Sains bahan dan teknologi bahan nano sistem nano. Nanoteknologi, sains bahan dan mekanik

Disyorkan untuk diterbitkan oleh Institut Metalurgi dan Sains Bahan (IMET) im. A.A. Akademi Sains Baikov (Makmal Kimia Fizikal dan Teknologi Salutan - Ketua Makmal V.I. Kalita, Doktor Sains Teknikal, Profesor) dan Universiti Kejuruteraan dan Ekonomi St. Petersburg (Jabatan Kejuruteraan dan Sains Teknikal - Ketua Jabatan V.K. Fedyukin, Doktor Sains Teknikal, Profesor, Ahli Koresponden Akademi Pengajian Tinggi Antarabangsa) sebagai alat bantu mengajar untuk pelajar universiti yang belajar dalam bidang teknologi latihan sebagai sebahagian daripada kursus "Teknologi dan bahan moden untuk industri."

Menerima setem UMO pada PPO No. 04-01 (Diluluskan oleh Persatuan Pendidikan dan Metodologi Pendidikan Pedagogi Vokasional sebagai alat bantu mengajar pelajar institusi pengajian tinggi).

Kemajuan saintifik dan teknologi dalam bidang teknologi tinggi - dalam sains bahan, elektronik, mikromekanik, perubatan dan bidang lain aktiviti manusia dikaitkan dengan hasil penyelidikan asas dan gunaan, reka bentuk dan penggunaan praktikal struktur, bahan dan peranti, unsur-unsur yang mempunyai dimensi dalam julat nanometer (1 nm = 10-9m), dan pembangunan teknologi untuk pembuatannya (teknologi nano) dan kaedah diagnostik. Objek nanoteknologi dalam sains bahan ialah bahan tersebar, filem dan bahan nanohabluran.

Tujuan manual ini adalah untuk membiasakan pelajar dan pakar dengan hala tuju baru yang berkesan dalam pembangunan sains dan teknologi dalam bidang bahan nano dan nanoteknologi, khususnya, sintesis bahan struktur nanohabluran dengan sifat unik dan contoh penggunaannya dalam industri. .

Manual ini membincangkan asas teori dan teknologi, masalah dan prospek nanosains dan industri nano. Definisi konsep asas nanosains dicadangkan. Data mengenai bahan nano dan struktur nano disusun secara sistematik dan klasifikasinya diberikan. Kaedah untuk penyelidikan dan reka bentuk struktur nano diterangkan. Analisis diberikan tentang kaedah untuk sintesis bahan berstruktur nano dan beberapa contoh penggunaannya dalam teknologi tradisional dan baharu dalam pelbagai industri. Ciri-ciri perubahan dalam sifat fizikal, mekanikal dan teknologi bahan nano struktur dan berfungsi dipertimbangkan.

Buku teks itu dibangunkan untuk pelajar institusi pengajian tinggi yang belajar dalam pelbagai kepakaran, mempelajari sains bahan dan teknologi bahan struktur. Ia mungkin berguna untuk pelajar siswazah, pakar dan penyelidik yang berurusan dengan bahan nano dan nanoteknologi.

Struktur tutorial:

pengenalan.

Bab 1. Asas dan aspek pembangunan sains bahan nano dan nanoteknologi.

Bab 2. Bahan nano dan struktur nano.

Bab 3. Kaedah untuk mengkaji dan mereka bentuk struktur nano.

Bab 4. Teknologi untuk mendapatkan bahan berstruktur nano dan mengeluarkan produk nano.

Bab 5. Sifat mekanikal bahan nano.

Kesimpulan.

Senarai bibliografi.

Senarai istilah.

Lampiran: Pameran Khusus Nanoteknologi dan Bahan Nano.

Pautan bibliografi

Zabelin S.F., Alymova M.I. SAINS BAHAN DAN TEKNOLOGI BAHAN NANOSTRUCTURED (TUTORIAL) // Jurnal Pendidikan Eksperimen Antarabangsa. - 2015. - No. 1. - P. 65-66;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=6342 (tarikh akses: 09/17/2019). Kami membawa perhatian anda kepada jurnal yang diterbitkan oleh rumah penerbitan "Academy of Natural History"

Model tiub nano karbon

Penghujung satu tahun dan permulaan tahun berikutnya adalah masa yang istimewa apabila manusia dikunjungi oleh keinginan untuk menganalisis masa lalu dan merenung apa yang akan datang. Dan pada awal tahun baru, kami ingin menyemak 10 perkembangan terpenting dalam nanoteknologi sejak permulaan pembangunannya, berkaitan dengan sains bahan.

Beginilah cara J.Wood, salah seorang editornya, memulakan penerbitannya dalam keluaran Tahun Baru Materials Today, tertanya-tanya apakah peristiwa dalam 50 tahun yang lalu telah menentukan dinamik tinggi hari ini dalam pembangunan sains bahan. Wood mengenal pasti 10 peristiwa (tidak termasuk penemuan superkonduktiviti suhu tinggi di sini, jelas sekali, sebagai peristiwa yang lebih penting bagi ahli fizik berbanding saintis bahan).

Di tempat pertama- "Pelan Hala Tuju Teknologi Antarabangsa untuk Semikonduktor" (Pelan Hala Tuju Teknologi Antarabangsa untuk Semikonduktor - ITRS), bukan penemuan saintifik, tetapi, sebenarnya, dokumen (semakan analisis) yang disusun oleh sekumpulan pakar antarabangsa yang besar (pada tahun 1994, lebih daripada 400 ahli teknologi terlibat dalam menyusun Peta, dan pada tahun 2007 lebih daripada 1200 pakar dari industri, makmal kebangsaan dan institusi akademik). Menggabungkan sains, teknologi dan ekonomi, Peta menetapkan matlamat yang boleh dicapai dalam tempoh masa tertentu dan cara terbaik untuk mencapainya. Laporan akhir (pada tahun 2007 ia mengandungi 18 bab dan 1000 muka surat teks) adalah hasil konsensus di kalangan majoriti pakar, dicapai selepas perbincangan yang panjang. Penganjur penyelidikan nano Rusia menghadapi masalah yang sama apabila memilih matlamat pembangunan nano. Mereka cuba dalam masa yang singkat untuk "inventori" apa yang sudah "dikenakan" di Rusia dan, menyeru majlis pakar yang dibuat dengan tergesa-gesa, untuk mencari arah optimum saluran pembangunan. Kebiasaan dengan kandungan laporan ITRS dan pengalaman menganjurkan kajian ini jelas akan berguna.

nasi. 1. Penyelidikan semikonduktor berdasarkan ITRS

Tempat kedua- mengimbas mikroskop terowong - tidak menghairankan, kerana ciptaan ini (1981) yang berfungsi sebagai dorongan untuk penyelidikan nano dan teknologi nano.

Tempat ketiga- kesan rintangan magnet gergasi dalam struktur berbilang lapisan bahan magnetik dan bukan magnet (1988), berdasarkan mana kepala baca untuk cakera keras dicipta, yang kini dilengkapi dengan semua komputer peribadi.

tempat keempat- laser semikonduktor dan LED pada GaAs (pembangunan pertama bermula sejak 1962), komponen utama sistem telekomunikasi, pemain CD dan DVD, pencetak laser.

tempat kelima- sekali lagi merujuk bukan kepada penemuan saintifik, tetapi kepada acara yang teratur pada tahun 2000 untuk mempromosikan penyelidikan saintifik maju secara besar-besaran - yang dipanggil. Inisiatif Nanoteknologi Kebangsaan AS. Sains di seluruh dunia kini berhutang banyak kepada peminat inisiatif ini - kemudian Presiden B. Clinton dan Dr. M. Roko (Mihail C. Roco) dari Yayasan Sains Kebangsaan AS. Pada tahun 2007, pembiayaan global untuk penyelidikan nano melebihi $12 bilion. Program saintifik yang berkaitan telah dilancarkan di 60 (!) negara di dunia. Ngomong-ngomong, kedudukan beberapa saintis Rusia yang tidak berpuas hati dengan "nanoblizzard" [contohnya, 2] agak tidak dapat difahami, kerana ribut salji inilah yang memaksa kerajaan Rusia akhirnya beralih kepada sains.

nasi. 2. Basikal diperkukuh dengan nanofibers

Tempat keenam– plastik yang diperkuat dengan gentian karbon. Bahan komposit - ringan dan kuat - telah mengubah banyak industri: pesawat, teknologi angkasa, pengangkutan, pembungkusan, peralatan sukan.

Tempat ketujuh– bahan untuk bateri lithium ion. Sukar untuk membayangkan bahawa sehingga baru-baru ini kami melakukannya tanpa komputer riba dan telefon bimbit. "Revolusi mudah alih" ini tidak mungkin berlaku tanpa peralihan daripada bateri boleh dicas semula menggunakan elektrolit akueus kepada bateri ion litium yang lebih intensif tenaga (katod - LiCoO__2__ atau LiFeO__4__, anod - karbon).

Tempat kelapan– karbon nanotube (1991), penemuan mereka didahului oleh penemuan yang tidak kurang sensasi pada tahun 1985 C__60__ fullerenes. Hari ini, ciri-ciri struktur nano karbon yang menakjubkan, unik dan menjanjikan berada di tengah-tengah penerbitan paling hangat. Walau bagaimanapun, masih terdapat banyak soalan mengenai kaedah sintesis jisimnya dengan sifat seragam, kaedah penulenan dan teknologi untuk dimasukkan ke dalam peranti nano.

nasi. 3. Metamaterial yang menyerap sinaran elektromagnet

tempat kesembilan– bahan untuk litografi cetakan lembut. Proses litografi menduduki tempat utama dalam pengeluaran peranti dan litar mikroelektronik hari ini, media storan dan produk lain, dan tiada alternatif dalam masa terdekat. Litografi cetakan lembut menggunakan setem polydimethyloxysilane berdaya tahan yang boleh digunakan beberapa kali. Kaedah ini boleh digunakan pada substrat rata, melengkung dan fleksibel dengan resolusi sehingga 30 nm dicapai hari ini.

Bahan sentiasa memainkan peranan penting dalam pembangunan tamadun. Para saintis mengatakan bahawa sejarah manusia boleh digambarkan sebagai perubahan dalam bahan yang digunakan. Era sejarah tamadun dinamakan mengikut bahan: Zaman Batu, Gangsa dan Besi. Mungkin zaman sekarang akan dipanggil abad bahan komposit. Di negara maju, sains bahan disenaraikan antara tiga bidang pengetahuan teratas bersama dengan teknologi maklumat dan bioteknologi.

Setiap cabang teknologi, semasa ia berkembang, membuat lebih banyak dan lebih pelbagai dan permintaan yang tinggi terhadap bahan. Sebagai contoh, bahan struktur untuk satelit dan kapal angkasa, sebagai tambahan kepada suhu (suhu tinggi dan ultra-rendah) dan rintangan kitaran haba, mesti mempunyai kekejangan dalam vakum mutlak, rintangan kepada getaran, pecutan tinggi (berpuluh-puluh ribu kali lebih besar daripada pecutan. graviti), pengeboman meteorit, pendedahan berpanjangan kepada plasma, sinaran, tanpa berat, dll. Hanya bahan komposit yang terdiri daripada beberapa komponen dengan sifat yang berbeza dengan ketara boleh memenuhi keperluan yang bercanggah tersebut.

Komposit antara logam berlapis dengan peningkatan rintangan haba

Komposit gentian superkonduktif

Bahan komposit yang diperkuatkan serakan yang tahan haus

Perkembangan nanoteknologi (salah satu bahagian sains bahan moden), menurut ramalan kebanyakan pakar, akan menentukan wajah abad ke-21. Ini disahkan dengan penganugerahan empat Hadiah Nobel dalam bidang kimia dan fizik sepanjang 15 tahun yang lalu: untuk penemuan bentuk baru karbon - fullerene (1996) dan graphene (2010), untuk perkembangan dalam bidang teknologi semikonduktor dan litar bersepadu (2000), penderia semikonduktor optik (2009). Rusia berada di tempat kedua di dunia dari segi pelaburan dalam nanoteknologi, kedua selepas Amerika Syarikat (pada tahun 2011, pelaburan berjumlah kira-kira $2 bilion). Pada masa ini, sains sedang mengalami ledakan sebenar dalam bahan baharu. Dalam hal ini, saintis bahan mendapat permintaan dalam banyak industri: dalam tenaga nuklear, perubatan, pengeluaran minyak, automotif, penerbangan, angkasa, pertahanan, industri tenaga, industri sukan elit, institut penyelidikan, dan syarikat inovatif yang menghasilkan produk berintensif sains.

Bahagian dan pemasangan Sukhoi Superjet 100 diperbuat daripada bahan komposit

Paparan fleksibel berdasarkan graphene

Peralatan sukan moden yang diperbuat daripada bahan komposit

Ahli sains bahan terlibat dalam pembangunan, penyelidikan dan pengubahsuaian bahan organik dan bukan organik untuk pelbagai tujuan; proses pengeluaran mereka, pembentukan struktur, transformasi pada peringkat pengeluaran, pemprosesan dan operasi; isu kebolehpercayaan dan kecekapan bahan; simulasi komputer kelakuan bahagian dan pemasangan di bawah pelbagai jenis pemuatan; menyediakan sokongan teknikal kepada pelbagai jabatan pengeluaran dalam perkara yang berkaitan dengan bahan untuk pembuatan unit dan komponen peralatan, mengambil bahagian dalam pemilihan dan penilaian bakal pembekal syarikat.

Graduan arahan "Sains Bahan" VolgGTU sedang dalam permintaan untuk bekerja di syarikat dan perusahaan besar: OJSC SUAL cawangan VgAZ-SUAL, LLC LUKOIL - Volgogradneftepererabotka, OJSC VNIKTIneftekhimoborudovaniye, OJSC Volgogradneftemash, JSC Central Design Bureau Titane, OJSCmonta Neft Titane VMK Krasny Oktyabr, JSC Volga Pipe Plant, JSC TK Neftekhimgaz, JSC Expertise, LLC Volgogradnefteproekt, JSC Kaustik, LLC Konstanta-2 dan banyak lagi.

Latihan sarjana muda dan sarjana bertauliah dijalankan dalam rangka arahan "Sains Bahan dan Teknologi Bahan" di

Laman Utama > Dokumen

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN SAINS PERSEKUTUAN RUSIA

Institusi pendidikan negeri

pendidikan profesional yang lebih tinggi

"Akademi Tekstil Negeri Ivanovo"

Jabatan Fizik dan Nanoteknologi

		TERIMA Naib Rektor Hal Ehwal Akademik V.V. Lyubimtsev "_____" ___________________ 2011

Sains bahan bahan nano dan sistem nano

Kod, arah penyediaan	152200 Nanoengineering

Profil latihan	Bahan nano

Kitaran, kod	Matematik dan sains semula jadi (B.3.1-3a)

Semester

Kelayakan (ijazah) graduan	bujang

Bentuk pengajian	sepenuh masa

Fakulti	industri fesyen

Ivanovo 2011

Hasil daripada mempelajari disiplin "Sains Bahan Nanobahan dan Nanosistem", pelajar harus: tahu: - sifat dan bidang penggunaan serbuk terserakan nano, bahan pepejal berstruktur nano fullerene, cecair dan seperti gel, unsur dan objek bersaiz nano, sistem nano (struktur hetero); asas nanoteknologi untuk mendapatkan bahan nano; asas nanoteknologi untuk mendapatkan pengerasan berstruktur dan kecerunan, lapisan pelindung dan berfungsi serta salutan; asas proses teknologi untuk sintesis bahan komposit; mampu untuk: - pilih struktur nano dan kaedah pengeluarannya untuk pelaksanaan objek nano dengan ciri khusus untuk keperluan khusus penukaran isyarat elektrik, optik, magnet, haba dan mekanikal; - menggunakan konsep dan definisi asas dalam pembentukan pengetahuan yang mendalam dalam bidang kejuruteraan nano; - menganalisis ciri produk nano dan nanoteknologi; melukis gambar rajah peralatan dan peranti teknologi untuk proses nanoteknologi. milik: - kemahiran dalam menyelesaikan masalah pembentukan pengetahuan dalam bidang kejuruteraan nano. Program kerja disiplin menyediakan jenis kerja pendidikan berikut:

Jenis kerja belajar	Jumlah jam / kredit	Nombor semester
Jenis kerja belajar	Jumlah jam / kredit
Aktiviti bilik darjah (jumlah)
Termasuk:

Kelas amali (seminar)
Kerja bebas (jumlah)
Persediaan untuk kelas amali (seminar)
Kajian isu-isu teori yang dikemukakan untuk kajian bebas
Persediaan untuk ujian
Jenis pensijilan pertengahan (ujian, peperiksaan)
Jumlah intensiti buruh: jam kredit

Disiplin termasuk bahagian berikut:

Sejarah kemunculan bahan nano, dinamik pembangunan dan pelaksanaannya dalam amalan.

Konsep asas dan pengelasan bahan berstruktur nano.

Ciri ciri dan jenis utama sistem skala nano.

Proses teknologi pengeluaran, pemprosesan dan pengubahsuaian bahan nano dan produk berdasarkannya.

Ketua Jabatan

A.K. Izgorodin

Guru-pembangun

Jabatan Nanoteknologi, Sains Bahan dan Mekanik telah ditubuhkan pada Disember 2011 berdasarkan dua jabatan Institut Fizik dan Teknologi TSU dan mempunyai akar sejarah yang mendalam. Pada asal-usul jabatan itu adalah saintis bertaraf dunia, profesor M.A. Krishnal, G.F. Lepin dan E.A. Mamontov, yang membuat sumbangan besar kepada sains sains bahan fizikal dan mencipta asas asas penyelidikan untuk sains bahan di universiti.

Bahagian "Mekanik"; jabatan asas "Nanomaterials" (Moscow, Institut Penyelidikan Pusat Chermet dinamakan sempena I.P. Bardin), pusat saintifik dan pendidikan "Sains Bahan Fizikal dan Nanoteknologi";

Lebih daripada 20 makmal pendidikan dan penyelidikan moden yang serba lengkap untuk elektron, laser, mikroskopi daya atom, ujian fizikal dan mekanikal, analisis pembelauan sinar-X, metalografi dan pelepasan akustik, dsb., tiga daripadanya diiktiraf dalam sistem Rostekhnadzor dan makmal analisis (SAAL );

Sekolah Antarabangsa "Sains Bahan Fizikal"

Kerjasama dengan sekolah saintifik terkemuka Rusia dan asing, termasuk universiti di Jerman (Freiberg), Jepun (Osako, Kyoto), Australia (Melbourne), dll.

Semua pelajar senior terlibat dalam kerja penyelidikan yang bermanfaat dan setiap tahun menjadi pemenang dan pemenang pertandingan karya saintifik dan projek diploma. Hampir 100% daripada graduan jabatan itu bekerja, di mana 80% bekerja dalam kepakaran mereka di pusat penyelidikan dan jabatan ujian makmal PJSC AVTOVAZ, makmal Pusat Inovasi dan Teknologi Serantau Samara, serta dalam organisasi pakar.

Pemangku Ketua Jabatan

profesor, doktor sains teknikal

KlevtsovGennady Vsevolodovich

Bidang latihan

Sarjana Muda:
- 22.03.01 Sains bahan dan teknologi bahan (profil "Bahan dan teknologi moden untuk pengeluarannya")

Ijazah Sarjana:
– 22.04.01 Sains bahan dan teknologi bahan

(profil "Kejuruteraan bahan termaju dan diagnostik kelakuan bahan dalam produk")

PhD:
– 03.06.01 Fizik dan astronomi

(profil "Fizik Jirim Pekat")

– 22.06.01 Teknologi bahan (profil “Sains logam dan rawatan haba logam dan aloi”)

Objektif program pendidikan 22.04.01 Sains dan teknologi bahan (Kejuruteraan bahan termaju dan diagnostik kelakuan bahan dalam produk):

C 1. Penyediaan graduan untuk kerja penyelidikan dalam bidang sains bahan moden.

C2. Penyediaan graduan untuk penciptaan bahan baru, kajian sifat mereka, pembangunan teknologi untuk pengeluaran mereka.

C3. Penyediaan graduan untuk reka bentuk bahan dengan sifat yang dikehendaki.

C 4. Penyediaan graduan untuk pengeluaran dan aktiviti teknologi, yang memastikan pengenalan kepada operasi perkembangan teknologi tinggi baharu yang sedang dalam permintaan di peringkat dunia.

Disiplin

Guru-guru jabatan "Nanoteknologi, Sains Bahan dan Mekanik" menjalankan kelas dalam disiplin berikut:

– Mekanik teori;

– Kekuatan bahan;

– Teori mesin dan mekanisme;

- Bahagian mesin;

- Sains Bahan;

– Teknologi bahan struktur;

– Nanoteknologi dalam pengeluaran dan ekologi;

– Asas fizikal dan kimia nanoteknologi;

– Sains bahan bahan nano dan sistem nano;

– Fizik keadaan pekat;

– Keseimbangan fasa dan pembentukan struktur;

– Sains bahan fizikal;

– Kekuatan aloi dan komposit;

– Teknologi dan bahan baharu;

– Kaedah untuk mengeras bahan struktur;

– Kaedah penyelidikan tidak merosakkan, dsb.