O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta ta’lim vazirligi

7.4.KIMYOVIY NANOTEXNOLOGIYANING SHAKLLANISHI VA YUTUQLARI

Keyingi yillarda “nano”, “nanokimyo”, “nanotexnologiya”, “nanomateriallar” kabi atamalar, shu atamalarga bogʻliq qurilmalar yoki yangi yaratilayotgan materiallar fan-texnika yangiliklarida koʻp ishlatila boshlandi. Xoʻsh “nano”, “nanotexnologiya”, “nanomateriallar” deb atalayotgan atamalar qayerdan kelib qoldi? Bu atamalar mohiyatan, mazmunan nimani aks etiradi? Bunday yangiliklarni oʻrganish har qanday kishi uchun qiziqarli hisoblanadi. Hozirgi kunda barcha yoshlar bunday yangiliklardan xabardor boʻlishga, muntazam oʻrganishga harakat qilishmoqda. Boʻlajak “Kimyo” mutaxasisligi boʻyicha tahsil olayotgan bakalavr, magistrlarni jahon standarti talablari doirasida taʻlim olishlaridagi asosiy omillardan biri shunday fan va texnika yangiliklari bilan yaqindan tanishish hisoblanadi. Bu muammolarning hal etilishi ularning ilmiy salohiyatini rivojlanishida muhim ahamiyatga ega.⁴⁴

Nanosistemalar kolloid kimyoda qabul qilingan klassifikatsiyaga koʻra oʻlchami 1-100 nm oraliqda yotuvchi ultradispers kolloid sistemaga kiradi. Oʻlchamning bu sohasi disperslikning chegaraviy darajasiga mos kelib, unda kolloid sistema oʻzining eng asosiy xossasi boʻlgan geterogenlikni saqlab qoladi. P.A. Rebinderning baholashiga koʻra fazoviy dispers zarrachaning chegaraviy oʻlchami taxminan 1 nm (3-5 molekulalar diametr) ni tashkil etadi.
Kolloid kimyo bilan nanokimyo oʻrtasidagi bogʻliqlikni aniqlash uchun kolloid kimyoning rivojlanish bosqichlarini eslash maqsadga muvofiq. M.Faradeyning (1857) dastlabki ishlaridan keyin, yaʻni qizil oltinning zarrachalar oʻlchami 5-100 nm darajada boʻlgan yuqori dispersli barqaror eritmasi birinchi marta olingandan keyin XIX asrning ikkinchi yarmi va XX asrning boshlarida ushbu ishga koʻplab kimyogar va fiziklar oʻz eʻtiborlarini qaratdi. Kolloid eritmalar turli xossalarini tajribaviy va nazariy tekshirilishi kolloid kimyoning asosiy xossalarini ochilishiga olib keldi: kolloid zarrachalaming broun harakati va diffuziyasi (A. Eynshteyn), kolloid eritmalarining geterogen tabiati (R. Zigmondi), ogʻirlik kuchi maydonida dispersiyaning sedimentatsion - diffuzion muvozanati (J. Perren) va sentrifugasi (T.Svedberg), yorugʻlikning sochilishi (J.Reley), elektrolit yordamida zollar koagulyatsiyasi (S.G.Shulse va V.Gardu). Turli moddalar kolloid eritmalari xossalarining oʻrganilishi fundamental tamoyil - kolloid holatning universalligini oʻrnatilishiga olib keldi.
Ushbu davrdagi kolloid kimyo sohasidagi yetakchi olimlar yuqori dispersli sistemalarni tizimli oʻrganishning prinsipial ahamiyatini juda yaxshi tushunishgan, lekin oʻsha davrdagi tajriba usullari, ayniqsa, ultradispers zarrachalar tuzilishini aniqlashda yuqori darajadagi ajratish qobiliyatini namoyon qila olmagan edi. Ushbu imkoniy holatlar tadqiqotlar choʻqqisini nisbatan yirik zarrachali dispers (koʻpiklar, emulsiyalar, suspensiyalar, aerozollar) va strukturlashgan (gellar, koagulyatsiyalashgan va kristallashgan strukturalar) sistemalar tomonga siljishiga olib keldi.
XX asrning ikkinchi yarmida moddalar tuzilishini oʻrganishning yuqori ajratish qobiliyatiga ega boʻlgan usullarning paydo boʻlishi (YAMR, elektron va atom kuchli mikroskopiya, 10^-3 mj/m^-2 gacha boʻlgan juda kichik sirt oʻlcham uchun maxsus texnika, foton-korrelyatsion spektroskopiya, kompyuter modellash va boshqa shu kabilar) ultradispers kolloid sistemalarning tuzilishi va xossalarini tizimli tadqiq etishga olib keldi. Keyingi 40-50 yil ichida bu sohada juda koʻplab ishlar qilindi, ultradispers sistemalarning tubdan farq qiladigan yangi sinflari olindi va ularning xossalari oʻrganildi. Bundan ultradispers sistemalarga yaqqol misol sifatida termodinamik barqaror boʻlgan mikroemulsiyalarni koʻrsatish mumkin. Ulardagi dispers faza diametri bir necha nanometr boʻlgan tomchilardan iborat.
Kolloid kimyodagi ultradispers sistemalarni oʻrganishdagi yigʻilgan ulkan tajribalar nanokimyoning tadqiqotchilik va amaliy vazifalarini yechishda muvaffaqiyatli qoʻllanilishi mumkin. Chunki mohiyat jihatidan ushbu sistemalar nanosistemalardir. Lekin shuni alohida qayd etish kerakki, kolloid kimyoning ekstrapolyatsiya qonunlarini dispers zarrachalar va nozik qavatlarning tuzilishi haqidagi tasavvurlarni nanooʻlchamli sohada qoʻllanilishda juda katta ehtiyotlikni talab etadi. Dispers zarracha oʻlchamining qiymati qancha chegaraviy imkoniy qiymatga yaqin boʻlsa (nanooʻlchamga), mashtab effekti, yaʻni turli xossalarning zarracha oʻlchamiga bogʻliqligi shuncha kuchli namoyon boʻladi. Shunga qaramasdan kolloid kimyoning usullari va tamoyillari nanokimyoda ham muvaffaqiyatli ishlashi mumkin. Ushbu muammo juda keng qamrovli va juda katta nazariy va amaliy masalalar majmuasini oʻz ichiga oladi.
Fan va teхnikaning kelgusi rivoji yangi sohalarning kelib chiqishiga olib keldi. Bu sohalar oʻzgacha хossaga ega yangi materiallarga ehtiyoj uygʻotdi.
Kvant meхanikasining yaratilishi, teхnika va teхnologiyaning mos ravishda kengayishi ХХ asrda yarimoʻtkazgichlar deb atalgan materiallarning kashf qilinishi va mazkur asrning ikkinchi yarmida keng koʻlamda qoʻllanilishiga olib keldi. Avval, 1948 - yilda nuqtaviy, keyin 1951 - yilda yassi tranzistorlarning kashf qilinishi yarimoʻtkazgichli elektronikaning jadal rivojlanishiga olib keldi. Juda koʻp ajoyib qurilmalar yaratildi. Ayniqsa, integral mikrosхemalarning elektronikada qoʻllanishi bu sohada inqilobiy oʻzgarishlarga olib keldi. Bu kompyuter sanoatida yorqin namoyon boʻldi. Minglab elektron lampali, butun binoni egallagan hisoblash mashinalari oʻrniga iхcham, stol ustida, hatto choʻntakda joylasha oladigan kompyuterlar kirib keldi. Uzoq vaqt davomida mikroelektronikaning asosiy materiallari kremniy va mis hisoblanar edi. Ammo oхirgi paytda ХХ asr oхirida kashf qilingan oʻtkazuvchan polimerlar borgan sari shuhrat qozonmoqda.
Oʻtgan asrning oxirlarida fan va yuqori texnologiyalar materiyaning nanometrli oʻlchamlarida kuzatiladigan xossalaridan foydalanish insoniyat oldida juda katta imkoniyatlar yaratishi mumkinligini koʻrsatib berdi. Oxirgi 15 – 20 yil ichida gurkirab rivojlanib kelayotgan va “nanotexnologiya” deb nom olgan oʻta istiqbolli yoʻnalish shu kunlarda insoniyat bilan bogʻliq hamma sohaga kirib borishini, ishlab chiqarish, iqtisodiyotni va umuman hayotning hamma jabhalarini keskin ravishda oʻzgartirib yuborishini namoyon qila boshladi. “Nano” qoʻshimchasini oʻziga qoʻshib olgan juda koʻp yangi soʻzlar paydo boʻla boshladi: nanotexnologiya, nanofizika, nanokimyo, nanoelektronika, nanomeditsina, nanodunyo va h.k. Bu soʻzlarni mutaxassislar bilan bir qatorda jurnalistlar, amaldorlar, siyosatchilar va hattoki davlat rahbarlari ham tez – tez ishlatadigan boʻlib qoldilar. Buning sababi, albatta, koʻpchilikning nanotexnologiyalarning hayotimiz kelajagini oʻzgartirib yuborishda juda katta rol oʻynashini tushunib yetganligidadir.
Sanoati rivojlangan Gʻarb mamlakatlarida va Yaponiyada «nanodunyo» bilan qiziqish oldinroq, XX asrning oxirlariga kelib kuchayib ketdi. Bu fanning rivojlanish belgilari butun dunyo nanorevolyutsiya asriga kirib kelayotganligidan xabar berar edi, uning natijalari kompyuter va lazerlarning hayotimizga olib kirgan yangiliklaridan chuqurroq va salobatliroq boʻladiganga oʻxshaydi. Shu sababli bu mamlakatlarda boshlangʻich va oliy taʻlim darajalarida «nanofanlar» asoslarini oʻqitishga moʻljallangan har xil milliy dasturlar qabul qilindi, anchagina darslik va qoʻllanmalar chop etildi, “nanomarkazlar” tashkil etildi, bunday markazlarda kuchli kompetensiyaga ega boʻlgan va chuqur bilimli professional kadrlar yetishib chiqdi.
“Nano” degan qoʻshimcha “nanos” degan grek soʻzidan (uning tarjimasi – “mitti”, “karlik”, hattoki “kichkina chol”) olingan boʻlib, biror birlikning milliarddan bir qismi degan maʻnoni anglatadi: masalan, 1 nanometr, 1 nanosekund va h.k.
Nanometrli deb, oʻlchamlari 1dan – 100nm.gacha boʻlgan obʻektlarni aytiladi. Nano (yunoncha nanos-karlik, gnom, mitti) qoʻshimchasi biror birlikning milliarddan bir (10^-9) ulushini anglatadi. Masalan, nanometrning milliarddan bir qismi (1nm=10^-9m). Tushuntirish sifatida quyida keltirilgan rasmda tabiiy va sunʻiy olam obʻektlarining oʻlchamlari logarifmik masshtabda koʻrsatilgan.