plik

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

wyjaśnić

cel

zastosowania

wstęg

grafenowych

nanokompozytach z poli(3heksylotiofenem).
Nanowstęgi

grafenowe

(ang.

graphene

nanoribbons,

skróbie

GNR)

są

rozpuszczalne/ulegają

dyspersji

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.