1. Co oznacza termin „bottom up” w odniesieniu do otrzymywania nanocząstek?
Przykład
Strategia polegająca na otrzymywaniu nanocząstek od podstaw, szukając cząsteczkowych
składników, które mogę łączyć się w bardziej skomplikowane struktury. Wykorzystuje się
przy
tym znajomość chemicznych właściwości pojedynczych cząsteczek. Przykład:
rozpylanie i piroliza płomieniowa; kondensacja w gazie obojętnym (IGC); procesy
solwotermalne (np. tlenek indowocynowy ITO); metody zolżel; syntezy matrycowe.
Zaletami tej strategii są czystość cząstek, kontrola kształtu, mała polidyspersja wymiarów.
Wadami są wysoka cena i niska wydajność.
2. Co oznacza termin „top down” w odniesieniu do otrzymywania nanocząstek?
Przykład
Strategia polegająca na otrzymywaniu nanocząstek z materiałów o większych wymiarach.
Obróbka mechaniczna lub termomechaniczna materiałów makroskopowych, a zwłaszcza
surowców mineralnych (ścieranie, mielenie). Przykład: otrzymywanie grafenu poprzez
eksfoliację tlenku grafitu wykorzystując skupione światło słoneczne, wycinanie cześći do
procesorów komputerowych z monokryształu krzemu.
Zaletą jest duża wydajność, wadami możliwość dostawania się zanieczyszczeń oraz duży
rozrzut kształtów i rozmiarów cząstek.
3.
Podać
przykład
i
wyjaśnić
cel
zastosowania
wstęg
grafenowych
w
nanokompozytach z poli(3heksylotiofenem).
Nanowstęgi
grafenowe
(ang.
graphene
nanoribbons,
w
skróbie
GNR)
są
rozpuszczalne/ulegają
dyspersji
w
rozpuszczalnikach
organicznych
takich
jak
tetrahydrofuran, czy chlorobenzen. Ich dodatek do poli(3heksylotiofenu) (P3HT) zwiększa
ruchliwość nośników ładunku, w porównaniu do urządzeń opartych na czystym P3HT, nie
pogarszając innych właściwości elektrycznych. GNR ułatwiają transport ładunków w paśmie
przewodnictwa. Struktury P3HT z dodatkiem 24% GNR zachowują się jak półprzewodnik
typu p. Oświetlane, warstwy te wykazują modyfikowalną odpowiedź na sygnał świetlny, co
umożliwia potencjalne zastosowanie ich w urządzeniach optoelektronicznych.
4. Własności i zastosowania nanokompozytów polimerowosmektytowych
łatwość
recyklingu,
możliwość przywrócenia pierwotnych właściwości tworzyw
polimerowych.
wytrzymałość na rozciąganie, moduł Younga, wydłużenie przy zerwaniu wzrasta wraz z
dodatkiem smektytu, tym sposobem można przywracać właściwości recyklingowanym
tworzywom.
przejrzystość optyczna, mała przepuszczalność par, stąd zastosowanie w opakowaniach
izolacja elektryczna
dobra odporność termiczna i właściwości mechaniczne zastosowanie w motoryzacji
5. Jaką klasę układów dyspersyjnych reprezentują nanokompozyty? Odpowiedź
uzasadnić
Zole i żele stałe. Nanokompozyty klasyfikujemy, jako układy dyspersyjne, w których zarówno
ośrodek ciągły, jak i faza rozproszona są ciałami stałymi. Rozmiary cząstek fazy
rozproszonej w nanokompozytach są mniejsze od 100 nm, dlatego zaliczyć je można do
układów koloidalnych. W obrazie mikroskopowym można odróżnić od siebie obie fazy
6. Na czym polega matrycowa synteza nanocząstek?
Otrzymywanie cząstek organicznych i nieorganicznych o złożonych strukturach, gdy micele
się zderzają upakowują się heksagonalnie, kolejnym stopniem upakowania jest układ
lamelarny (płytki).
Miesza się dwa polimery, z których jeden stanowi matrycę (PS) a drugi, którego jest mniej,
będzie stanowił nanocząstki osadzone w matrycy. Następnie matryca jest usuwana i
uzyskuje się nanocząstki PEO (politlenku etylenu), jeżeli będą one trwale osadzone w
matrycy, tak, że nie ulegną degradacji. Działając w drugą stronę można uzyskać coś na
kształt kompozytu warstwowego np. matryca PS i warstwy PEO.
7. Jak się otrzymuje i jakie istotne właściwości mają organosmektyty?(uzupełnić)
Organosmektyty otrzymuje się w procesie organofilizacji.
Organofilizacja ma na celu przede wszystkim ułatwienie dyfuzji cząsteczek organicznych
monomerów do obszarów międzywarstwowych minerału oraz poprawienie adhezji między
glinokrzemianem a polimerem.
właściwości organosmektytów: zdolność wymiany kationów (CEC), zdolność pochłaniania
jonów z wody, substancji organicznych i roztworów surfaktantów, pęcznieją w wodzie i
alkoholach
9. Wymienić klasy układów (nankompozytów), które można otrzymać z polimerów i
warstwowych glinokrzemianów.
struktura interkalowana (intercalated)
uporządkowana, wielowarstwowa, w której łańcuchy
polimerowe znajdują się między pojedynczymi, równoległymi warstwami krzemianu
struktura eksfoliowana (exfoliated)
warstwy krzemianowe rozproszone są w różnych
kierunkach w osnowie polimerowej, przez co odległości między płytkami są większe niż w
przypadku kompozytów interkalowanych. Daje to szczególnie dobre właściwości
fizykochemiczne i mechaniczne.
10. Podać i krótko omówić przykład układu naturalnego, który ma cechy
nanokompozytu.
jedwab: kompozyt jednoskładnikowy, układ polipeptydów, włókna jedwabiu struktura
homogeniczna
jedwab naturalny polipeptydy αhelis (ciągliwy) uzupełniane βarkuszami (kruchy)
αhelisy + βarkusze =====> wytrzymałość
jedwab pajęczy innego rodzaju krystality; pająk reguluje ilości struktur, różne
właściwości nici ze względu na różne ilości składników w nici. Fibryle tworzą sploty
11. Sklasyfikować nanocząstki z uwagę na ich umowne wymiarowości. Dla każdej z
klas podać przykład
Nanocząstki to stałe cząstki koloidalne o wymiarach w zakresie 1100nm. W przypadku
nanocząstek odznaczających się dużym współczynnikiem kształtu (np. nanorurki,
nanoarkusze) przyjmuje się, że przynajmniej jeden z wymiarów musi być <100nm
Klasyfikują sie w 3 grupy: 0D, 1D i 2D
0D punkt
1D linia
2D arkusz (płaszczyzna)
Inny podział:
0D mają nanometrowe rozmiary w trzech kierunkach (kropki kwantowe)
1D posiadają nanometrowe rozmiary w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach (druty,
rurki, pręty) np. nanorurki węglowe
2D mają nanometrowy rozmiar w jednym kierunku (warstwy) np. grafen
3D materiały homo i heterogeniczne, zbudowane z kryształów o rozmiarach
nanometrowych
12. Podać i krótko objaśnić główne metody otrzymywania nanokompozytów
polimerowosmektytowych.
mieszanie bezpośrednie
Nanonapełniacz wprowadzany jest bezpośrednio do ciekłego polimeru i wymieszany z nim
mechanicznie. Metoda trudna ze względu na dużą lepkość polimeru, więc stosuje się środki
powierzchniowoczynne poprawiające zwilżalność nanonapełniaczy. Metoda stosowana w
kompozytach polimerowych z nanokrzemionką, nanocząstkami metalicznymi, ceramicznymi,
nanorurkami i krzemionką warstwową.
mieszanie w roztworze (metoda rozpuszczalnikowa)
Najpierw nanonapełniacze są mieszane z roztworem polimeru (polimer+rozpuszczalnik). W
drugim etapie rozpuszczalnik jest odparowywany. Metoda stosowana w kompozytach z
nanorurkami węglowymi lub krzemianami warstwowymi.
polimeryzacja insitu
otrzymywanie nanocząstek w trakcie wytwarzania nanokompozytu lub mieszaniu
nanocząstek z monomerem lub roztworem monomeru, z następującą po nim reakcją
polimeryzacji. Możliwość tworzenia wiązań między grupami funkcyjnymi monomeru, a
grupami na powierzchni nanonapełniaczy napewnia lepszą adhezję. Metoda stosowana do
otrzymywania nanokompozytów krzemionki, aluminium, tytanu, tlenku wapnia z osnowie
poliamidu 6 lub PMMA.
a) polimeryzacja inicjowana homogenicznie (inicjator rozproszony w monomerze)
b) polimeryzacja inicjowana z powierzchni OMMT zaczepienie inicjatora na pow. OMMT
powoduje wzrost łańcuchów makrocząsteczek związków z pow. napełniacza i umożliwia
otrzymanie nanokompozytów delaminowanych.