close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Lecture1

код для вставкиСкачать
Методы и оборудование
для диагностики
структуры и свойств
наноматериалов
Распределение часов, выделенных
для самостоятельной работы студентов
№
п/п
Направление самостоятельной работы студентов
Часы
1
Текущая проработка лекционного материала
18
2
Подготовка теоретических вопросов, вынесенных
на самостоятельное изучение
6
3
Подготовка
и
оформление
лабораторным работам
по
6
4
Выполнение
индивидуальных
(написание реферата)
заданий
12
5
Подготовка к контрольным работам
6
6
Подготовка к итоговому контролю (экзамену)
24
Итого:
отчетов
72
Рейтинг-план
Наименование модуля
Лекции
(баллов)
Лаб.
занятия
(баллов)
Контрольные
(баллов)
Макс.
балл
модуля
Общие представления о
наноматериалах и нанотехнологиях.
Роль нанотехнологий в современном
мире
20
-
-
20
Структура и свойства наночастиц и
нанопорошков
40
90
80
210
Диагностика физических характеристик
40
60
80
180
Диагностика механических
характеристик
40
60
Диагностика микротвердости и
нанотвердости
10
60
Анализ фазового состава
наноматериалов
10
-
-
10
Микроскопия
20
-
-
20
180
270
240
690
Максимальный балл в семестре
Индивидуальные задания (баллов)
140
80
110
110
Темы рефератов
1. Аттестация
механических
и
трибологических
свойств
функциональных наноструктурных покрытий.
2. Метод малоуглового рассеяния нейтронов для исследования
наноструктуры пористых теплоизоляционных материалов.
3. Фотоэмиссионная и рентгеновская спектроскопия.
4. Нанотехнологии – путь к новым возможностям современного
научного мира.
5. Наноструктурные материалы с эффектами памяти формы:
структура и свойства.
6. Термические
методы
анализа.
Их
применение
к
наноматериалам.
7. Проблемы неразрушающего контроля наноматериалов.
8. Надежды и разочарования нанообъектов и нанотехнологий.
9. Люминесцентные свойства керамических наноматериалов.
10. Оптические и тепловые свойства нанокерамик.
11. Современное
состояние
проблемы
термостабильности
наноматериалов.
12. Оптическая микроскопия: возможности применения для
исследований наноматериалов в настоящем и будущем
Методы и оборудование для
диагностики структуры и свойств
наноматериалов
Курс посвящен изучению:
• структуры и свойств наночастиц и
нанопорошков,
• традиционным и новым методам
определения физических и
механических характеристик,
• методам анализа структурно-фазового
состава материалов, в том числе и с
нанокристаллической структурой.
Краткая история нанотехнологий
400 г. до н.э. - греческий философ Демокрита впервые
использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает
"нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества.
1883 - Джордж Истмэн (основатель известной компании Kodak)
изобрел фотопленку, ставшую примером первого использования
нанотехнологий.
1905 - Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в
которой доказывал, что
примерно 1 нанометр.
размер
молекулы
сахара
составляет
Краткая история нанотехнологий
1931 Немецкие физики Макс
Кнолл и Эрнст Руска создали
электронный микроскоп, ставший
прообразом
современного
электронного микроскопа.
1939 - компания Siemens, в которой
работал Руска, выпустила первый
коммерческий
электронный
микроскоп
с
разрешающей
способностью 10 нм.
Первый практический ПЭМ,
на экспозиции в немецком
музее в Мюнхене, Германия
Краткая история нанотехнологий
29 декабря 1959 г. - День рождения нанотехнологий
Профессор Калифорнийского
технологического института
Ричард Фейман
выступил с докладом
«Там внизу много места»
( «There’s Plenty of Room at the Bottom»)
на ежегодной встрече Американского
физического общества.
Ричард Фейнман предположил, что
возможно механически перемещать
одиночные атомы, при помощи
манипулятора соответствующего размера,
по крайней мере, такой процесс не
противоречил бы известным на
сегодняшний день физическим законам.
Краткая история нанотехнологий
1968 - Альфред Чо и Джон Артур обосновали теоретическую
возможность использования нанотехнологий в решении задач
обработки поверхностей и достижения атомной точности при
создании электронных приборов.
1974 - Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот
слово "нанотехнологии“.
1982 - Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали
сканирующий туннельный микроскоп, способный показывать
отдельные атомы.
Краткая история нанотехнологий
1985 - Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и
Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно
измерять предметы, диаметром в один нанометр и открыли
фуллерены - молекулы, состоящие из 60 атомов углерода,
расположенных в форме сферы.
Краткая история нанотехнологий
1986 - Нанотехнология стала известна широкой публике.
Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в
которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени
начнет активно развиваться.
Эрик Дрекслер
Нанороботы
Краткая история нанотехнологий
1991 - Японский профессор Сумио Лиджима, работавший в
компании NEC, использовал фуллерены для создания
углеродных трубок (или нанотрубок) диаметром 0,8 нм. На их
основе в наше время выпускаются материалы в сто раз прочнее
стали.
1999 - Американские ученые - профессор физики Марк Рид
(Йельский университет) и профессор химии Джеймс Тур
(Райсский университет) - разработали единые принципы
манипуляции как одной молекулой, так и их цепочкой.
2002 - Сиз Деккер соединил углеродную трубку с ДНК, получив
единый наномеханизм.
Научный и практический интерес
постоянное стремление человечества к миниатюризации
изделий,
- уникальные свойства материалов в наноструктурном состоянии,
- необходимость разработки и внедрения материалов с
качественно и количественно новыми свойствами,
- развитие новых технологических приемов и методов,
базирующихся на принципах самосборки и самоорганизации,
- практическое внедрение современных приборов исследования,
диагностики и модификации наноматериалов (сканирующая
зондовая микроскопия),
- развитие и внедрение новых технологий, представляющих собой
последовательность
процессов
литографии,
технологий
получения нанопорошков и т.п.,
- приближение к фундаментальным ограничениям (скорость света,
соизмеримость наноструктурных элементов с длиной волны
электрона и т.п.).
-
Терминология
Наночастицы – это частицы, имеющие размеры от 1
до 100 нм. Они состоят из 106 или меньшего количества
атомов, и их свойства отличаются от свойств объемного
вещества, состоящего из таких же атомов. Другой
характерной
особенностью
наночастиц
является
отсутствие структурных дефектов.
Наноматериалами
называют
материалы,
содержащие структурные элементы, геометрические
размеры которых хотя бы в одном измерении не
превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми
свойствами, функциональными и эксплуатационными
характеристиками.
Терминология
Нанотехнология – это совокупность методов и
приемов, применяемых при изучении, проектировании,
производстве и использовании структур, устройств и
систем, включающих целенаправленный контроль и
модификацию
формы,
размера,
интеграции
и
взаимодействия составляющих их наномасштабных
элементов (1-100 нм) для получения объектов с новыми
химическими,
физическими,
биологическими
свойствами.
Терминология
Основы классификации наноматериалов
Классификация наноматериалов
по геометрическим параметрам
Основы классификации наноматериалов
Классификация Г. Глейтера
(по химическому составу и распределению фаз)
Основы классификации наноматериалов
Классификация наноразмерных структур (НРС)
Основы классификации наноматериалов
«Классические»
твердотельные НРС
Наночастицы
Нанотрубки
Металлы,
полупроводники,
диэлектрические тонкие
пленки
Квазиодномерные
проводники
Квазинульмерные
металлы, полупроводники,
диэлектрические
объекты
Нанокристаллы и т.д.
Синтетические
НРС
Нанополимеры
Синтетические
нановолокна
Синтетические
тонкие пленки
Наноколлоиды
Нанокристаллы
(каучук, кевлар,
тефлон и т.п.)
Наноразмерные
биоструктуры
Биомолекулярные
комплексы
Модифицированны
е вирусы
Органические
наноструктуры
Классификация наноструктур по нанобазису
Основы классификации наноматериалов
Классификация по разновидностям
наноматериалов:
• консолидированные
наноматериалы,
• нанокомпозиты, наночастицы, нанопорошки,
нанокерамика,
• нанополупроводники, нанополимеры,
нанобиоматериалы, сверхпроводники,
• наноэлектромеханические системы,
• фуллерены, фуллериты, углеродные
нанотрубки,
• супрамолекулярные структуры.
Основы классификации наноматериалов
Консолидированные материалы
порошковая
металлургия
интенсивная
пластическая
деформация
нанесение
покрытий
кристаллизация
из аморфного
состояния
Основы классификации наноматериалов
Нанокомпозиты
характер
связности
форма
структурных элементов
матричные
волокнистые
каркасные
зернистые
однокомпонентные
слоистые
поликристаллы
объемное расположение
структурных элементов
регулярные
стохастические
Основы классификации наноматериалов
Наночастицы и нанопорошки
представляют собой квазинульмерные структуры
различного состава, размеры которых не превышают
нанотехнологической границы
изолированный
характер
совокупный
характер
Основы классификации наноматериалов
Нанокерамика
поликристаллические материалы, полученные
спеканием неметаллических порошков
с размером частиц менее 100 нм
конструкционная
функциональная
(для создания
механически
прочных конструкций)
(специфические
электрические,
магнитные, оптические,
термические функции)
Основы классификации наноматериалов
Нано- и микроэлектромеханические
системы (НЭМС и МЭМС)
совокупность электронных и механических элементов,
выполненных в наноразмерном исполнении на основе
групповых методов
Преимущества НЭМС состоят в сопряжении элементов
различного функционального назначения –
механических и электронных.
Основы классификации наноматериалов
Фуллерены и фуллериты
Фуллереновые молекулы: а) C60, б) C70, в) фуллерит
Основы классификации наноматериалов
Углеродные нанотрубки
одноразмерный фуллерен цилиндрической формы
Модели поперечного сечения многослойных нанотрубок: а)
«матрешка», б) «сверток», в) атомарная структура
однослойной нанотрубки
ОСОБЕННОСТИ
СВОЙСТВ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
Особенности свойств наноматериалов
ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ
НАНОМАТЕРИАЛОВ И
ВОЗМОЖНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ
Области применения наноматериалов
Энергетика
передача
электроэнергии
Военная техника
Материаловедение
превращение
первичных
энергоресурсов
Автомобилестроение
Медицина
генетика
хирургия
микробиология
онкология
токсикология
Электронная техника
Химическая
промышленность
Сельское хозяйство
фармокология
Ядерная энергетика
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
46
Размер файла
2 262 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа