Моделирование трехмерных пористых иерархических материалов, организованных посредством самосборки наносфер
Аннотация
Рассмотрены возможности применения моделирования для развития двух перспективных направлений современного наноматериаловедения: материалов с иерархией пор, собранных посредством иерархической самосборки, а также иерархических структур из нанопористых элементов. С использованием квазидвумерной проекции трехмерного детерминированного фрактального агрегата Жюльена оценен размер пор в иерархических структурах. Трехмерное моделирование иерархических структур, организованных посредством самосборки наносфер, проведено в среде Autodesk 3ds Max. Проанализированы зависимости пористости, плотности, удельной площади поверхности фрактальных структур от размеров агрегатов (при возникновении новых уровней пор иерархических материалов), а также изменения пористости при замене первичных идентичных сферических частиц на пористые сферы.
Об авторах
И. Е. Кононова
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия
Россия
кандидат физико-математических наук (2009), доцент (2013) кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 150 научных работ. Сфера научных интересов - синтез и диагностика наноматериалов
В. А. Мошников
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия
Россия
доктор физико-математических наук (1997), профессор (1999), зам. заведующего кафедрой микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 450 научных работ. Сфера научных интересов - нанотехнология и диагностика
П. В. Кононов
Санкт-Петербургский горный университет
Россия
Россия
кандидат технических наук (2016), ассистент кафедры начертательной геометрии и графики Санкт-Петербургского горного университета . Автор более 30 научных работ. Сфера научных интересов - компьютерное моделирование; материаловедение функциональных и конструкционных материалов
Список литературы
1. Новые наноматериалы. Синтез. Диагностика. Моделирование: лабораторный практикум / под ред. В. А. Мошникова, О. А. Александровой. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2015. 248 с.
2. Gelatin-assisted Synthesis of ZnS Hollow Nanospheres: The Microstructure Tuning, Formation Mechanism and Application for Pt-free Photocatalytic Hydrogen Production / Q. Yan, A. Wu, H. Yan, Yu. Dong, Ch. Tian, B. Jiang, H. Fu // CrystEngComm. 2017. Vol. 19. P. 461- 468.
3. Nanowire Networks and Hollow Nanospheres of Ag-Au Bimetallic Alloys at Room Temperature / R. Britto Hurtado, M. Cortez-Valadez, H. Arizpe-Chavez, N. S. Flores- Lopez, R. A. B. Alvarez, M. Flores-Acosta // Nanotechnology. 2017. Vol. 28, № 11. P. 115606.
4. Bioactive Mono-Dispersed Nanospheres with Long-Term Antibacterial Effects for Endodontic Sealing / X. Cheng, T. Qu, Ch. Ma, D. Xiang, Q. Yu, X. Liu // J. Mater. Chem. B. 2017. № 6. P. 1195-1204.
5. Zeptonewton Force Sensing with Nanospheres in an Optical Lattice / G. Ranjit, M. Cunningham, K. Casey, A. A. Geraci // Phys. Rev. A. 2016. Vol. 93. P. 053801.
6. Targeted Photothermal Ablation of Murine Melanomas with Melanocyte-Stimulating Hormone Analog- Conjugated Hollow Gold Nanospheres / W. Lu, C. Xiong, G. Zhang, Q. Huang, R. Zhang, JZ. Zhang, C. Li // Clin Cancer Res. 2009. Vol. 15, № 3. Р. 876-886.
7. Preparation of Core-Shell Nanospheres of Silica- Silver: SiO2@Ag / J. C. Flores, V. Torres, M. Popa, D. Crespo, J. M. Calderon-Moreno // J. of Non-Crystalline Solids. 2008. Vol. 354, № 52-54. P. 5435-5439.
8. Core-Shell Superparamagnetic Monodisperse Nanospheres Based on Amino- Functionalized CoFe2O4@SiO2 for Removal of Heavy Metals from Aqueous Solutions / Ch. Ren, X. Ding, H. Fu, W. Li, H. Wu, H. Yang // RSC Adv. 2017. № 7. P. 6911-6921.
9. Self-Assembled Nanospheres with Multiple Endohedral Binding Sites Pre-Organize Catalysts and Substrates for Highly Efficient Reactions // Qi-Q. Wang, S. Gonell, S. H. A. M. Leenders, M. DGrr, I. Ivanovic-Burmazovic, J. N. H. Reek // Nature Chemistry. 2016. Vol. 8, iss. 3. P. 225-230.
10. Synthesis of Mesoporous Silica Hollow Nanospheres with Multiple Gold Cores and Catalytic Activity / J. Chen, Z. Xue, S. Feng, B. Tu, D. Zhao // J. of Colloid and Interface Science. 2014. Vol. 429, iss. 1. P. 62-67.
11. Mel A.-A. El, Nakamura R., Bittencourt C. The Kirkendall Effect and Nanoscience: Hollow Nanospheres And Nanotubes // Beilstein J. Nanotechnol. 2015. Vol. 6. P. 1348-1361.
12. Size-Dependent Nanoscale Kirkendall Effect During the Oxidation of Nickel Nanoparticles / J. G. Railsback, A. C. Johnston-Peck, Ju. Wang, Jo. B. Tracy // ACS Nano. 2010. Vol. 4, № 4. Р. 1913-1920.
13. Tu K. N., Gosele U. Hollow Nanostructures based on The Kirkendall Effect: Design and Stability Considerations // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 86. P. 093111.
14. Synthesis of Layered Hierarchical Porous SnO2 For Enhancing Gas Sensing Performance / Y. Wang, X. Wang, G. Yi, Ya. Xu, Zhou L., Wei Y. // J. of Porous Materials. 2016. P. 1-8.
15. Synthesis and characterization of hierarchical porous SnO2 for enhancing ethanol sensing properties / Zh. Bowen, F. Wuyou, L. Huayang, F. Xinglin, W. Ying, B. Hari, W. Xiaodong, S. Guang, C. Jianliang, Zh. Zhanying // Appl. Surface Science. 2016. Vol. 363. P. 560-565.
16. Hydrothermal Synthesis of Hierarchically Porous Rhdoped ZnO and its High Gas Sensing Performance to Acetone / Z. Chen, Z. Lin, H. Yu, N. Li, M. Xu // J. of Materials Science: Materials in Electronics. 2016. Vol. 27, № 3. P. 2633-2639.
17. Abrashova E. V., Gracheva I. E., Moshnikov V. A. Functional Nanomaterials based on Metal Oxides with Hierarchical Structure // J. of Physics: Conference Series. 2013. Vol. 461, № 1. P. 012019.
18. Nanostructured Materials Obtained under Conditions of Hierarchical Self-Assembly and Modified by Derivative Forms of Fullerenes / I. E. Gracheva, V. A. Moshnikov, E. V. Maraeva, S. S. Karpova, O. A. Alexsandrova, N. I. Alekseyev, V. V. Kuznetsov, G. Olchowik, K. N. Semenov, A. V. Startseva, A. V. Sitnikov, J. M. Olchowik // J. of Non-Crystalline Solids. 2012. Vol. 358. P. 433-439.
19. Hierarchical Nanostructured Semiconductor Porous Materials for Gas Sensors / V. A. Moshnikov, I. E. Gracheva, V. V. Kuznezov, A. I. Maximov, S. S. Karpova, A. A. Ponomareva // J. of Non-Crystalline Solids. 2010. Vol. 356, № 37-40. P. 2020-2025.
20. Грачева И. Е., Мошников В. А., Абрашова Е. В. Обобщение результатов анализа величины фрактальной размерности золь-гель пористых иерархических структур // Материаловедение. 2013. № 6. С. 13-22.
21. Грачева И. Е., Мошников В. А. Наноматериалы с иерархической структурой пор: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2011. 107 с.
22. Self-assembly of Fractal Magnetite-Silica Aggregates in a Static Magnetic Field / I. E. Kononova, K. G. Gareev, V. A. Moshnikov, V. I. Al'myashev // Inorganic Materials. 2014. Vol. 50, № 1. P. 68-74.
23. Основы золь-гель-технологии нанокомпозитов / А. И. Максимов, В. А. Мошников, Ю. М. Таиров, О. А. Шилова. СПб.: Элмор, 2007. 254 с.
24. Жюльен Р. Фрактальные агрегаты // Успехи физ. наук. 1989. Т. 157, № 2. С. 339-357.
25. Мандельброт Б. Б. Фрактальная геометрия природы / Институт компьютерных исследований. М., 2002. 656 с.
26. Everett D. H. Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units. Appendix II: Definitions, Terminology and Symbols in Colloid and Surface Chemistry // Pure and Appl. Chem. 1972. Vol. 31, № 4. P. 577-638.
Рецензия
Для цитирования:
Кононова И.Е., Мошников В.А., Кононов П.В. Моделирование трехмерных пористых иерархических материалов, организованных посредством самосборки наносфер. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2017;(5):54-63.
For citation:
Kononova I.E., Moshnikov V.A., Kononov P.V. Modeling of Three-Dimensional Hierarchical Porous Materials Organized by Means of Nanosphere Self-Assembly. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2017;(5):54-63. (In Russ.)
Просмотров: 365
Послать статью по эл. почте 