Введение

Нанотехнология в последние годы стала одной из наиболее важных и захватывающих областей знаний на переднем крае физики, химии, биологии, технических наук. Она подаёт большие надежды на скорые прорывы и новые направления в технологическом развитии во многих сферах деятельности.

Одной из проблем, занимающих современных учёных, является проблема, связанная с созданием преобразователей солнечной энергии в электрическую . Она представляет огромный интерес из-за целого ряда причин, а именно: неисчерпаемость запаса солнечной энергии, исключение необходимости дорогостоящих и трудоёмких процессов, связанных с перевозкой топлива к преобразователю, и передачей выработанной электроэнергии к месту нахождения потребителей. Весьма заманчивым является и экологически чистое превращение в электричество и тепло энергии солнечных лучей. Сейчас уже вполне обоснованно на солнечную энергетику возлагаются очень большие надежды и резко возросла интенсивность теоретических и прикладных разработок в области преобразователей энергии солнечного излучения в электрическую.

Перспективным материалом для фотоэлементов являются наночастицы тройных полупроводниковых соединений AIBIIICVI2 благодаря их оптоэлетрическим свойствам. Было установлено, что фотоэлементы на основе соединения такого типа как CuInSe2 обладают эффективностью преобразования солнечной энергии в электрическую около 17%. Это значение является достаточно высоким и оправдывает активные поиски наиболее дешёвого и быстрого способа получения наночастиц CuInSe2. Одним из перспективных методов является микроволновой полиольныи метод, который сравнительно прост и технологичен. Вполне вероятно, что именно за этим методом будущее получения нанопорошков для фотоэлементов и не только для них.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 О нанохимии

Одной из самых актуальных современных научных проблем, лежащей на стыке материаловедения, физики и химии, является проблема наносостояния вещества. В развитых странах осознание ключевой роли, которую в недалёком будущем будут играть результаты работ по нанотехнологиям, привело к разработке крупномасштабных программ по их развитию на основе государственной поддержки. Для информационного обеспечения в области нанотехнологии иностранными и российскими издательствами в последние годы читателям предоставляется большое количество книг и журналов, например, "Nanochemistry", "Nanotechnology", "Нано- и микросистемная техника ", "Новости нанотехнологии", "Зондовые нанотехнологии в электронике", "Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века" и многие другие.

Особенность нанотел, то есть сверхмалых тел, состоит в том, что их размер соизмерим с радиусом действия сил межатомного взаимодействия, а именно с расстоянием, на которое должны быть удалены атомы тела, чтобы их взаимодействие не сказывалось на его свойствах в заметной степени. Вследствие данной особенности нанотела взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой иначе, чем макротела. Специфика взаимодействия столь велика, что для исследования наносистем сформировалось особое направление научного поиска, которое можно назвать физикохимией наносистем или для краткости нанохимией [3].

Перед тем как начать краткий обзор проблем, современных достижений и перспектив развития нанохимии, полагаю необходимым определиться с терминологией, дать четкое определение «понятиям с приставкой «нано»-, которые сейчас широко употребляются.

В концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года, одобренной в основном Правительством Российской Федерации (18 ноября 2004 года), используются следующие термины:

Нанотехнология - совокупность методов и приёмов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать модифицированные объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

Наноматериалы - материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Наносистемная техника - полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий, функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.

Наноиндустрия - вид деятельности по созданию продукции на основе нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники [2].

Теперь обратимся ненадолго к истории: Как возникло понятие о нановеществе? Особые физические свойства малых частиц давно, хотя и неосознанно, использовались людьми. Ещё в древнем Египте изготавливались образцы цветных стёкол, окрашенные коллоидными частицами металлов. Первым научным упоминанием малых частиц является, по-видимому, открытое в 1827 году шотландским ботаником Р.Броуном беспорядочное движение частиц цветочной пыльцы, взвешенных в жидкости. Теория броуновского движения, развитая независимо А.Эйнштейном и М.Смолуховским в начале XX века, является основой одного из экспериментальных методов определения размеров малых частиц. Фактически началом изучения наноструктурного состояния вещества явились исследования в области коллоидной химии, достаточно широко проводившиеся уже с середины XIX века. В начале XX века значительный вклад в развитие коллоидной химии и исследование дисперсных веществ, в определение размеров коллоидных частиц внёс шведский учёный Т.Сведберг. В 1919 году он создал метод выделения коллоидных частиц из растворов с помощью ультрацентрифуги. В 1926 году за работы в области дисперсных систем Т.Сведбергу была присуждена Нобелевская премия по химии. В 1960 году на собрании Американского Физического общества известный физик, лауреат Нобелевской премии, Ричард Фейнман почитал провидческую и пророческую лекцию под названием «Там внизу ещё очень много места», где фантазировал на тему вероятности создания и потенциальных возможностей наноразмерных материалов. Он предлагал манипулирование отдельными атомами для создания структур с очень разными свойствами. Множество фейнмановских измышлений стало реальностью, однако, его идеи не нашли отклика у учёных того времени. Сейчас среди исследователей в области нанотехнологии эта лекция, разумеется, является легендарной [5].

В XX веке стали интенсивно развиваться исследования гетерогенного катализа, ультрадисперсных порошков и тонких плёнок. В таких исследованиях естественно возникал вопрос о влиянии малого размера изучаемых объектов на их свойства. В настоящее время к наноструктурным материалам относят нанопорошки металлов , сплавов, интерметаллидов, оксидов, карбидов, боридов, нитридов, и эти же вещества в компактном состоянии с зёрнами нанометрового размера, а также полимеры, углеродные наноструктуры, нанопористые материалы, нанокомпозиты, биологические наноматериалы [1]. Новейшие нанотехнологии наряду с комьютерно-информационными технологиями и биотехнологиями являются фундаментом научно-технической революции в XXI веке [2]. По этой причине правительствами ведущих стран приняты широкомасштабные программы по поддержке и развитию работ в области нанотехнологии.