Материалознание на наноматериалите и наносистемите. Материалознание, нано- и композитни материали Материалознание и технологии на наносистеми от наноматериали

ОДОБРИХ

Зам.-ректор по учебната дейност

В.В.Любимцев

"_____"______2011 г

Материалознание на наноматериалите и наносистемите

Код, посока на подготовка

152200 Наноинженерство

Профил на обучение

Наноматериали

Цикъл, код

Математически и природни науки (B.3.1-3a)

Семестър(и)

Завършила квалификация (степен)

ерген

Форма на обучение

пълен работен ден

Факултет

модна индустрия

Вид възпитателна работа

Общо часове/кредити

Номер на семестъра

Уроци в класната стая (общо)

Включително:

Практически занятия (семинари)

Самостоятелна работа (общо)

Подготовка за практически занятия (семинари)

Проучване на теоретични въпроси, поставени за самостоятелно проучване

Подготовка за теста

Вид междинна сертификация (тест, изпит)

Обща трудоемкост: часа

кредитни единици

А.К. Изгородин

Модел на въглеродни нанотръби

Краят на една година и началото на следващата е специално време, когато човечеството е посетено от желанието да анализира миналото и да мисли за това, което предстои. А в началото на новата година искаме да направим преглед на 10-те най-важни постижения в нанотехнологиите от началото на тяхното развитие, свързани с материалознанието.

Така започва своята публикация в следновогодишния брой на списание Materials Today Дж. Ууд, един от неговите редактори, питайки кои събития от последните 50 години са обусловили днешната висока динамика в развитието на материалознанието. Ууд идентифицира 10 събития (без откриването на високотемпературната свръхпроводимост, което очевидно е събитие от по-голямо значение за физиците, отколкото за учените по материали).

На първо място– „Международна технологична пътна карта за полупроводници“ (ITRS), не научно откритие, а всъщност документ (аналитичен преглед), съставен от голяма международна група експерти (през 1994 г. повече от 400 технолози са участвали в изготвянето на Карта, а през 2007 г. - вече над 1200 специалисти от индустрията, от национални лаборатории и академични организации). Комбинирайки наука, технологии и икономика, Картата поставя цели, постижими за даден период от време и най-добрите пътища за постигането им. Окончателният доклад (през 2007 г. съдържаше 18 глави и 1000 страници текст) е резултат от консенсус между повечето експерти, постигнат след продължителни дискусии. Руските организатори на наноизследвания са изправени пред подобен проблем при избора на целта на наноразработката. Те се опитват за кратко време да „инвентаризират“ вече „наносъществуващото“ в Русия и с помощта на набързо създадени експертни съвети да намерят оптималната посока за развитие. Познаването на съдържанието на доклада на ITRS и опитът в организирането на тези проучвания очевидно биха били полезни.

Ориз. 1. Полупроводникови изследвания, базирани на ITRS

Второ място– сканираща тунелна микроскопия – не предизвиква изненада, тъй като именно това изобретение (1981 г.) послужи като тласък за наноизследванията и нанотехнологиите.

Трето място– ефектът на гигантското магнитосъпротивление в многослойни структури, изработени от магнитни и немагнитни материали (1988 г., на негова основа са създадени четящи глави за твърди дискове, с които днес са оборудвани всички персонални компютри);

Четвърто място– GaAs полупроводникови лазери и светодиоди (първата разработка датира от 1962 г.), основните компоненти на телекомуникационни системи, CD и DVD плейъри, лазерни принтери.

Пето място– отново се отнася не до научно откритие, а до грамотно организирано събитие през 2000 г. за популяризиране на масивни обещаващи научни изследвания – т.нар. „Национална нанотехнологична инициатива“ САЩ. Науката по света сега дължи много на ентусиастите на тази инициатива - тогавашния президент Б. Клинтън и д-р М. Роко от Националната научна фондация на САЩ. Глобалният обем на финансиране на наноизследвания през 2007 г. надхвърли 12 милиарда долара. Съответни научни програми бяха стартирани в 60 (!) страни по света. Между другото, позицията на някои руски учени, които са недоволни от „нановиелицата“ [например, 2], е малко неясна, защото именно тази виелица принуди руското правителство най-накрая да обърне лицето си към науката.

Ориз. 2. Велосипед, подсилен с нановлакна

Шесто място– пластмаси, подсилени с въглеродни влакна. Композитните материали - леки и здрави - трансформираха много индустрии: производство на самолети, космически технологии, транспорт, опаковъчни материали, спортно оборудване.

Седмо място– материали за литиево-йонни батерии. Трудно е да си представим, че съвсем наскоро успяхме без лаптопи и мобилни телефони. Тази „мобилна революция“ не би била възможна без прехода от акумулаторни батерии, използващи водни електролити, към литиево-йонни батерии с по-висока енергийна плътност (катод - LiCoO__2__ или LiFeO__4__, анод - въглерод).

Осмо място– въглеродни нанотръби (1991 г.), тяхното откритие е предшествано от не по-малко сензационното откритие на C__60__ фулерени през 1985 г. Днес невероятните, уникални и обещаващи свойства на въглеродните наноструктури са в центъра на най-горещите публикации. Все още обаче има много въпроси относно методите за масовия им синтез с еднакви свойства, методите за пречистване и технологиите за включването им в наноустройства.

Ориз. 3. Метаматериал, който абсорбира електромагнитно излъчване

Девето място– материали за мека печатна литография. Литографските процеси са централни за производството на днешните микроелектронни устройства и схеми, носители за съхранение и други продукти, без да се вижда алтернатива в близко бъдеще. Литографията с мек печат използва еластичен печат от полидиметилоксисилан, който може да се използва многократно. Методът може да се използва върху плоски, извити и гъвкави субстрати с постигнати до момента разделителни способности до 30 nm.

Материалите винаги са играли жизненоважна роля в развитието на цивилизацията. Учените казват, че човешката история може да се опише като промяна в използваните материали. Епохите от историята на цивилизацията са наречени според материалите: каменна, бронзова и желязна епоха. Може би сегашната ера ще бъде наречена век на композитните материали. В развитите страни науката за материалите е сред първите три приоритетни области на знанието, заедно с информационните технологии и биотехнологиите.

Всеки клон на технологията, с развитието си, поставя все по-разнообразни и високи изисквания към материалите. Например, структурните материали за сателити и космически кораби, в допълнение към температурата (високи и ултра-ниски температури) и топлинна циклична устойчивост, трябва да имат плътност при условия на абсолютен вакуум, устойчивост на вибрации, високи ускорения (десетки хиляди пъти по-големи от ускорение на гравитацията), бомбардиране с метеорит, продължително излагане на плазма, радиация, безтегловност и др. Само композитни материали, състоящи се от няколко компонента с рязко различни свойства, могат да задоволят такива противоречиви изисквания.

Слоест интерметален композит с повишена устойчивост на топлина

Влакнест композит със свръхпроводимост

Устойчив на износване дисперсно усилен композитен материал

Развитието на нанотехнологиите (един от клоновете на съвременното материалознание), според прогнозите на повечето експерти, ще определи облика на 21 век. Това се потвърждава от присъждането на четири Нобелови награди в областта на химията и физиката през последните 15 години: за откриването на нови форми на въглерод - фулерени (1996) и графен (2010), за разработки в областта на полупроводниковите технологии и интегрални схеми (2000), оптични полупроводникови сензори (2009). Русия е на второ място в света по инвестиции в нанотехнологии, отстъпвайки само на САЩ (през 2011 г. инвестициите възлизат на около 2 милиарда долара). В момента науката преживява истински бум на нови материали. В това отношение учените по материали са търсени в много индустрии: ядрена енергетика, медицина, производство на петрол, автомобилостроене, авиация, космос, отбрана, енергийни индустрии, елитна спортна индустрия, изследователски институти, иновативни компании, произвеждащи високотехнологични продукти.

Части и компоненти на самолета Sukhoi Superjet 100, изработени от композитни материали

Гъвкави дисплеи, базирани на графен

Модерно спортно оборудване от композитни материали

Учените по материали участват в разработването, изследването и модифицирането на материали от органичен и неорганичен характер за различни цели; процеси на тяхното производство, формиране на структурата, трансформация на етапите на производство, преработка и експлоатация; въпроси на надеждността и ефективността на материалите; компютърно моделиране на поведението на детайли и възли при различни видове натоварване; предоставя техническа поддръжка на различни производствени отдели по въпроси, свързани с материалите за производство на възли и компоненти на оборудването, и участва в подбора и оценката на потенциални доставчици на компанията.

Завършилите специалност „Материалознание“ на Волгоградския държавен технически университет са търсени и работят в големи фирми и предприятия: АО СУАЛ клон ВгАЗ-СУАЛ, АО ЛУКОЙЛ - Волгограднефтепереработка, АО ВНИКТИнефтехимоборудование, АО Волгограднефтемаш, АО Централно конструкторско бюро Титан, АО Нефтезаводмонтаж ", АО ВМК "Червен октомври", АО "Волжски тръбен завод", АО "ТК "Нефтехимгаз", АО "Експертиза", АО "Волгограднефтепроект", АО "Каустик", АО "Констанца-2" и много други.

Подготовката на дипломирани бакалаври и магистри се осъществява в рамките на направление „Материалознание и технология на материалите” на

Катедрата по нанотехнологии, материалознание и механика е създадена през декември 2011 г. на базата на два отдела на Физико-технологичния институт на TSU и има дълбоки исторически корени. Произходът на катедрата са учени от световна класа, професори M.A. Кристал, Г.Ф. Лепин и Е.А. Мамонтов, който направи огромен принос в науката за физическото материалознание и създаде основата на изследователската база за материалознание в университета.

Раздел "Механика"; основен отдел „Наноматериали“ (Москва, Черметски централен изследователски институт на името на И. П. Бардин), научен и образователен център „Физическо материалознание и нанотехнологии“;

Повече от 20 модерни, добре оборудвани образователни и изследователски лаборатории по електронна, лазерна, атомно-силова микроскопия, физически и механични изпитвания, рентгенов дифракционен анализ, металография и акустична емисия и др., Три от които са акредитирани в системите на Ростехнадзор. и аналитични лаборатории (SAAL);

Международно училище "Физически материалознание"

Сътрудничество с водещи руски и чуждестранни научни школи, включително университети в Германия (Фрайберг), Япония (Осако, Киото), Австралия (Мелбърн) и др.

Всички старши студенти се занимават с ползотворна изследователска работа и ежегодно стават победители и лауреати на конкурси за научна работа и дипломни проекти. Почти 100% от завършилите катедра са заети, от които 80% работят по специалността си в изследователския център и отдела за лабораторни изпитвания на PJSC AVTOVAZ, лабораториите на Самарския регионален иновационен и технологичен център, както и в експертни организации.

Началник на катедрата

професор, доктор на техническите науки

КлевцовГенадий Всеволодович

Области на обучение

Бакалавър:
– 22.03.01 Материалознание и технология на материалите (профил “Съвременни материали и технологии за тяхното производство”)

Магистърска степен:
– 22.04.01 Материалознание и технология на материалите

(профил „Инженеринг на съвременни материали и диагностика на поведението на материалите в продуктите“)

Следдипломно обучение:
– 03.06.01 Физика и астрономия

(профил „Физика на кондензираната материя“)

– 06.22.01 Технологии на материалите (профил „Металознание и термична обработка на метали и сплави”)

Цели на образователната програма 04/22/01 Материалознание и технология на материалите (Инженерство на модерни материали и диагностика на поведението на материалите в продуктите):

C 1. Подготовка на дипломанти за научноизследователска работа в областта на съвременното материалознание.

Ц2. Подготовка на завършилите да създават нови материали, да изучават техните свойства и да разработват технология за тяхното производство.

C3. Подготовка на завършилите за проектиране на материали със зададени свойства.

C 4. Подготовка на завършилите за производствени и технологични дейности, които осигуряват внедряването на нови високотехнологични разработки, търсени на световно ниво.

дисциплини

Преподавателите от катедра „Нанотехнологии, материалознание и механика” водят занятия по следните дисциплини:

– Теоретична механика;

– Якост на материалите;

– Теория на машините и механизмите;

- Машинни части;

- Материалознание;

– Технология на конструкционните материали;

– Нанотехнологии в производството и екология;

– Физико-химични основи на нанотехнологиите;

– Материалознание на наноматериалите и наносистемите;

– Физика на кондензираната материя;

– Фазови равновесия и структурообразуване;

– Физическо материалознание;

– Якост на сплави и композити;

– Нови технологии и материали;

– Методи за укрепване на конструктивни материали;

– Безразрушителни методи на изследване и др.

Препоръчва се за публикуване от Института по металургия и материалознание (IMET) на името на. А.А. Байков RAS (лаборатория по физикохимия и технология на покритията - ръководител на лабораторията V.I. Калита, доктор на техническите науки, професор) и Санкт Петербургски инженерно-икономически университет (катедра по инженерни и технически науки - ръководител на катедра V.K. . Федюкин, доктор на Технически науки, професор, член-кореспондент на Международната академия за висше образование) като учебник за студенти, обучаващи се в технологични области на обучение като част от курса „Съвременни технологии и материали в индустриалните сектори“.

Получи печат на UMO за PPO № 04-01 (Одобрен от Учебно-методическата асоциация за професионално педагогическо образование като учебно помагало за студенти от висши учебни заведения).

Научно-техническият прогрес в областта на високите технологии - в материалознанието, електрониката, микромеханиката, медицината и други области на човешката дейност е свързан с резултатите от фундаментални и приложни изследвания, проектиране и практическо използване на конструкции, материали и устройства, елементи от които са с размери в нанометровия диапазон (1 nm = 10-9m), и развитието на технологиите за тяхното производство (нанотехнологии) и диагностичните методи. Обектите на нанотехнологиите в материалознанието са дисперсни материали, филми и нанокристални материали.

Целта на ръководството е да запознае студентите и специалистите с нова ефективна посока в развитието на науката и технологиите в областта на наноматериалите и нанотехнологиите, по-специално синтеза на нанокристални структурни материали с уникални свойства и примери за тяхното използване в индустрията .

Ръководството разглежда теоретичните и технологични основи, проблеми и перспективи на нанонауката и наноиндустрията. Предложени са дефиниции на основните понятия на нанонауката. Систематизирани са данните за наноматериалите и наноструктурите и е дадена тяхната класификация. Описани са методи за изследване и конструиране на наноструктури. Даден е анализ на методите за синтез на наноструктурирани материали и редица примери за тяхното приложение в традиционни и нови технологии в различни индустрии. Разгледани са особеностите на промените във физичните, механичните и технологичните свойства на структурните и функционалните наноматериали.

Учебникът е разработен за студенти от висши учебни заведения, обучаващи се в различни специалности, изучаващи курсове по материалознание и технология на конструкционните материали. Може да бъде полезно за студенти, специалисти и изследователи, занимаващи се с проблемите на наноматериалите и нанотехнологиите.

Структура на урока:

Въведение.

Глава 1. Основи и аспекти на развитието на науката за наноматериалите и нанотехнологиите.

Глава 2. Наноматериали и наноструктури.

Глава 3. Методи за изследване и проектиране на наноструктури.

Глава 4. Технологии за получаване на наноструктурирани материали и производство на нанопродукти.

Глава 5. Механични свойства на наноматериалите.

Заключение.

Библиографски списък.

Списък с термини.

Приложение: Специализирана изложба за нанотехнологии и наноматериали.

Библиографска връзка

Не намерихте отговор на въпроса си? Вижте тук

Кой ръководи парада на победата през 1945 г

Киса и Ося бяха тук Юлия Слапогузова, журналист, писател

Изразете x от уравнението. Уравнения онлайн. Неща, които трябва да запомните, когато решавате линейни уравнения