы детонационного синтеза: получение и применение / П.А. Витязь, А.Ф. Ильющенко, В.И. Жорник; под общ. ред. П.А. Витязя. – Минск: Беларус. навука, 2013. – 381 с.
   
2. 
   Денисов И.А., Зимин А.А., Бурсилл Л.А., Белобров П.И. Наноалмазные коллективные электронные состояния и их локализация // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Математика и физика. - 2014. - Т. 7. №1. С. 35-45.
   
3. 
   Детонационный наноалмаз – перспективный носитель для создания систем доставки лекарственных веществ / Р.Ю. Яковлев [и др.] // Российский химический журнал. – 2012. – Т. 56, № 3-4. – С. 114-125.
   
4. 
   Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы. Получение, свойства, применение / В.Ю. Долматов. – СПб.: Изд-во НПО «Профессионал», 2011. – 536 с.
   
5. 
   Лепов В.В. Наноматериалы: современное состояние и перспективы // Наука и техника в Якутии. - 2009. - №1. С. 21-26.
   
6. 
   Наноалмазы в фармации и медицине: учебно-методическое пособие для студентов фармацевтического факультета / Р.Ю. Яковлев [и др.]; ГБОУ ВПО РязГМУ Минздрава России. – Рязань: РИО УМУ, 2016. – 115 с.
   
7. 
   Нанотехнологии через 45 лет: не так уж и много осталось ждать // Нанотехнологии. - 2008. - №2. С. 44-46.
   
8. 
   Нанохимия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 102 с.
   
9. 
   Симаков С.К. Физико-химические аспекты образования макро-, микро- и наноалмазов в природе // Биосфера. 2014. Т. 6. № 3. С. 257-264.
   
10. 
    Химия поверхности детонационных наноалмазов как основа создания продукции биомедицинского назначения / И.В. Шугалей [и др.]. – СПб.: ЛГУ имени А.С. Пушкина, 2012. – 152 с.
    

1^ Нанотехнологии через 45 лет: не так уж и много осталось ждать // Нанотехнологии. - 2008. - №2. С. 44.

2^ Нанохимия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. С. 52.

1^ Нанохимия. Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Электронное учебное пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. С. 53.

2^ Химия поверхности детонационных наноалмазов как основа создания продукции биомедицинского назначения / И.В. Шугалей [и др.]. – СПб.: ЛГУ имени А.С. Пушкина, 2012. С. 39.

1^ Лепов В.В. Наноматериалы: современное состояние и перспективы // Наука и техника в Якутии. - 2009. - №1. С. 21.