М ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Р ОССИЙСКОЙ Ф ЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ») кафедра МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ШЕЛОХВОСТОВ Виктор Прокопьевич ВЛИЯНИЕ НАООБЪЕКТОВ НА СВОЙСТВА КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД Тел ; 8-(910) ; п/я ; ;

ИСХОДНОЕ СОСТОЯНИЕ НАНООБЪЕКТЫ ОБЪЕМНЫЕ НАНОСТРУКТУРНЫЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ Концентрация, % Свойства 0, В ЖИДКОСТЯХ МАТЕРИАЛЫ СО СВЕРХРЕШЕТКОЙ -Бериллиевая бронза БрБ2 ( МПа ) МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ -высокопрочный чугун -пластические массы -Бетоны -Медицинеские препараты (гомеопатия) --материалы электроники (позисторные ) ЭФФЕКТ МАЛЫХ ДОЗ Малые добавки по концентрации в разы меняют свойства

ПОСТАВЛЕННЫЕ ЗАДАЧИ 1 Формирование и теоретические исследования новых СПР подходов для описания конденсированных сред с нано структурными компонентами, анализ созданных моделей Формирование и теоретические исследования новых СПР подходов для описания конденсированных сред с нано структурными компонентами, анализ созданных моделей 2 Экспериментальные исследования конденсированных материалов с учетом СПР подходов. 2 Экспериментальные исследования конденсированных материалов с учетом СПР подходов. 3 Разработка методов и средств обнаружения нанообъектов на основе экспериментальных исследований и с учетом разработанных СПР подходов 3 Разработка методов и средств обнаружения нанообъектов на основе экспериментальных исследований и с учетом разработанных СПР подходов 4 Формирование методологии создания систем обнаружения нано компонентов в конденсированных средах на основе анализа разработанных методов и с учетом СПР подходов 4 Формирование методологии создания систем обнаружения нано компонентов в конденсированных средах на основе анализа разработанных методов и с учетом СПР подходов

Концепция СПР ЕДИНЫЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ СРЕД С НАНОКОМПОНЕНТАМИ РЕЗОНАНСНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДОЛЖНО ОБЕСПЕЧИВАТЬ ПЕРЕДАЧУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕСТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА ПО ГЛУБИНЕ СПЕКТРА И В ТОПОЛОГИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОТОКИ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ВНЕШНИМИ, ОБЕСПЕЧИВАТЬ УВЕЛИЧЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ЗА СЧЕТ ВНУТРЕННЕГО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ТОПОЛОГИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ СРЕД СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ДОЛЖНО ОТРАЖАТЬ ПАРАМЕТРЫ ТЕСТИРУМОГО НАНОРАЗМЕРНОГО ОБЪЕКТА В ИЗМЕРЯЕМОЙ И ИЗМЕРЯЮЩЕЙ СРЕДАХ; ВРЕМЯ ЖИЗНИ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ В СОСТОЯНИИ ОТРАЖЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕСТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА НА НАНОСЕКУНДНОМ УРОВНЕ

Концепция СПР Топологическо – энергетическое представление ВОДА-НАНООБЪЕКТ-ВОДА Е 1, мэВ Ширина КЯ, W, нм 2057, 116, , 93, , 82, , 73, , 65, , 61, , 57, 86 Материа л Параметры потенциальной ямы Число энергетических уровней, n U, эВ E, эВ W, нм Жидкост ь (лед) 1, Кремний n-p-n 0,93 Арсенид галлия n-p-n 1,66 SiO 2 -Si- SiO

УСТОЙЧИВОСТЬ МОЛЕКУЛЯРНЫХ АССОЦИАЦИЙ (ДИНАМИКА БЛИЖНЕГО ПОРЯДОКА)

СТРУКТУРНЫЕ СОСТОЯНИЯ: ДИНАМИКА КОМПЕНСИРУЮЩИХ СЛОЕВ

СТРУКТУРНЫЕ СОСТОЯНИЯ: ТОПОЛОГИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СРЕД En – энергия возбужденного состояния нано объекта; En – энергия возбужденного состояния нано объекта; E =[E(n+k) + E(n)] – диапазон E =[E(n+k) + E(n)] – диапазон энергии размерного квантования (тепловой фон); энергии размерного квантования (тепловой фон); U0 – потенциальный рельеф; U0 – потенциальный рельеф; Области 1, 4, 6 … k … 4, 2, - квантовые ямы (симметричное состояние); Области 1, 4, 6 … k … 4, 2, - квантовые ямы (симметричное состояние); Области 3, 5 … 3, 1 – антисимметричное состояние; Области 3, 5 … 3, 1 – антисимметричное состояние; W – размер нано объекта; M –дырка (вакансия – отсутствие нано объекта) W – размер нано объекта; M –дырка (вакансия – отсутствие нано объекта)

ОБЪЕМНАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ СВЕРХРЕШЕТКА механизм (стадии) формирования

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Оборудование, аппаратура, методики КОМПЛЕКС ЛАЗЕРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ КОМПЛЕКС ЛАЗЕРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ - ЧАСТОТНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ - ЧАСТОТНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (РТУТНАЯ ЛАМПА-СПЕКТРОМЕТР – ИССЛЕДУЕМЫЙ ОБЪЕКТ- (РТУТНАЯ ЛАМПА-СПЕКТРОМЕТР – ИССЛЕДУЕМЫЙ ОБЪЕКТ- ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА - ФОТОРЕГИСТРАТОР); ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА - ФОТОРЕГИСТРАТОР); - ЧАСТОТНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ - ЧАСТОТНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (ЛГИ – ЛЖИ – ДЕЛИТЕЛЬ – КЮВЕТА – ПИП - ПРОЦЕССОР); (ЛГИ – ЛЖИ – ДЕЛИТЕЛЬ – КЮВЕТА – ПИП - ПРОЦЕССОР); - ВЕКТОРНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ - ВЕКТОРНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (ЛГИ – ЛЖИ – УСТРОЙСТВО НПВО – ПИП - ПРОЦЕССОР) (ЛГИ – ЛЖИ – УСТРОЙСТВО НПВО – ПИП - ПРОЦЕССОР)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРОСОПИЯ РАСТВОРОВ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ РАЗВЕДЕНИЯ (РВСР) Частотная лазерная спектроскопия 1 - спектральная характеристика и полоса поглощения исходной среды, 2 – спектральная характеристика и полоса поглощения РВСР меди. Рабочий образец РВСР тяжелого метала Cu РВСР объекта класса бактерий РВСР тяжелого метала Cu РВСР объекта класса бактерий Частотная спектроскопия Относительный коэффициент поглощения, усл. ед. Разность относительных коэффициентов поглощения /, усл. ед. закон линейного поглощения Бугера – Ламберта –Бэра (v) - сечение перехода (E i -E k ) N i, N k - плотности населенностей на энергетических уровнях E i, E k со статистическими весами g i, g k.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ проводимость СУСПЕНЗИЙ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНООБЪЕКТАМИ µАµА S – площадь сечения квантового образования τ n – время релаксации квазистационарного состояния с номером n µ - электрохимический потенциал W р – размер квантового образования

Метод электронно-оптического муара S E α VxVx l VyVy EE V0V0 α d L y0y0 y y экран + S / P Масштаб Б А А+Б электронная пушка предметная сетка магнитные линзы электроды Теневое изображение сетки: с электрическим поем Без электрического поля электронно-оптический муар

Физико-математическая модель многослойной гетероструктуры

Энергетическая модель туннелирования в двух барьерной гетероструктуре формулы формулы

ВАХ ТУННЕЛЬНО-РЕЗОНАНСНОЙ СТРУКТУРЫ ВАХ туннельно-резонансной структуры с имплантированными фуллеренами С60: 1 – концентрация С60 99%, 2 – 30%, 3 – без С60 ВАХ туннельно- резонансной структуры с имплантированной смесью углеродных нанообъектов.

Туннельн-резонансный метод

Концепции ОБНАРУЖЕНИЯ НАНОСТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ в открытых системах 1 СОЗДАНИЕ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ИСКОМЫЙ НАНОКОМПОНЕНТ-СРЕДА 1 СОЗДАНИЕ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ИСКОМЫЙ НАНОКОМПОНЕНТ-СРЕДА 2 СОЗДАНИЕ БАЗОВОГО СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ ОТНОСИТЕЛЬНО НАНОСТРУКТУРНОГО КОМПОНЕНТА 2 СОЗДАНИЕ БАЗОВОГО СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ ОТНОСИТЕЛЬНО НАНОСТРУКТУРНОГО КОМПОНЕНТА 3 СОЗДАНИЕ ТЕСТИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ 3 СОЗДАНИЕ ТЕСТИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ 4 СОЗДАНИЕ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ (ДИНАМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ) МЕЖДУ 4 СОЗДАНИЕ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ (ДИНАМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ) МЕЖДУ

Положение 1 СОЗДАНИЕ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ НАНОКОМПОНЕНТ -СРЕДА Замена блокирующего слоя на поверхности нано компонента на компенсирующие слои среды Замена блокирующего слоя на поверхности нано компонента на компенсирующие слои среды Наноструктурные объекты после синтеза и при последующем переносе в рабочую среду приобретают компенсирующие слои промежуточных сред (окисление, сорбция примесей и др.). При этом активность наноструктурных объектов уменьшается. Наноструктурные объекты после синтеза и при последующем переносе в рабочую среду приобретают компенсирующие слои промежуточных сред (окисление, сорбция примесей и др.). При этом активность наноструктурных объектов уменьшается. Удаление блокирующих слоев и их замена на компенсирующие слои исследуемой среды проводится в два чередующихся этапа: Удаление блокирующих слоев и их замена на компенсирующие слои исследуемой среды проводится в два чередующихся этапа: - динамизация (ускорение или замедление внесенного объекта по отношению к среде); - динамизация (ускорение или замедление внесенного объекта по отношению к среде); - потенцирование (замена части среды на исходную без добавок и равномерное распределение оставшихся объектов) удаляет часть нано компонентов и удаленных с поверхности блокирующих слоев - потенцирование (замена части среды на исходную без добавок и равномерное распределение оставшихся объектов) удаляет часть нано компонентов и удаленных с поверхности блокирующих слоев

Концепция 2 СОЗДАНИЕ РАБОЧЕГО СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ ОТНОСИТЕЛЬНО НАНОСТРУКТУРНОГО КОМПОНЕНТА Разрыв связи на поверхности нанокопонент - среда Разрыв связи на поверхности нанокопонент - среда Формирование кластера на основе объема молекул среды, контактировавших с поверхностью нано компонента Формирование кластера на основе объема молекул среды, контактировавших с поверхностью нано компонента Равномерное распределение сформированных кластеров в объеме среды Равномерное распределение сформированных кластеров в объеме среды а б в г д

С ОЗДАНИЕ ТЕСТОВОЙ СИСТЕМЫ ПОЛОЖЕНИЕ 3 С ОЗДАНИЕ ТЕСТОВОЙ СИСТЕМЫ 1 НА ОСНОВЕ ИССЛЕДУЕМОЙ СРЕДЫ ОБРАЗЦА, ОТРАЖАЮЩЕГО УСТОЙЧИВЫЕ УРОВНИ ИСКОМОГО ОБЪЕКТА (ГОМЕОПАТИЧЕСКИЙ ПРЕПАРАТ,ОХЛАЖДАЮЩИЕ СРЕДЫ В ПРОЦЕССАХ И ДР.) 2 НА ОСНОВЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ СО СПЕКТРОМ ЭНЕРГИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ КВАНТОВЫЕ УРОВНИ ИСКОМОГО ОБЪЕКТА (КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР - ЛАЗЕР) 3 НА ОСНОВЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СОСТОЯНИЙ СОЗДАНИЕ В МИКРОЭЛЕРОННЫХ СТРУКТУРАХ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ, ОТРАЖАЮЩЕГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР ИСКОМОГО ОБЪЕКТА

Концепция 4 Концепция 4 СОЗДАНИЕ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ «СРЕДА - ТЕСТ-ОБЪЕКТ» И ИЗМЕРЕНИЕ ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА – ПСЕВДОРАВНОВЕСНАЯ СИСТЕМА: ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА – ПСЕВДОРАВНОВЕСНАЯ СИСТЕМА: ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ РАВНОВЕСИЕ МЕЖДУ ПОДСИСТЕМАМИ ЗА СЧЕТ ОБМЕНА ЭНЕРГИЕЙ, МАТЕРИЕЙ И ИНФОРМАЦИЕЙ ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ РАВНОВЕСИЕ МЕЖДУ ПОДСИСТЕМАМИ ЗА СЧЕТ ОБМЕНА ЭНЕРГИЕЙ, МАТЕРИЕЙ И ИНФОРМАЦИЕЙ 1 ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА С ПОДСИСТЕМАМИ ИЗ СРЕДЫ С БАЗОВЫМ СТРУКТУРНЫМ СОСТОЯНИЕМ И ТЕСТОВОЙ ПОДСИСТЕМЫ 1 ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА С ПОДСИСТЕМАМИ ИЗ СРЕДЫ С БАЗОВЫМ СТРУКТУРНЫМ СОСТОЯНИЕМ И ТЕСТОВОЙ ПОДСИСТЕМЫ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1 Предложен новый подход (концепция) к исследованию конденсированных сред с нано объектами на основе неразрывно связанных структурных состояний, энергетических потоков и резонансных взаимодействий (СПР-подходы) 2 Созданы физико-математические модели конденсированных сред с нано объектами, описывающие физические явления в них с квантовых позиций с учетом СПР. 3 Экспериментально исследованы многочисленные аспекты наномодифицированных конденсированных сред в отношении формирования топологии, влияния внешних энергетических воздействий на их свойства: 4 В рамках единой концепции СПР и созданных моделей предложены: - резонансный метод лазерной спектроскопии обнаружения и идентификации нанообъектов сверхмалых концентраций в водной среде; - резонансный кондуктометрический метод определения и идентификации нанообъектов; - метод электронно-оптического муара для визуализации полей малой протяженности вонруг нанообъектов