На головну

наноматеріали

  1.  Конструкційні та функціональні наноматеріали.
  2.  Нанотехнології і наноматеріали.

Зокрема, до класу наноматеріалів відносять матеріали з розміром структурних елементів (хоча б в одному вимірі) 1 ... 100 нм - ультрадисперсні порошки (УДП), нановолокна, наноплівки, наноструктуровані матеріали і т. п.

Нанометровий масштаб матерії відкриває принципово нові властивості речовини. Особливість наночастинок полягає в їх надвисокою питомої поверхні - при радіусі частки менше 50 нм вона становить понад 6 • 107 1 / м. Це різко підвищує величину і роль поверхневої енергії в ультрадисперсних системах. Розміри частинок виявляються сумірними з довжиною пробігу в металах електронів і фононів, що кардинально змінює ряд властивостей матеріалу: зменшується параметр кристалічної решітки, звичайні провідники набувають надпровідність, ферромагнетики стають парамагнетиками і, навпаки, можуть проявляти супермагнетізм, змінюється ступінь чорноти матеріалу, збільшується корозійна стійкість, різко зростає міцність і твердість при одночасному збільшенні пластичності і т. д. Все це дозволяє відносити наноматеріали до нового класу матеріалів, проміжного між кристалічним і аморфним станами.

1. УДП широко використовують в якості каталізаторів для хімічної промисловості та добавок до моторних мастил, що відновлює поверхні деталей, що труться; в атомній енергетиці (таблетки ТВЕЛів виготовляються з порошку UO2), В нових видах зброї ( «графітовий бомба» - контейнер, начинений високопроводящей УДП-графітом, що виводить з ладу енергосистеми противника), в захисних системах поглинання ВЧ і рентгенівського випромінювань (в тому числі радиопоглощающих нанопокриттям літаків-невидимок «Стелс» і ін . військової техніки), при створенні надміцних матеріалів (сопла з УДП алмаза), в якості абразивного та полірування матеріалу при «Финишинг» (кінцевої обробки) виробів електронної техніки - напівпровідників, діелектриків і т. п. Перспективна добавка УДП до звичайних порошків при їх пресуванні і спіканні, так, наприклад, при отриманні порошкової нікель-молібденової сталі заміна карбонильного нікелю на його УДП підвищила міцність виробів в 1,5 рази, а їх пластичні властивості - в 4 рази.

Для отримання УДП використовують різні технології: механічне подрібнення; осадження з розчинів; газофазного способи - конденсація і плазмохімії. Наприклад, УДП на основі Fe, Ni, Co можна отримувати, пропускаючи через плазмовий розряд змінного струму карбоніли цих металів, частинки титану - пропускаючи через розряд газоподібний хлорид TiCl4 (TiCl4 = Ti + 2З 12) і т.п.

2. В ході спрямованого конструювання нових наноматеріалів були створені і досліджені фулерени і нанотрубки.

фулерени[79] є сімейство сферичних замкнутих порожнистих молекул різних розмірів. Їх поверхня складається з дотичних правильних п'яти- і шестикутників, у вершинах яких розташовані атоми вуглецю. Загальний символ фулеренів - Сn, де n - число атомів вуглецю, що утворюють даний фуллерен - рис. 62.1.

 Мал. 62.1. будова фулеренів С60, С70 и С90

нанотрубки[80] - це молекули з понад мільйон атомів вуглецю, що представляють собою трубки з діаметром близько нанометра і довжиною кілька десятків мікрометрів. На бічних стінках трубок атоми вуглецю розташовані у вершинах правильних шестикутників. Кінці трубок можуть бути закритими (рис. 62.2) і відкритими.

Мал. 62.2. Схема будови закритою нанотрубки

Вуглецеві нанотрубки в 50 ... 100 разів міцніший за сталь, маючи в шість разів меншу щільність. Нанотрубки поєднують аномально високі значення характеристик міцності і пружних властивостей - межа міцності на розрив дорівнює 30 ... 100 ГПа при значеннях модуля Юнга від 1,0 до 1,4 ТПА. Цікаво, що модуль Юнга, що характеризує жорсткість матеріалу, у нанотрубок вдвічі вище, ніж у звичайних вуглецевих волокон.

На основі нанотрубок створюють базові елементи електронних систем, надміцні нитки і канати, нові особливо міцні композиційні матеріали (в тому числі «суперброню» для танків і бронежилетів), зонди для атомно-силової мікроскопії, підвіси нановесов, лампи розжарювання і ін.

Для отримання фулеренів і нанотрубок використовується дугового розряд між графітовими електродами, а також піроліз органічних сполук і електроліз солей. Металеві нанопроволоки отримують осадженням парів металу на підкладках, що мають ступінчасту структуру, отриману методом мікролітографії.

3. Перспективним напрямком є ??створення нанолегірованних, а також наноструктурованих матеріалів.

Встановлено, що добавка 11,5 мас. % Багатошарових вуглецевих нанотрубок діаметром 0,2 мкм до поліпропілену призводить до подвоєння його міцності на розрив. Додавання 5 об. % Нанотрубок до алюмінію також вдвічі збільшує міцність виходить матеріалу. Теоретичні оцінки показують, що при оптимальній частці нанотрубок в матеріалі близько 10 об. %, Його міцність на розрив може бути збільшена в шість разів.

для сплавів Ti50А150 и Ti50Ni50 виявлено, що при розмірі зерна ~ 20 нм межа міцності ?в становить близько 2500 МПа проти 500 ... 700 МПа при зерні в 5 мкм. Передбачається, що зниження розміру зерен полікристалічних металів з 10 мкм до 10 нм дозволить підвищити міцність приблизно в 30 разів.

На цих засадах прогнозується створення нових надлегких матеріалів з внутрішньої наноструктурою для виготовлення всіх видів наземних, повітряних і космічних систем, які будуть в десятки разів міцніший за сталь.

В даний час нанотехнології впритул підходять до вирішення питання про створення з атомів потрібних структур, що не існують в природі, але змодельованих на комп'ютері спеціально для отримання заданих властивостей. Використання наноматеріалів, як очікується, буде визначати технічний прогрес на початку XXI ст.

 




 Класифікація алюмінієвих сплавів |  Титан і сплави на його основі, маркування, властивості і область застосування |  Мідь і сплави на її основі, маркування, властивості і область застосування |  Нікель і сплави на його основі, маркування, властивості і область застосування |  Неметалеві матеріали. Класифікація полімерів |  Пластичні маси, склад, властивості і область застосування |  Еластомери. Склад, класифікація і властивості гум |  Клеючі матеріали герметики, склад, класифікація і властивості |  Неорганічні матеріали. Графіт, кераміка, неорганічне скло, ситалли, властивості і область застосування |  Порошкові матеріали, структура, властивості і область застосування |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати