Нанотехнология на карбонатни наноструктури – получаване, свойства и моделиране

Нанотехнология на карбонатни наноструктури – получаване, свойства и моделиране
Автор: Адриана Асенова Георгиева
Рецензенти: проф. д-р Стойко Петров Петров, доц. д-р Христо Георгиев Генчев

-----------------

Неотдавна възникналите представи за „нано света” откриват нови научни направления. Те обезпечават получаването на материали със специфични свойства, намиращи все по-широко приложение в заобикалящия ни свят .

Преходната област между представите на класическата квантова механика и физико-химията на твърдо тяло е нанотехнологията. Тя представлява поредната научно-техническа революция, чиито резултати се чувстват във всички сфери на материалното производство. Контролирането на материалите в наноразмерната скала (1×10↑9 m) позволява да се получават материали с нови свойства, да се разработват и внедряват нови незамърсяващи природата технологии, като се използват и много малко суровини.

Наноструктурите имат размери между тези на молекулите и на микроскопичните структури. Те комбинират малък диаметър със сложен организационен строеж, възможност за много висока компактност, здрави структурни взаимодействия, висока насипна плътност и голяма стойност на отношението повърхност към обем. Интересът към тях е насочен към размера им, който е свързан с енергийната им структура. Те се получават и стабилизират като еднородни частици с електрични и оптични свойства и каталитична активност.

За синтез на наноразмерни частици се използват много и разнообразни подходи. Наноструктури могат да се получат по газофазен, течнофазен и твърдофазен механизъм. Получените по повечето методи частици често не са монодисперсни, което се явява основен техен недостатък. Синтезираните количества продукт са твърде малки или се изразходва прекалено голямо количество енергия. В тази връзка актуална задача е търсенето на нови пътища за формирането на наноструктури с контролируеми и тесни разпределения на частиците по размери.

В последните няколко десетилетия микроемулсиите, като вид колоидно-дисперсни системи, успешно се използват за алтернативна реакционна среда при получаване на относително монодисперсни малки колоидни частици. Вода/масло (Water/Oil) микроемулсията може да се разглежда като специален „микрореактор”, позволяващ реализиране на химични реакции и целенасочено регулиране размера на ултрадисперсните частици в процеса на самия синтез.

С развитието на нови технологии, каквито са нанотехнологиите, тази тяхна особеност придобива значение на актуален подход за получаването на наноразмерни частици.

Във връзка с гореизложеното целта на настоящето изследване е:

Синтез, изследване и моделиране на условията за получаване на карбонатни наноразмерни структури в обратна микроемулсионна система. Идентификация, охарактеризиране и определяне на основните характеристики на получените наноструктури.

Изследването на множеството параметри на синтеза и намирането на най-подходящите променливи величини за контрола и регулирането свойствата на частиците, ще позволи използването на микроемулсионните системи в производствените технологии и бита. Ще направи и наноматериалите на базата на алкалните карбонати достъпни за технически приложения.

За да се работи на квантово ниво обаче, е необходима уникална апаратура, а експериментите изискват солидно финансиране. Затова е нужно предварително моделиране на тези процеси и предварително симулиране на всички дейности.

За получаването на по-достоверна информация относно механизма на формиране на наноструктурите и изследвания процес е необходимо да бъдат формулирани достатъчен брой хипотези, да се изведат съответстващите им аналитични модели и да се проведе тяхната дискриминация с използването на химически, физикохимически и статистически методи.

Имайки предвид казаното, в настоящата монография са поставени следните основни задачи:

1. Избор и описание на обектите за синтез и изследване в микроемулсионни условия;

2. Разработване и прилагане на методика за получаване на наноструктури на основата на алкални карбонати чрез химична реакция в обратна микроемулсионна система и апаратурно оформление на процеса;

3. Синтез на карбонатни наночастици и тяхната идентификация с цел определяне на: състав, размери, форма и структура;

4. Определяне на основни физико-химични характеристики на получените наноструктури;

5. Съставяне на вероятен механизъм на контакт на реагентите при образуването на карбонатните наночастици в микроемулсионни условия;

6. Изясняване кинетиката на формиране на карбонатните наноструктури в обратна микроемулсионна система – съставяне на масов баланс;

7. Системно изследване ролята на реакционните параметри при синтеза на наноразмерни частици по използвания метод. Определяне на оптималните условия за синтез и най-подходящите променливи величини за контрол и регулиране свойствата на продуктите;

8. Предлагане на аспекти на приложение на микроемулсионните системи в производствените технологии и бита, както и на получените наноструктури за получаването на продукти с потребителски характеристики.

-----------------