Самоорганизация и самосборка в наносистемах

Авторпы: А.А.Елисеев (кандидат химических наук, ассистент, ФНМ МГУ), И.В.Колесник (аспирант, ФНМ МГУ)

Лектор:  Колесник Ирина Валерьевна

Курс «Самоорганизация и самосборка в наносистемах» связан с рассмотрением важнейших процессов, приводящих к формированию упорядоченных структур в наносистемах. Он состоит из восьми частей: в первых двух главах изложены основные положения теорий консервативной и диссипативной самоорганизации, а остальные освящены типичным примерам образования упорядоченных массивов, блоков или сверхкластеров из наночастиц, а также синтезу материалов с упорядоченной системой нанопор на основе мицеллярных структур. Каждая глава содержит контрольные вопросы, задания для самостоятельной работы и рекомендации для их выполнения. Разработка предназначена для студентов 3-6 курсов и аспирантов, обучающихся химическим, физическим или материаловедческим специальностям.

План лекций:

Консервативная самоорганизация

Обсуждаются условия, которые необходимы для возникновения эффектов самоорганизации в консервативных системах. Анализируются типичные примеры консервативной самоорганизации, такие как образование массивов наночастиц, коллоидные агрегаты с фрактальной структурой, кристаллизация и пр.

Диссипативная самоорганизация: теория

Понятие открытой системы. Формулировки основных условий самоорганизации и формирования диссипативных структур (принцип Кюри, соотношение взаимности Онсагера, теорема Пригожина-Гленсдорфа, бифуркации, диссипативный хаос).

Диссипативная самоорганизация: примеры

Рассмотрены примеры диссипативной самоорганизации, приводящей к упорядоченным структурам (ячейки Беннара, реакция Белоусова - Жаботинского, поведение жидкокристаллических систем и др.).

Самосборка в наносистемах. Связывание наночастиц в блоки.

Принципы и закономерности формирования упорядоченных блоков из наночастиц. Пространственно - ограниченная агрегация наночастиц. Сопряжение органических молекул, ДНК и наночастиц.

Самосборка в наносистемах. Упорядоченные массивы наночастиц.

Сверхструктуры и сверхрешетки из наночастиц различной формы. Коллоидные кристаллы.

Самосборка сложных упорядоченных наноструктур

Обсуждаются сложные структуры, состоящие из наночастиц различных размеров, образующие упорядоченные массивы, близкие по строению к кристаллами некоторых известных структурных типов неорганических соединений.

Сверхкластеры

Закономерности формирования сверхкластеров. Агрегаты наночастиц с фрактальной структурой. Иерархическая структура "самоподобных" ансамблей наночастиц.

Материалы с упорядоченной пористой структурой на основе мицеллярных систем

Наноматериалы с заданной пористой структурой имеют большой потенциал в качестве катализаторов, носителей для катализаторов и других материалов, функциональные свойства которых определяются монодисперсными наночастицами, распределенными в пористой матрице. Одним из многообещающих подходов к синтезу таких материалов является темплатный метод, суть которого заключается в формировании пористой структуры вокруг мицелл поверхностно-активных веществ. В главе обсуждаются основных закономерностях формирования оксидных пористых структур в ходе темплатного синтеза.