Наноматериалы и введение в электрохимию

20 – 22 июля:
3 лекции по нанотехнологиям в альтернативной энергетике и

Просмотр вебинаров и ведение конспектов занятий;
Просмотр видеозаписей из работы в лаборатории;
Решение

Кейсовая задача – ситуационная актуальная проблема, решение которой требует проектного подхода.
Формирование

Что такое наноматериалы и нанотехнологии?
Свойства наноматериалов
Области применения нанотехнологий на конкретных примерах
Введение

Какие нам нужны материалы?

Функциональные

Конструкционные

Проводят ток

Проводят тепло

Разнообразие функциональных материалов

Какие материалы использовало человечество?

Диаграмма Michael F. Ashby

1959 г.
«Там внизу полным-полно места…»

ФЕЙНМАН Ричард Филлипс
(11.V.1918 - 15.II.1988)

нано-

субмикро-

микро-

«Нано-» -

10 см

1 см

100 мкм

10 мкм

1 мкм

100 нм

10 нм

1 нм

Какого размера «нано-»?

10-10

Наноматериалы –
материалы, состоящие целиком или содержащие в качестве структурных единиц

Многослойная структура состоящая из наноструктурных пластинок наблюдается в природе при формировании

Наноматериалы и нанотехнологии в живой природе

Свойства материала не всегда определяются его

Магниточувствительные бактерии умеют синтезировать кристаллы магнетита Fe3O4 практически одинаковой формы и

Волосообразные щетинки, обнаруженные на лапках гекконов, представляют из себя лопатообразные кончики

«Гекко-скотч» лауреата Нобелевской премии в области физики за 2010 год Андрея

«По морю аки по суху»

водомерки

Волоски на лапках водомерки покрыты крошечными каналами,

Эффект лотоса

Антивандальные покрытия

Супергидро- и олеофобные покрытия

Нанорельеф

Химическая
модификация

Человечество давно использует нанотехнологии!

Дамасская сталь

“Labors of the Months” (Norwich, England, ca. 1480)
Красный цвет витража благодаря

Квантовые точки

В зависимости от размера наночастиц изменяется спектр поглощения и

НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА – ЗАЩИТА ОТ БАКТЕРИЙ

Колония листерий – бактерий, вызывающие пищевое

Влияние наносеребра на структуру клетки

Клетки СТ 26 после инкубации в течении 1 часа с наноструктурированным

Т2 взвешенные изображения опухолей CT26 (красные стрелки) до (а), через 1

14
нанометров

Наноэлектроника – уже реальность!

«Структурная» окраска

Выходная мощность Si солнечного элемента выше при применении отражающей пленки, удерживаемой

Самолет на солнечных батареях, представляет из себя летающее крыло с вмонтированными

Применение ПКМ на Boeing 787 позволило снизить вес самолета на 30%

Композиты

• Прочные и гибкие связи благодаря ковалентным С-С связям и бесшовной

Преимущества:
Малый размер
Высокая проводимость вдоль оси
Высокая механическая прочность

Контакты электронных приборов

J. Li, Q.

Материалы для эндопротезирования

Биомиметический композит - сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) с углеродными нанотрубками,

Биомиметический композит

Эндопротезирование крупных суставов (таз, колено, плечо)

Полное восстановление
двигательной активности

Функциональные композитные материалы на основе углеродных нанотрубок и других наноразмерных наполнителей

Углеродные

Оптическое измерение кислорода

ТЭЦ и АЭС

Очистка сточных вод

Авиатехника

Лабораторный анализ

Аппараты ИВЛ

Преимущества
+ экспрессный метод
+ малое время отклика
+ высокоселективен
+ не требуется выход на

Модификация сенсора для получения линейной градуировки и устойчивости к биологическому обрастанию

Кристаллическая

Наконечник с чувствительным красителем наклеен на стенку внутри аквариума
Измерение производится сквозь

Электрохимия - раздел химии, в котором рассматриваются процессы, протекающие на границе

Электрохимия описывает процессы окисления и восстановления, которые протекают на поверхности электродов

Проводник - такой материал, в котором возникает ток заряженных частиц при

Цепь проводников - несколько разных проводников, соединенных между собой.
Цепь проводников может

Электрохимическая система

Последовательность проводников в электрохимической цепи изображают схемой:
Вертикальные линии обозначают границу

Электрохимическая система

На аноде (+) происходят реакции окисления, а на катоде (-) происходят

Виды электродных реакций (по реагирующим веществам):
В реакцию вступает вещество, из которого

Электрод - электронный проводник, который контактирует с ионным проводником.
Электроды

Электролиз и
гальваника

Ионоселективные электроды

Электроды и их классификация

Электроды

Твердотельные

Металлические

Неметаллические

Электроды

Жидкостные

Электроды

Реагирующие

Не расходуемые

При электролизе количество вещества, участвующего в химических превращениях, пропорционально количеству электричества,

Уравнение, объединяющее оба закона Фарадея:
n = Q / zF
n - количество

Виды процессов переноса веществ в объеме электролита и на границе электрод

Методы электрохимии, использующиеся для направленного синтеза различных веществ (электролиз) или для

Электрохимический метод анализа, который основан на измерении зависимости равновесного потенциала электрода

Кондуктометрическое титрование

Электрохимический метод количественного анализа, который основан на измерении проводимости среды

Электрохимический метод анализа, который основан на регистрации количества затраченного электричества в

Электрохимический метод исследования, позволяющий исследовать электрохимические свойства различных веществ и материалов,