Nauka o materijalima nanomaterijala i nanosistema. Nauka o materijalima, nano- i kompozitni materijali Nauka o materijalima i tehnologijama nanosistema nanomaterijala

ODOBRIO sam

prorektor za nastavne poslove

V.V.Ljubimcev

"_____"______2011

Nauka o materijalima nanomaterijala i nanosistema

Šifra, smjer pripreme

152200 Nanoinženjering

Trening profil

Nanomaterijali

Petlja, kod

Matematičke i prirodne nauke (B.3.1-3a)

Semestar(i)

Diplomska kvalifikacija (diploma)

neženja

Forma studija

puno vrijeme

fakultet

modna industrija

Vrsta obrazovnog rada

Ukupno sati/krediti

Broj semestra

Časovi u učionici (ukupno)

Uključujući:

Praktična nastava (seminari)

Samostalni rad (ukupno)

Priprema za praktičnu nastavu (seminare)

Proučavanje teorijskih pitanja predato na samostalnu studiju

Priprema za test

Vrsta srednjeg certifikata (test, ispit)

Ukupan intenzitet rada: sati

kreditne jedinice

A.K. Izgorodin

Model karbonske nanocijevi

Kraj jedne godine i početak sljedeće je posebno vrijeme kada čovječanstvo posjećuje želja da analizira prošlost i razmisli o onome što je pred nama. I početkom nove godine želimo da se osvrnemo na 10 najvažnijih dostignuća u nanotehnologiji od početka njenog razvoja vezanih za nauku o materijalima.

Ovako J. Wood, jedan od njegovih urednika, započinje svoje objavljivanje u postnovogodišnjem broju časopisa Materials Today, pitajući se koji su događaji u posljednjih 50 godina odredili današnju visoku dinamiku razvoja nauke o materijalima. Wood identificira 10 događaja (ne uključujući otkriće visokotemperaturne supravodljivosti, što je očito događaj od većeg značaja za fizičare nego za naučnike o materijalima).

Na prvom mjestu– “International Technology Roadmap for Semiconductors” (ITRS), nije naučno otkriće, već, zapravo, dokument (analitički pregled) koji je sastavila velika međunarodna grupa stručnjaka (1994. godine više od 400 tehnologa je bilo uključeno u izradu Map, a 2007. godine - već više od 1200 stručnjaka iz industrije, iz nacionalnih laboratorija i akademskih organizacija). Kombinujući nauku, tehnologiju i ekonomiju, Mapa postavlja ciljeve koji se mogu postići u datom vremenskom periodu i najbolje puteve za njihovo postizanje. Konačni izvještaj (2007. godine sadržavao je 18 poglavlja i 1000 stranica teksta) rezultat je konsenzusa većine stručnjaka, postignutog nakon dugih diskusija. Ruski organizatori nanoistraživanja suočili su se sa sličnim problemom prilikom odabira cilja nanorazvoja. Oni u kratkom roku pokušavaju da „inventarišu“ ono što već „nano-postoji“ u Rusiji i, pozivajući na brzinu formirana stručna veća, pronađu optimalan pravac razvoja. Upoznavanje sa sadržajem izvještaja ITRS-a i iskustvo u organizovanju ovih studija bi očigledno bili od pomoći.

Rice. 1. Istraživanje poluprovodnika na bazi ITRS

Drugo mjesto– skenirajuća tunelska mikroskopija – ne izaziva nikakvo iznenađenje, jer je upravo ovaj izum (1981.) poslužio kao poticaj za nanoistraživanje i nanotehnologiju.

Treće mjesto– efekat gigantske magnetootpornosti u višeslojnim strukturama od magnetnih i nemagnetnih materijala (1988. godine, stvorene su glave za čitanje tvrdih diskova, kojima su danas opremljeni svi personalni računari);

Četvrto mjesto– GaAs poluprovodnički laseri i LED diode (prvi razvoj datira iz 1962. godine), glavne komponente telekomunikacionih sistema, CD i DVD plejera, laserskih štampača.

Peto mesto– opet se ne odnosi na naučno otkriće, već na kompetentno organizovan događaj 2000. godine u cilju promocije masovnih perspektivnih naučnih istraživanja – tzv. "Nacionalna nanotehnološka inicijativa" SAD. Nauka širom svijeta sada mnogo duguje entuzijastima ove inicijative - tadašnjem predsjedniku B. Clintonu i dr. M. Rocou iz američke Nacionalne naučne fondacije. Globalni obim finansiranja nanoistraživanja u 2007. godini premašio je 12 milijardi dolara. Odgovarajući naučni programi pokrenuti su u 60 (!) zemalja svijeta. Inače, stav nekih ruskih naučnika koji su nezadovoljni „nanomećavom“ [na primjer 2] je malo nejasan, jer je upravo ta mećava natjerala rusku vladu da se konačno okrene nauci.

Rice. 2. Bicikl ojačan nano vlaknima

Šesto mjesto– plastike ojačane karbonskim vlaknima. Kompozitni materijali - lagani i jaki - transformisali su mnoge industrije: proizvodnju aviona, svemirsku tehnologiju, transport, materijale za pakovanje, sportsku opremu.

Sedmo mjesto– materijali za litijum-jonske baterije. Teško je zamisliti da smo se tek nedavno snašli bez laptopa i mobilnih telefona. Ova “mobilna revolucija” ne bi bila moguća bez prijelaza s punjivih baterija koje koriste vodene elektrolite na litijum-jonske baterije gušće energije (katoda - LiCoO__2__ ili LiFeO__4__, anoda - ugljenik).

Osmo mjesto– ugljične nanocijevi (1991.), njihovom otkriću prethodilo je ništa manje senzacionalno otkriće C__60__ fulerena 1985. godine. Danas su nevjerovatna, jedinstvena i obećavajuća svojstva ugljičnih nanostruktura u središtu najtoplijih publikacija. Međutim, još uvijek postoje mnoga pitanja u vezi s metodama njihove masovne sinteze s ujednačenim svojstvima, metodama pročišćavanja i tehnologijama za njihovo uključivanje u nanouređaje.

Rice. 3. Metamaterijal koji apsorbuje elektromagnetno zračenje

Deveto mesto– materijali za meku štampanu litografiju. Litografski procesi su centralni za proizvodnju današnjih mikroelektronskih uređaja i kola, medija za skladištenje i drugih proizvoda, bez alternative na vidiku u bliskoj budućnosti. Litografija meke štampe koristi elastični polidimetiloksisilanski pečat koji se može koristiti više puta. Metoda se može koristiti na ravnim, zakrivljenim i fleksibilnim podlogama s do sada postignutim rezolucijama do 30 nm.

Materijali su oduvijek igrali vitalnu ulogu u razvoju civilizacije. Naučnici kažu da se ljudska istorija može opisati kao promjena u korištenim materijalima. Epohe istorije civilizacije su imenovane prema materijalima: kameno, bronzano i gvozdeno doba. Možda će se sadašnja era nazvati stoljećem kompozitnih materijala. U razvijenim zemljama nauka o materijalima je rangirana među tri prva prioritetna područja znanja, zajedno sa informatičkom tehnologijom i biotehnologijom.

Svaka grana tehnologije, kako se razvija, postavlja sve raznovrsnije i visoke zahtjeve za materijale. Na primjer, konstrukcijski materijali za satelite i svemirske letjelice, pored temperature (visoke i ultra-niske temperature) i termičke ciklične otpornosti, moraju imati nepropusnost u uslovima apsolutnog vakuuma, otpornost na vibracije, velika ubrzanja (desetine hiljada puta veća od ubrzanje gravitacije), bombardovanje meteoritom, produženo izlaganje plazmi, zračenje, bestežinsko stanje itd. Samo kompozitni materijali koji se sastoje od nekoliko komponenti sa oštro različitim svojstvima mogu zadovoljiti takve kontradiktorne zahtjeve.

Slojeviti intermetalni kompozit sa povećanom otpornošću na toplotu

Kompozit vlakana sa supravodljivošću

Kompozitni materijal otporan na habanje ojačan disperzijom

Razvoj nanotehnologije (jedna od grana moderne nauke o materijalima), prema prognozama većine stručnjaka, odrediće oblik 21. veka. To potvrđuje dodjela četiri Nobelove nagrade iz oblasti hemije i fizike u proteklih 15 godina: za otkriće novih oblika ugljika - fulerena (1996) i grafena (2010), za razvoj u oblasti tehnologije poluprovodnika i integrirana kola (2000), optički poluvodički senzori (2009). Rusija je na drugom mjestu u svijetu po ulaganjima u nanotehnologiju, na drugom mjestu nakon Sjedinjenih Država (2011. godine investicije su iznosile oko 2 milijarde dolara). Trenutno, nauka doživljava pravi procvat novih materijala. S tim u vezi, znanstvenici materijala su traženi u mnogim industrijama: nuklearna energija, medicina, proizvodnja nafte, automobilska industrija, avijacija, svemirska, odbrambena, energetska industrija, elitna sportska industrija, istraživački instituti, inovativne kompanije koje proizvode visokotehnološke proizvode.

Dijelovi i komponente aviona Sukhoi Superjet 100 izrađeni od kompozitnih materijala

Fleksibilni displeji na bazi grafena

Moderna sportska oprema izrađena od kompozitnih materijala

Naučnici za materijale su uključeni u razvoj, istraživanje i modifikaciju materijala organske i neorganske prirode za različite svrhe; procesi njihove proizvodnje, formiranje strukture, transformacija u fazama proizvodnje, prerade i rada; pitanja pouzdanosti i efikasnosti materijala; kompjutersko modeliranje ponašanja dijelova i sklopova pod različitim vrstama opterećenja; pruža tehničku podršku različitim proizvodnim odjelima u pitanjima koja se odnose na materijale za izradu jedinica i komponenti opreme, te učestvuje u izboru i evaluaciji potencijalnih dobavljača kompanije.

Diplomci smera „Nauka o materijalima” Volgogradskog državnog tehničkog univerziteta su traženi i rade u velikim kompanijama i preduzećima: JSC SUAL ogranak VgAZ-SUAL, LLC LUKOIL - Volgogradneftepererabotka, JSC VNIKTIneftekhimoborudovanie, JSC Volgogradneftemash, JSC Central Design Bureau JSC Titan, JSC Central Design Bureau ", JSC VMK "Crveni oktobar", JSC "Volzhsky Pipe Plant", JSC "TK "Neftekhimgaz", JSC "Expertiza", LLC "Volgogradnefteproekt", JSC "Kaustik", LLC "Konstanta-2" i mnogi drugi.

Priprema sertifikovanih prvostupnika i magistara odvija se u okviru smera „Nauka o materijalima i tehnologija materijala“ na

Katedra za nanotehnologiju, nauku o materijalima i mehaniku osnovana je u decembru 2011. godine na bazi dva odsjeka TSU Instituta za fiziku i tehnologiju i ima duboke istorijske korijene. Poreklo katedre bili su naučnici svjetske klase, profesori M.A. Crystal, G.F. Lepin i E.A. Mamontov, koji je dao ogroman doprinos nauci fizičke nauke o materijalima i stvorio temelj istraživačke baze za nauku o materijalima na univerzitetu.

Sekcija "Mehanika"; osnovno odeljenje „Nanomaterijali“ (Moskva, Centralni istraživački institut Čermeta po imenu I.P. Bardina), naučno-obrazovni centar „Nauka o fizičkim materijalima i nanotehnologije“;

Više od 20 modernih, dobro opremljenih edukativnih i istraživačkih laboratorija elektronske, laserske, mikroskopije atomske sile, fizičko-mehaničkih ispitivanja, analize difrakcije rendgenskih zraka, metalografije i akustične emisije, itd., od kojih su tri akreditovane u sistemima Rostechnadzora i analitičke laboratorije (SAAL);

Međunarodna škola "Nauka o fizičkim materijalima"

Saradnja sa vodećim ruskim i stranim naučnim školama, uključujući univerzitete u Nemačkoj (Freiberg), Japanu (Osako, Kjoto), Australiji (Melburn) itd.

Svi studenti viših razreda se bave plodnim istraživačkim radom i svake godine postaju pobjednici i laureati konkursa naučnog rada i diplomskih projekata. Gotovo 100% diplomaca odseka je zaposleno, od kojih 80% radi po svojoj specijalnosti u istraživačkom centru i odeljenju za laboratorijska ispitivanja PJSC AVTOVAZ, laboratorijama Samarskog regionalnog centra za inovacije i tehnologije, kao i u stručnim organizacijama.

Vršilac dužnosti načelnika Odjeljenja

profesor, doktor tehničkih nauka

KlevtsovGenady Vsevolodovich

Oblasti obuke

diploma:
– 22.03.01 Materijali i tehnologija materijala (profil „Savremeni materijali i tehnologije za njihovu proizvodnju“)

Magistarska diploma:
– 22.04.01 Nauka o materijalima i tehnologija materijala

(profil “Inženjering naprednih materijala i dijagnostika ponašanja materijala u proizvodima”)

postdiplomske studije:
– 03.06.01 Fizika i astronomija

(profil “Fizika kondenzovane materije”)

– 22.06.01 Tehnologije materijala (profil „Nauka o metalu i termička obrada metala i legura“)

Ciljevi obrazovnog programa 22.04.01 Nauka o materijalima i tehnologija materijala (Inženjering naprednih materijala i dijagnostika ponašanja materijala u proizvodima):

C 1. Priprema diplomaca za istraživački rad u oblasti savremenih nauka o materijalima.

Ts2. Priprema diplomaca za stvaranje novih materijala, proučavanje njihovih svojstava i razvoj tehnologije za njihovu proizvodnju.

C3. Priprema diplomaca za projektovanje materijala sa zadatim svojstvima.

C 4. Priprema diplomaca za proizvodno-tehnološke aktivnosti koje osiguravaju implementaciju novih visokotehnoloških dostignuća koja su tražena na globalnom nivou.

Discipline

Nastavnici odsjeka „Nanotehnologije, nauke o materijalima i mehanika“ drže nastavu u sljedećim disciplinama:

– Teorijska mehanika;

– Čvrstoća materijala;

– Teorija mašina i mehanizama;

- Mašinski dijelovi;

- Nauka o materijalima;

– Tehnologija konstrukcijskih materijala;

– Nanotehnologije u proizvodnji i ekologiji;

– Fizičko-hemijske osnove nanotehnologije;

– Nauka o materijalima nanomaterijala i nanosistema;

– fizika kondenzovane materije;

– Fazne ravnoteže i formiranje strukture;

– Nauka o fizičkim materijalima;

– Čvrstoća legura i kompozita;

– Nove tehnologije i materijali;

– Metode ojačanja konstruktivnih materijala;

– Nedestruktivne metode istraživanja itd.

Preporučeno za objavljivanje od strane Instituta za metalurgiju i materijale (IMET) im. AA. Baikov RAS (laboratorija za fizičku hemiju i tehnologiju prevlačenja - šef laboratorije V.I. Kalita, doktor tehničkih nauka, profesor) i Sankt Peterburški univerzitet za inženjerstvo i ekonomiju (odjeljenje inženjerskih i tehničkih nauka - šef katedre V.K. Fedyukin, dr. tehničkih nauka, profesor, dopisni član Međunarodne akademije visokog obrazovanja) kao udžbenik za studente koji studiraju u tehnološkim oblastima obuke u okviru predmeta „Savremene tehnologije i materijali u industrijskim sektorima“.

Dobio pečat UMO za PPO br. 04-01 (odobren od Prosvetno-metodičkog društva za stručno pedagoško obrazovanje kao nastavno sredstvo za studente visokoškolskih ustanova).

Naučno-tehnološki napredak u oblasti visokih tehnologija - u nauci o materijalima, elektronici, mikromehanici, medicini i drugim oblastima ljudske delatnosti povezan je sa rezultatima fundamentalnih i primenjenih istraživanja, projektovanjem i praktičnom upotrebom konstrukcija, materijala i uređaja, elemenata. od kojih imaju dimenzije u nanometarskom opsegu (1 nm = 10-9m), te razvoj tehnologija za njihovu proizvodnju (nanotehnologije) i dijagnostičke metode. Objekti nanotehnologije u nauci o materijalima su dispergovani materijali, filmovi i nanokristalni materijali.

Svrha priručnika je upoznati studente i stručnjake sa novim efikasnim pravcem razvoja nauke i tehnologije u oblasti nanomaterijala i nanotehnologija, posebno sinteze nanokristalnih strukturnih materijala sa jedinstvenim svojstvima i primerima njihove upotrebe u industriji. .

Priručnik ispituje teorijske i tehnološke osnove, probleme i perspektive nanonauke i nanoindustrije. Predložene su definicije osnovnih pojmova nanonauke. Sistematizovani su podaci o nanomaterijalima i nanostrukturama i data je njihova klasifikacija. Opisane su metode istraživanja i konstruisanja nanostruktura. Daje se analiza metoda za sintezu nanostrukturiranih materijala i niz primjera njihove primjene u tradicionalnim i novim tehnologijama u različitim industrijama. Razmatraju se karakteristike promjena fizičkih, mehaničkih i tehnoloških svojstava strukturnih i funkcionalnih nanomaterijala.

Udžbenik je razvijen za studente visokoškolskih ustanova koji studiraju različite specijalnosti, izučavaju predmete iz nauke o materijalima i tehnologije konstrukcijskih materijala. Može biti korisno diplomiranim studentima, specijalistima i istraživačima koji se bave pitanjima nanomaterijala i nanotehnologija.

Struktura tutorijala:

Uvod.

Poglavlje 1. Osnove i aspekti razvoja nauke o nanomaterijalima i nanotehnologijama.

Poglavlje 2. Nanomaterijali i nanostrukture.

Poglavlje 3. Metode proučavanja i projektovanja nanostruktura.

Poglavlje 4. Tehnologije za dobijanje nanostrukturiranih materijala i proizvodnju nanoproizvoda.

Poglavlje 5. Mehanička svojstva nanomaterijala.

Zaključak.

Bibliografska lista.

Lista termina.

Dodatak: Specijalizovana izložba nanotehnologija i nanomaterijala.

Bibliografska veza

Niste pronašli odgovor na svoje pitanje? Pogledaj ovdje

Ko je vodio pobjedničku paradu 1945

Kisa i Osya su bile ovde Julija Slapoguzova, novinarka, spisateljica

Izraziti x iz jednačine. Jednačine online. Stvari koje treba zapamtiti prilikom rješavanja linearnih jednačina