Нанотехнологии. Химические, физические, биологические и экологические аспекты

 
 
 
 
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ 
СЕРИИ «МОНОГРАФИИ НГТУ» 
 
 
д-р техн. наук, проф. (председатель)  А.А. Батаев 
д-р техн. наук, проф. (зам. председателя)  А.Г. Вострецов 
д-р техн. наук, проф. (отв. секретарь)  В.Н. Васюков 
 
д-р техн. наук, проф. А.А. Воевода 
д-р техн. наук, проф. В.И. Денисов 
д-р физ.-мат. наук, проф. А.К. Дмитриев 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.Г. Дубровский 
д-р филос. наук, проф. В.И. Игнатьев 
д-р физ.-мат. наук, проф. О.В. Кибис 
д-р филос. наук, проф. В.В. Крюков 
д-р социол. наук, проф. Л.А. Осьмук 
д-р техн. наук, проф. Н.В. Пустовой 
д-р техн. наук, проф. Г.И. Расторгуев 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.А. Селезнев 
д-р техн. наук, проф. Ю.Г. Соловейчик 
д-р техн. наук, проф. А.А. Спектор 
д-р техн. наук, проф. А.Г. Фишов 
д-р экон. наук, проф. М.В. Хайруллина 
д-р техн. наук, проф. В.А. Хрусталев 
д-р техн. наук, проф. А.Ф. Шевченко 
 

УДК 620.3 
Н 254 
 
Коллектив авторов: 
М.Н. Тимофеева, В.Н. Панченко, В.В. Ларичкин, 
Е.В. Каштанова, Д.А. Немущенко 
 
Рецензенты: 
д-р хим. наук, профессор СО РАН  Н.Ю. Адонин 
канд. хим. наук, ст. науч. сотр.  П.А. Симонов 
 
 
Н 254  
Нанотехнологии. Химические, физические, биологические и экологические аспекты : монография / коллектив авторов. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2019. – 283 с. (Серия «Монографии НГТУ»). 

ISBN 978-5-7782-3863-3 

В книге представлена основная информация, характеризующая современное состояние нанотехнологии. Особое внимание уделено истории развития науки о нанотехнологиях, применению достижений 
нанотехнологий в различных областях промышленности, а также проблемам и перспективам развития нанотехнологий.  
Адресовано студентам, магистрантам и аспирантам, изучающим 
дисциплины, связанные с применением нанотехнологий, а также специалистам, интересующимся проблемами современной науки.  
 
 
 
 
 
 
 
УДК 620.3 
 
ISBN 978-5-7782-3863-3 
© Коллектив авторов, 2019 
 
© Новосибирский государственный 
 
технический университет, 2019 

УДК 620.3 
Н 254 
 
Composite authors: 
M.N. Timofeeva, V.N. Panchenko, V.V. Larichkin,  
E.V. Kashtanova, D.A. Nemushchenko 
 
Reviewers: 
Prof. N.Yu. Adonin, D.Sc. (Chem.), SB RAS 
P.A. Siminov, PhD (Chem.), senior research worker 
 
 
 
Н 254  
Nanotechnologies. Chemical, physical. biological and ecological aspects : monograph / Composite authors. – Novosibirsk : 
NSTU Publisher, 2019. – 283 p. (“NSTU Monographs” series). 

ISBN 978-5-7782-3863-3 

The book presents the key information characterizing the state-of-theart of nanotechnology. Special attention is given to the history of nanotechnology evolution, to the application of nanotechnology achievements in 
various industries as well as to problems and prospects of nanotechnology 
development. 
The book is addressed to undergraduate, graduate and postgraduate students specializing in disciplines related to nanotechnology application as 
well as to specialists interested in problems of contemporary science. 
 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 620.3 
 
ISBN 978-5-7782-3863-3 
© Composite authors, 2019 
 
© Novosibirsk State Technical University, 2019 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

7 

 
 
 
 
 
 
 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
 
БП 
– биоразлагаемые полимеры 
ГПК 
– гетерополикислоты 
ДНК 
– дизоксирибонуклеиновая кислота 
ДМФА – диметилформамид 
ДМСО 
– диметилсульфоксид 
ЕАЭС 
– Евразийский экономический союз 
ЕКО 
– емкость катионного обмена 
ЖК 
– жидкие кристаллы 

ИЮПАК – Международный союз теоретической и прикладной хи
мии, англ. International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) 
РНК 
– рибонуклеиновая кислота 
КП 
– композиционные материалы 
КРК 
– конформационно-разупорядоченные (колончатые мезофазы) кристаллы 
МОКП 
– металлорганические координационные полимеры  
МУНТ 
– многослойные углеродные нанотрубки 
ОУНТ 
– однослойные углеродные нанотрубки 
ПАК 
– полиакриловая кислота 
ПВХ 
– поливинилхлорид 
ПГВ 
– полигидроксивалерат 
ПИПАМ – поли(N-изопропилакриламид) 
ПК 
– поликапролактам 
ПлК 
– пластические кристаллы 
ПМАК 
– полиметакриловая кислота 
ПОМ 
– протон-обменная мембрана  
ПП 
– полипропилен 
ПС 
– полистирол 

 

ПЭ 
– полиэтилен 
ПЭИ 
– поли(этиленимин)  
ПЭТФ 
– полиэтилентерефталат 
УНТ 
– углеродные нанотрубки  
УНВ 
– углеродные нановолокна 
adp 
– адипиновая кислота 
m-BDC 
– мета-бензолдикарбоксилат 
bpdc 
– 4,4-бифенилдикарбоксилат  
BPB 
– 1,4-бис(4-пиризолил)бензол  
bpee 
– 1,2-бис(4-пиридил)этилен 
bpy 
– 2,2-бипиридин  
Btapa 
– 1,3,5-бензолтрикарбоновая кислота   
BTC 
– 2,4,6-бензолтрикарбоновая кислота 
4,4H-BPY – 4,4H-бипиридин  
Cp* 
– пентаметилциклопентадиенил  
CUS 
– координационно-ненасыщенный центр 

CSD 
– структурная база данных 
dcppy 
– 2-фенилпиридин-5,4-дикарбоновая кислота   
dcbpy 
– 2,2-бипиридин-5,5-дикарбоновая кислота   
DEF 
– N,N-диэтилформамид 
DMF 
– диметилформамид 
DNA 
– дезоксирибонуклеиновая кислота 
DOT 
– 2,5-дигидрокситерефталат 
IZA 
– Международная цеолитная ассоциация  
LIB 
– литий-ионные аккумуляторные батареи  

МВВ 
– молекулярный строительный блок, англ. molecular 

building block 
MIM 
– 2-метилимидазолий    
MOF 
– металлорганические каркасы 
1,4-NDC 
– 1,4-нафталиндикарбоксилат 
nds 
– нафталиндисульфоновая кислота   
PADC 
– поли(алкендикарбоксилаты) 
ox 
– оксалиновая кислота 

PCL 
– поликапролактон 
РЕТ 
– полиэтилентерефталат 
PGA 
– полигидроксоалконоаты  

РНА 
– поли(-гидроксиалканоаты) 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

9 

РНВ 
– поли(3-гидроксибутират) 

РНВV 
– поли(3-гидроксивалерат) 

РНВV 
– 3-гидроксивалерат  
PLA 
– полимолочная кислота 

PLGA 
– поли(лактид-со-гликолид)  
ppy 
– 2-фенилпиридин (2-phenylpyridine) 

PU 
– полиуретан  
pyz 
– пиразин 
PZDC 
– пиразин-2,3-дикарбоксилат  
sal 
– фрагмент салицилидена  

SBU 
– вторичный строительный блок, от англ. secondary buil
ding unit 
HImDC – 4,5-imidazole dicarboxylic acid 
2-pymo – 2-hydrohypyrimidineolate 
L2 
– (4-formylphenoxy)acetic acid 
L3 
– 2-[2-[[(2-aminoethyl)amino]methyl]phenoxy]acetic acid 
THT 
– тетрагидротиофен 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Любая хорошо развитая технология  
неотличима от магии.  

Артур Кларк 
 
 последнее десятилетие мы все чаще и чаще употребляем такие слова, как «нанотехнологии», «наноматериалы», «наносистемы» и т. д. Уже никто не удивляется этим словам, поскольку их всегда ассоциируют с развитием новых технологий, которые занимаются 
созданием материалов на атомарном уровне (обычно это находится в 
диапазоне от 1 до 100 нм). Нанопродукты и нанотехнологии прочно 
вошли в нашу жизнь. Их можно найти в строительных материалах 
(красках, покрытиях и т. д.), медицинских материалах (искусственные 
органы, датчики и детекторы, облегчающие проведение диагностики), 
микроэлектронике и т. д. Ожидается, что в XXI веке нанотехнологии 
произведут такую же революцию с манипулированием материей, какую в XIX веке произвело изобретение парового двигателя, а в ХХ веке – компьютеров с манипулированием информацией. Основные изменения можно ожидать в биотехнологии, микроэлектронике, энергетике, здравоохранении и вооружении. Именно поэтому во многих странах мира одним из главных приоритетов научно-технического развития называют нанотехнологии. 
Что же такое «нанотехнологии»? В Энциклопедическом словаре [1.1] слово «технология» определяется от греческих слов techne  
(искусство, мастерство, умение) и logos (наука), т. е. совокупность  
методов обработки, изготовления и изменения состояния (свойств, 
формы) первоначального сырья в процессе производства конечной 
продукции. Соответственно можно сказать, что нанотехнология – это 

В