ננו-חומרים, המוגדרים כמבנים עם לפחות ממד אחד בין 1 ל-100 ננומטרים, מציגים תכונות יוצאות דופן בשל יחס השטח הגבוה שלהם-שטח-שטח-לכול ואפקטים של הגבלת קוונטים. הבנת העקרונות התרמודדימיים ששולטים ביציבותם ובהערכה עצמית היא קריטית לתכנון מכשירים ננו-סוליים יעילים וחומרים פונקציונליים. מאמר זה חוקר מושגים תרמודינמיקה- אנרגיה חופשית, פני אנרגיה, אנטרופיים, ובדיקה עצמית, כיצד תהליכים אלה, עם השפעות טכנולוגיות מרחיקות, ותהליכי-עצמיות, מעבר לתהליכים אלקטרוניים, ותהליכי-עצמיות, ותהליכי-עצמיות, ותהליכי-מדומים, עם תהליכים אלה, עם תהליכים אלקטרוניים-מדומים, עם תהליכים אלקטרוניים, ותהליכי-עצמיים, עם השפעות מכניות-מדומים-עצמיות-עצמיות-עצמיות-מדומים-מדומים-עצמיות, עם תהליכים אלה, עם תהליכים אלה, עם תהליכים אלקטרוניים-מדומים-מכאן, עם השפעות אבטחה-מדומים-עצמיות-עצמיות-מדומים-יתר-עצמיות, עם חומרים אלקטרוניים-מבחנות-יתר-ידיים-מדומים-מדומים-עצמיות-עצמיות-עצמיות-עצמי

מימון של ננו-חומר התרמודינמיקה

התרמודינמיקה מספקת מסגרת חיזוי עבור אם ננו-חומרי ייווצר באופן ספונטני וישאר יציב בתנאים סביבתיים ספציפיים. הפרמטרים הבסיסיים כוללים אנרגיה חופשית גיבס (G), enthalpy (H), ו entropy (S), אשר יחד לקבוע את מצב שיווי המשקל. at the nanoscale, תרמודינמיקה קלאסית חייבת להיות שונה כדי להסביר את התרומה המשמעותית של אנרגיה על פני השטח ואת מספר האטומים מופחת במערכת כי יש פחות אטומים של אנרגיה נמוכה יותר מ תרמודינמיקה גבוהה יותר מ אטומים של פחות אטומים של חלקיקים.

גיבס אנרגיה חופשית ויציבות

השינוי בגיבס אנרגיה חופשית ( ⁇ G) לתהליך מוגדר כ- ⁇ G = ⁇ H-T ⁇ S. עבור ננו-חומרים, היווצרות ספונטנית דורשת ⁇ G < 0.עם זאת, תרומת האנרגיה של פני השטח ( ⁇ dA), שבו ננומטרים על פני השטח ו dA הם השינוי באזור) הופך להיות דומה במידה רבה לתנאי אנרגיה.

השפעות אנרגיה ועוצמה

(האנרגיה העודףת על פני השטח של חומר בהשוואה לחלק הגדול שלו.עבור חלקיקים, אנרגיית פני השטח של אטום גדול הרבה יותר מאשר חומרים מקרוסקופיים.זה מוביל לתופעות כגון תגובת מוגברת, נקודות נמסות גדולות יותר, ושינויים ביציבות בשלב זה, כמו משוואות גיבס-Thomson לתאר כיצד הפוטנציאל הכימי של חלקיקים תלוי הרדיואקטיביים שלה: אטומי 2Flowi-p2, כלומר, כלומר, לחץ כימי, 2.

Enthalpy Considerations

אנטרופיה ב nanoscale מושפע גם בגודל.הטבע התצורה של חלקיקים יכול להיות נמוך יותר מאשר רוב בשל מגבלות על עמדות אטומיות, אבל אנטרופיה רטט עשוי להגדיל בשל מצבי תצורה רכות יותר משטח תצורה. Enthalpy שינויים, במיוחד מחיבור משטח, לעתים קרובות לשלוט על גדלים קטנים.

תוצאות חיפוש בNanoparticles

שינויים כגון התכה, התגבשות, ושינויים פתורים חזקים משתנים עמוק ב nanoscale.הדיכאון נקודת ההמסה ניתן מודל על ידי משוואה Pawlow או יותר כללי Kelvin משוואה מוחל על מנת להמיס.לדוגמה, חלקיקים זהב מתחת 5 ננומטר למטה בטמפרטורות נמוכות כמו 300 מעלות צלזיוס, בהשוואה 1064 מעלות צלזיוס לזהב, באופן דומה, את המשוואה של שלב מינימלית של לחץ נמוך יותר של ננופולציה, כמו לחץ דם נמוך יותר, כלומר, כלומר, לחץ דם נמוך יותר, כלומר, לחץ דם נמוך יותר, כלומר, כלומר, לחץ דם נמוך יותר, בין רמות לחץ דם נמוך יותר, תלויות, אם הוא לחץ דם נמוך יותר, כלומר, כלומר, תלוי של לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ דם נמוך יותר, כלומר, על ידי לחץ דם נמוך יותר, על ידי לחץ דם נמוך יותר, בין גודלומטר נמוך יותר, על ידי רמות לחץ דם נמוך יותר, על ידי רמות לחץ על ידי רמות לחץ דם נמוך יותר, על ידי רמות לחץ דם נמוך יותר, על ידי סגסוגת של לחץ דם נמוך יותר, על ידי סגסוגת של לחץ דם נמוך יותר של 0.

תהליכים עצמיים

הערכה עצמית היא הארגון האוטונומי של ננו-חומרים לדפוסים או מבנים ללא התערבות חיצונית.זהו אבן הפינה של ננוטכנולוגיה תחתית.התרמודינמיקה מתכתיבת כי המערכת מתפתחת לעבר מצב של אנרגיה מינימלית ללא התערבות חיצונית, אבל הנתיב הספציפי תלוי באיזון של כוחות בלתי-חלפיים והמדיום הסובב את ההבנה של כוחות הנהיגה הללו מאפשר לחוקרים לעצב בלוקים באופן אמין לתוך מבני-על פונקציונליים, מהתנגשות DNA או גבישים.

כוחות נהיגה עצמית

  • (ב) ⁇ :0) אינטראקציות סלקטיביות: (FLT:1) nanoparticles או מולקולות למשוך או דוחקים על בסיס חוק של Coulomb. forverse Charge Species, משיכה אלקטרוסטטית יכולה להוביל לקבץ צפוף או שכבות. אינטראקציות פוליווי לעתים קרובות להוביל לקטים מותאמים ביותר, כפי שניתן לראות בFLT:2-DNA- nanoparticlealrated ExLT3, ניתן להזיז את הסימון באורך מלא כדי לצמצום של הקיבולת.
  • (FLT:0) השפעות הידרופוביות: FLT:1 בסביבות מוזרות, מולקולות לא קוטביות או חלקיקים משטחים נוטה לצבור כדי למזער מגע עם מים.תהליך המונע טרופי זה - מולקולות מים משוחררים מכלובים קלפטים מוזמנו סביב משטחים הידרופוביים - הוא נהג מפתח להיווצרות עכברים, ליפיד דו-שכבת, ואת קריסת הידרופובי של פולימרים, לדוגמה, nanophoic לתוך מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה שרשראות אלומיניום.
  • כוחות ואגאלים: [ה] חלשים, מחלחלים לאטרקציות הפוליפולנים הם תמיד נוכחים בין אטומים ומולקולות.ננוקל, כוחות ואן דר וואללים יכולים להפוך משמעותיים, במיוחד כאשר חלקיקים קרובים יחד.הם תורמים לייצוב של סידורים ארוזים קרובים והם קריטיים ביצירת גבישים קולואידים.
  • (FLT:0) Hydrogen אגורה ו ⁇ - ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ :FLT:1 אינטראקציות כיוון ספציפי עוד לחדד את עצמי הערכה עצמית. nanomaterials אורגני, אג"ח מימן לספק הכרה סלקטיבית מאוד, המאפשר בניית ארכיטקטורות העליונות כמו ורדים ו helices. ⁇ - ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ בין מולקולות גרורות של גרף, סניפי פחמן, צינורות פחמן, צינורות למחצה, צינורות למחצה לתוך מוליכים למחצה מוליכים למחצה מוליכים למחצה.
  • (FLT:0) כוחות אנטרופיים (depletion and stericib): 1 במערכות צפופות, פולימרים שאינם מתעבים יוצרים אטרקציות מחיתול שדוחפות חלקיקים יחד כדי למקסם את נפח חופשי.הרכבה זו המונעת על ידי אנטרופיה יכולה לייצר מבנים פתוחים כמו אשכולות קולונואידים.

המודלים התרמודינמיקה של עצמי-Assembly

כמה מסגרות תיאורטיות מודל התרמודינמיקה של שדה ה-עצמי (FLT:0Derja-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) פיתחו את הדינמיקה שלב 1 של דינמיקה של ספירת משיכה עצמית ו-Verwey-tophautosto-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-

Kinetic vs. Thermoדינמית Control

(ההערכה העצמית כוללת לעיתים קרובות איזון בין בקרה קינטית ותרמודינמית.השליטה התרמודינמית לטובת המבנה היציב ביותר, התואם למינימום העולמי של אנרגיה חופשית.עם זאת, מחסומים קינטיים עלולים למלכוד את המערכת במדינות מטבוליות, מה שמוביל להתפרצות או להפרעות אנרגיה מסוימות, למשל, ייצור חלקיקים דמויי וירוסים מחלבונים קפואים דורש שטף מדויק של pH ועוצמתינית כדי למנוע מלכודת לחץ דם מינימלית או לצמצם את החמצן (או ממרחק של תאים) או ממין, כולל אטמוספירה (או מלמטה-DNamcupma) או ממרחקים (או ממרחקים (DNCF) או ממרחקים (או ממרחקים).

גודל וצורה בשליטה עצמית

הגודל והצורה של אבני הבניין והמבנה ההתאספו הסופי נשלטים על ידי גורמים תרמודינמיים.עבור חלקיקים, צורת שיווי המשקל נקבעת על ידי הבנייה של Wulff, אשר מצמצם את האנרגיה הכוללת של פני השטח עבור נפח נתון.עבור חלקיקים מפוסקים פנים שונות של גרוטאות אחוריות או פרמטרים פתוחים, אשר מובילים לטרפוחיות או מקובעת.

יישומים והשלכות

תובנות של ננו-חומר תרמודינמיקה יש יישומים ישירים בעיצוב חומרים עם תכונות מותאמות.על ידי שליטה באנרגיה, גודל חלקיקים ותנאי הרכב, החוקרים יכולים ליצור nanostructures עבור שדות מגוונים החל מבריאות לאנרגיה ואלקטרוניקה.

ננומדיקינה

במשלוח סמים, יציבות תרמודינמית קובעת את פרופיל השחרור ואת חיי המדף של nanocarriers. Liposomes, חלקיקים פולימריים, וננו-שטיפה אורגני חייב להיות מונדס כדי למנוע הדבקה מוקדמת או disintegration אתרים. self-assembly משמש לבניית סוכנים רב פונקציונליים כי משלב הדמיה ותפקודים טיפוליים.

ננואלקטרוניקה

באלקטרוניקה, המיניגלגליזציה של רכיבים דורש ממשקים ננומטריים יציבים.תרמודינמיקה של גבולות דגנים ושחזור פני השטח משפיע על הביצועים של מוליכים למחצה ואנשי קשר מתכת. self-assembly יכול ליצור מערךים מסודרים של dots קוונטיים עבור טרנזירים חד-אלקטרוניקה, לייזרים, או photodetecators.היציבות של מבנים אלה תחת תנאי הפעלה נשלטת על ידי אותם עקרונות של אנרגיה על ידי טרה-מרחב ו-עצמית, לדוגמה, לדוגמה, ניתן לשלב מגנטית-מחדשה-מחדשה.

אחסון אנרגיה

ננו-חומרים הם מהפכה סוללות ו supercapacitors. High-surface-area אלקטרודות (למשל, גרפן, תחמוצת מתכת, סיליקון בנוי) משפרים את אחסון המטען אבל סובלים מתופעות לוואי והשפלה.ניתוח התרמודינמיקה מסייע לזהות חלונות מתח הפעלה אופטימליים וכיסוי אלקטרוליטי לצמצום של חומרים אלקטרודה-עצמית ל- ⁇ עקב שיפור יכולת ה-פולגניבה יעילה יותר, כמו גם של חומר מכני.

שיתוק

פעילות קטליטית תלויה במידה רבה בגודל, בצורת ובמבנה פני השטח של חלקיקים.התרמודינמיקה שולטת בהפרדה בין היבטים, אנרגיית המודעות של מגיבים, והיציבות של הזרז בתנאים התגובה.לדוגמה, ננו חלקיקים המשמשים ישירות בתאי דלק יכולים לעבור פירוק אוסטוואלד בשל, צמצום ביצועים עם התאמה אישית של זרז תגובה עצמית (למשל, שימוש ב- Pretrastipicial) הוא לעתים קרובות יותר גמישה (Ricupicupic) עם סגסוגת עצמית).

חיישנים ו Actuators

nanomaterial self-assembly משמש ליצירת חיישנים רגישים מאוד.לדוגמה, חלקיקים זהב פונקציונלי עם DNA יכול להרכיב לתוך אגרגות המציגות שינויים צבע על מחייב מולקולה מטרה, בשל הפיכה plasmon.תרמודינמיקה של ההיברידיזציה ו-Hהיתוך מעברים קובע את טווח דינמי של חיישן וסלקטיביות.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות ההתקדמות הדינמית, כמה אתגרים נשארים בהנדסה תרמודינמית של ננו-חומרים. ראשית, המדידה המדויקת של אנרגיית פני השטח ב nanoscale היא קשה; ערכים ניסיוניים לעתים קרובות מסתמכים על שיטות עקיפות כגון מדידת מגע או קלוריטרי.שני, תהליכים רבים של הערכה עצמית מעורבים תערובת מורכבת שבו אינטראקציות מרובות coexist, מה שהופך מודלים חישוביים יקרים, יציבות מורכבת של ננו-אווירה בתנאי התפתחות מכניים, כולל אקטיביים.

מסקנה

התרמודינמיקה של ננו-חומרים מספקת מסגרת חיזוי עוצמתית הן ליציבות שיווי משקל והן הערכה עצמית דינמית.על ידי מניפולציה של פרמטרים כגון גודל חלקיקים, כימיה פני השטח, טמפרטורה, סביבה מחוסנת, מדענים יכולים לעצב nanostructures עם תכונות הרצויות - ממכשירי אספקת תרופות ועד לאחסון אנרגיה ממשיכים התקדמות במודל חישובי ואופייזציה ניסיונית ימשיכו הלאה את היכולת שלנו לרת עקרונות אלה עבור הדור הבא של טכנולוגיות חדשניות, ועדיין ישארון תרבותי, עם אלקטרודות עמוק של תחום.