Понятие МФ материал

сполукою або їх сумішшю?
Матеріал – це сполука, речовина, суміш речовин,

композит, які знайшли практичне використання.

Приклад: CaCO3 – карбонат кальцію, хімічна речовина
крейда – будівельний матеріал

Карбонат кальцію, синтетично отриманий в лабораторії, може розглядатися як основа для створення будівельного матеріалу, але ще не є будівельним матеріалом

нових матеріалів потребує створення речовин, що мають потрібні (задані) властивості



Створення

речовин з заданими властивостями потребує знань про залежність властивостей від складу і будови речовини



Отримання знань про залежність властивостей від складу і будови речовини потребує дослідження масиву речовин різного складу і будови

мають густину, колір, смак, електричний опір тощо). Більшість таких властивостей

не має застосування.

Не має сенсу характеризувати речовину або матеріал тими властивостями, які не можуть бути застосовані. Надалі розлядатимемо лише ті властивості, що можуть бути застосовані.


Функціональний матеріал – матеріал, що має певну властивість (функцію), яка потрібна для певного застосування.

для практичного застосування)
Про що ми будемо говорити?

провідний магнітний матеріал (залізо)
- пористий магнітний сорбент
(властивості: здатність до сорбції

+ здатність до руху в магнітному полі)
- каталізатор з пористою структурою (властивості: здатність до селективної сорбції + каталітична активність)

Строго кажучи, у випадку співіснування властивостей, матеріал можна вважати мультифункціональним, якщо кожна з "корисних" властивостей є незалежною характеристикою (кожна існує незалежно від іншої)

Приклад:
- пористий каталізатор, в строгому розумінні, не є мультифункціональним матеріалом, оскільки пористость є складовою "особливих каталітичних властивостей". Це – каталізатор з особливими каталітичними властивостями, що досягається завдяки поєднанню пористості і каталітичної активності

на зразок, яка напряму з такою характеристикою не пов’язана

Приклади:
-

зміна забарвлення при зміні рН
- перехід антиферомагнетика в феромагнетик при адсорбції субстрату

з іншою властивістю
- надавати можливість впливати на іншу властивість (посилювати

або послабляти певну характеристику)

сорбції на магнетизм
(управління магнітними властивостями)
створення сорбентів, що рухаються в

магнітному полі

зміна обертання світла в залежності від магнітного стану зразку

є магнітним доменом.

- Колективне впорядкування спінів: феромагнітне впорядкування, ферімагнітне впорядкування,

антиферомагнітне впорядкування

- Обмінні взаємодії між парамагнітними центрами.

- Явище “спін-кросоверу”. Суттєва зміна магнітної сприйнятливості (іноді – перехід з діамагнітного в парамагнітний стан) при зміні температури

1.
Створити “магнітний центр” з заданими властивостями в складі самої речовини.

Найбільш

доцільний шлях, якщо є задача взаємного впливу однієї властивості на іншу, тому що досягається найбільш близьке розташування центрів, які відповідають за певні різні властивості.

Спосіб – зборка речовини з “будівельних блоків” з заданими властивостями. Утворюється нова хімічна сполука.

2.
Ввести окремий “магнітний центр” з заданими властивостями в склад композиту,

без зміни будови речовини.

Найбільш доцільний шлях, якщо є задача досягти співіснування ряду властивостей без їх взаємного впливу. Компоненти, що відповідають за різні властивості, як правило, добре відокремлені одна від одної.

Спосіб – інкорпорування магнітних частинок (наночастинок) в іншу речовину. Утворюється композит різних хімічних сполук.

речовин або матеріалів сорбувати певні молекули:

- хімічна природа центрів адсорбції

(центрів зв’язування)

- питома площа поверхні (пропорційна кількості центрів адсорбції на грам сорбенту)

- наявність пор (що обумовлює просторові обмеження для молекул субстратів і більшу енергію зв’язування у порівнянні з плоскою поверхнею)

вугілля

Кремнеземні сорбенти

Цеоліти, алюмосилікати

Пористі фосфати

Пористі координаційні полімери
Діамагнітні сорбенти

Можливість інкорпорування другої

складової з заданими властивостями (наприклад, магнітних або люмінесцентних наночастинок)

Парамагнітні сорбенти

Можливість створення заданих магнітних, люмінесцентних або каталітичних центрів в структурі самого сорбенту

матеріали, пошук можливості впливу магнітного стану на провідність)


зміна електропровідності в

залежності від магнітного стану зразку

субстрати
здатність до селективної взаємодії з субстратами
термохромізм
вплив взаємодії з субстратом на

спектральні властивості
(управління спектральними властивостями)

детектування субстратів

дією освітлення


Нетривіальні магнітні властивості
фоточутливість (зміна електронної будови речовини під дією

освітлення)

просторовим обмежувачем (створення каталітичних центрів в пористій структурі), що дозволяє

“відсіювати” молекули реагентів за розміром

S.J. Remington Science 1996, 273, 1392.

Мутантні флуоресцентні білки (жовтий, синій)
Зелений

флуоресцентний білок, виділено з медузи Aequorea victoria
Флуоресцує в зеленому діапазоні при освітленні синім світлом

БІФУНКЦІОНАЛЬНІ БІОМОЛЕКУЛИ

Хромофор зеленого флуоресцентного білку

або більшою кількістю компонентів
Сферичні частинки розміром до 200 нм, пористі

або ні, які можуть захоплювати та “віддавати” малі молекули, наприклад, лікарські препарати

БІФУНКЦІОНАЛЬНІ НАНОЧАСТИНКИ

біомолекулами
Несферичні частинки, що містять багато компонентів (флуоресцентні мітки, біомолекули, антитіла

тощо)

БІФУНКЦІОНАЛЬНІ НАНОЧАСТИНКИ

G. Liu, X. Deng, Y. Wang, S.-T. Yang, H. Wang,

M. Wu, Y. Liu
Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 3022

БІФУНКЦІОНАЛЬНІ НАНОЧАСТИНКИ