Nanotechnologia w praktyce. Rozdział 2

ROZDZIAŁ 2 Z PUBLIKACJI PT. "NANOTECHNOLOGIA W PRAKTYCE", REDAKCJA KAMILA ŻELECHOWSKA. Jest to pierwsza tego typu pozycja na rynku polskim. Dostarcza praktycznej wiedzy dotyczącej przeprowadzania doświadczeń laboratoryjnych z obszaru nanotechnologii. Opisana jest zarówno synteza, jak i badanie właściwości otrzymanych nanomateriałów oraz przykłady komercyjnego wykorzystania nanostruktur. Każdy rozdział rozpoczyna się wstępem, potem jest opis wykonania doświadczenia i dodatkowy opis metody pomiarowej oraz interpretacja uzyskanych wyników. Każde z przedstawionych w publikacji doświadczeń zostało wykonane przeze mnie w laboratorium, a większość wykonywali również studenci z pozytywnym efektem. Wszystkie zdjęcia, rysunki i wykresy są robione samodzielnie. Jest to o tyle ważne, iż coraz częściej można spotkać się z sytuacją, gdy doświadczenie opisane w publikacji naukowej nie daje się odtworzyć w innym laboratorium. Dotyczy to zarówno skomplikowanych, jak i bardzo prostych doświadczeń. Pozycja obejmuje materiał interdyscyplinarny (chemia, fizyka, inżynieria materiałowa). Pozwala na szersze spojrzenie na naukę i nie zamykanie jej w określonych ramach. Książka może stanowić gotową instrukcję do laboratorium dla studentów nauk przyrodniczych. Wybrane doświadczenia mogą być również wykorzystane w formie demonstracji w czasie lekcji czy wykładu. Dokładny opis doświadczeń, pozwala na ich odtworzenie nawet przez mniej wprawnych eksperymentatorów.

Spis treści

1. TLENEK GRAFENU I REDUKOWANY TLENEK GRAFENU Izabela Kondratowicz, Kamila Żelechowska 9 1.1. Wstęp 9 1.2. Otrzymywanie redukowanego tlenku grafenu 12 1.3. Badanie właściwości tlenku grafenu i redukowanego tlenku grafenu 14 1.3.1. Właściwości chemiczne i elektryczne tlenku grafenu i redukowanego tlenku grafenu 14 1.3.2. Badanie właściwości tlenku grafenu i redukowanego tlenku grafenu przy użyciu metod spektroskopowych 21 1.3.3. Obrazowanie przy użyciu metod mikroskopowych 29 2. NANOCZĄSTKI METALICZNE. OTRZYMYWANIE I WŁAŚCIWOŚCI Kamila Żelechowska, Izabela Kondratowicz 33 2.1. Wstęp 33 2.2. Wybrane metody otrzymywania nanocząstek metalicznych 35 2.3. Wybrane właściwości koloidów złota i srebra 39 2.3.1. Zjawisko Tyndalla 39 2.3.2. Spektroskopia UV-Vis. Powierzchniowy rezonans plazmonowy 40 2.4. Synteza i badanie właściwości nanocząstek metalicznych 41 2.4.1. Otrzymywanie i właściwości koloidów złota 41 2.4.2. Otrzymywanie nanocząstek złota na podłożu stałym 47 2.4.3. Otrzymywanie nanocząstek srebra metodą odwróconych miceli 49 2.4.4. Otrzymywanie nanocząstek srebra tzw. zieloną metodą 53 3. OTRZYMYWANIE NANOKRZEMIONKI (SiO2) METODĄ ZOL-ŻEL Izabela Kondratowicz, Kamila Żelechowska 57 3.1. Wstęp 57 3.2. Synteza krzemionki metodą zol-żel 64 4. KROPKI KWANTOWE. SYNTEZA I WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE NANOKRYSZTAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Marcin Karbarz, Kamila Żelechowska 67 4.1. Wstęp 67 4.2. Synteza kropek kwantowych 70 4.2.1. Synteza nanokryształów siarczku kadmu 70 4.2.2. Synteza nanokryształów selenku kadmu 72 4.3. Badanie właściwości otrzymanych kropek kwantowych 73 5. FOTOKATALITYCZNE WŁAŚCIWOŚCI TiO2 Kamila Żelechowska, Maciej Klein 77 5.1. Wstęp 77 5.2. Fotokatalityczne usuwanie barwników z wody 80 5.3. Ogniwa barwnikowe 84 5.3.1. Wstęp 84 5.3.2. Wykonanie barwnikowego ogniwa słonecznego 87 5.3.3. Testowanie ogniwa 96 6. ZACHWYCAJĄCE NANOSTRUKTURY ZnO Kamila Żelechowska 98 6.1. Wstęp 98 6.2. Otrzymywanie nanostruktur ZnO 99 6.3. Otrzymywanie mikrokwiatów ZnO metodą mikrofalową 102 6.4. Wpływ rozmiaru na właściwości optyczne nanocząstek ZnO 105 6.5. Bezpieczne opalanie się a nano-ZnO 109 6.5.1. Demonstracja zdolności ZnO do blokowania promieniowania UV 112 7. OTRZYMYWANIE I WŁAŚCIWOŚCI NANOCZĄSTEK MAGNETYCZNYCH Izabela Kondratowicz, Kamila Żelechowska 116 7.1. Wstęp 116 7.2. Metoda sucha – otrzymywanie maghemitu 122 7.3. Metoda mokra (w fazie wodnej) – otrzymywanie magnetytu 124 7.4. Metoda współstrącania w wysokiej temperaturze – otrzymywanie ferrytowych nanocząstek niklowo-cynkowych (Ni0,5Zn0,5Fe2O4) 126 7.5. Struktury rdzeń–powłoka z żelem krzemionkowym 129 7.6. Nanocząstki magnetyczne modyfikowane cyklodekstryną w oczyszczaniu ścieków 131 7.6.1. Modyfikacja nanocząstek magnetycznych ß-cyklodekstryną 132 7.6.2. Badanie zdolności sorpcyjnej funkcjonalizowanych nanocząstek maghemitu 134 7.7. Ferrociecz 136 7.7.1. Separacja magnetyczna z użyciem ferrocieczy 138 8. NANORURKI WĘGLOWE Kamila Żelechowska 140 8.1. Wstęp 140 8.2. Nanorurki węglowe w bioogniwach paliwowych 143 8.3. Bioogniowo paliwowe z elektrodami z nanorurek 146 9. CHEMIA POWIERZCHNI Kamila Żelechowska, Jolanta Szczygelska-Tao 149 9.1. Wstęp 149 9.2. Modyfikacja powierzchni. 150 9.3. Chromatografia i wzorce chemiczne 156 9.4. Modyfikacja powierzchni metalu 158 9.5. Lipofilizacja powierzchni 160 9.5.1. Lipofilizacja żelu krzemionkowego 160 9.5.2. Lipofilizacja szkła lub włókniny szklanej 161 9.5.3. Otrzymywanie i badanie właściwości hydrofobowej bawełny 163 9.5.4. Otrzymywanie materiałów chropowatych 167 9.6. Modyfikacja powierzchni żelu krzemionkowego w celu generowania wzorcowych mieszanin gazowych 168 9.6.1. Niklowanie autokatalityczne 169 9.6.2. Kolorowe warstwy na metalach 171 10. STRUKTURY SUPRAMOLEKULARNE Radosław Pomećko, Kamila Żelechowska, Izabela Kondratowicz 175 10.1. Wstęp 175 10.2. Rodzaje odziaływań w układach supramolekularnych 176 10.2.1. Oddziaływania jon–jon oraz jon–dipol 177 10.2.2. Wiązanie wodorowe 179 10.2.3. Oddziaływanie typu ?–?. 181 10.2.4. Oddziaływanie van der Waalsa i hydrofobowe 182 10.3. Teoria twardych i miękkich kwasów i zasad Pearsona 183 10.4. Trwałość układów supramolekularnych, efekt chelatowy i makrocykliczny w tworzeniu kompleksów 185 10.5. Strategia syntezy związków makrocyklicznych 188 10.5.1. Metoda dużych rozcieńczeń 188 10.5.2. Efekt templatowy (matrycowy) 190 10.6. Układy typu „gość–gospodarz” 193 10.7. Synteza i właściwości eterów koronowych 201 10.7.1. Synteza templatowa 18-korony-6 201 10.7.2. Potwierdzenie właściwości kompleksujących eteru 18-korona-6 przy użyciu chromatografii TLC 202 10.7.3. Purpurowy benzen 203 10.8. Otrzymywanie klatratów mocznika i tiomocznika 204 11. OTRZYMYWANIE NANOSTRUKTUR NA DRODZE SAMOORGANIZACJI Izabela Kondratowicz, Kamila Żelechowska, Radosław Pomećko 207 11.1. Wstęp 207 11.2. Wyznaczanie krytycznego stężenia micelizacji 211 11.2.1. Rodzaje i właściwości związków powierzchniowo czynnych 211 11.3. Rurki z siarczku kadmu 219 11.4. Uporządkowana mezoporowata krzemionka 221 11.4.1. Otrzymywanie mezoporowatej krzemionki MCM-41 224 11.4.2. Usuwanie twardości wody za pomocą mezoporowatej krzemionki MCM-41 228 11.5. Hydrożele z redukowanego tlenku grafenu templatowane krzemionką 230 11.5.1. Otrzymywanie hydrożeli z rGO templatowanych krzemionką 234 11.6. Porowate materiały metaloorganiczne 238 11.7. Otrzymywanie porowatych struktur z ?-cyklodekstryny i jonów metali alkalicznych 241 12. ZWIĄZKI FUNKCJONALNE: DENDRYMERY, ROTAKSANY, HYDROŻELE (KAPSUŁY MOLEKULARNE) Radosław Pomećko, Kamila Żelechowska) 247 12.1. Dendrymery 247 12.2. Rotaksany i katenany 253 12.3. Hydrożele 257 12.4. Badanie właściwości sieci hydrożelowej 261