Nanoteknologi, materialvitenskap og mekanikk. Nanoteknologi og interessant utvikling Materialvitenskap om nanomaterialer og nanosystemer

JEG GODKJENT

Viserektor for akademiske saker

V.V. Lyubimtsev

"_____"_____2011

Materialvitenskap for nanomaterialer og nanosystemer

Kode, retning for forberedelse

152200 Nanoingeniør

Treningsprofil

Nanomaterialer

Løkke, kode

Matematisk og naturvitenskapelig (B.3.1-3a)

Semester(er)

Graduate kvalifikasjoner (grad)

ungkar

Studieform

på heltid

Fakultet

moteindustrien

Type pedagogisk arbeid

Totalt antall timer/poeng

Semesternummer

Klasseromstimer (totalt)

Inkludert:

Praktiske klasser (seminarer)

Selvstendig arbeid (totalt)

Forberedelse til praktiske timer (seminarer)

Studie av teoretiske problemstillinger levert til selvstendig studie

Forberedelse til prøven

Type mellomliggende sertifisering (prøve, eksamen)

Total arbeidsintensitet: timer

kredittenheter

A.K. Izgorodin

Anbefalt for publisering av Institute of Metallurgy and Materials Science (IMET) oppkalt etter. A.A. Baikov RAS (laboratorium for fysisk kjemi og beleggingsteknologi - laboratorieleder V.I. Kalita, doktor i tekniske vitenskaper, professor) og St. Petersburg University of Engineering and Economics (avdeling for ingeniør- og tekniske vitenskaper - avdelingsleder V.K. Fedyukin, doktor i Tekniske vitenskaper, professor, korresponderende medlem av International Academy of Higher Education) som en lærebok for universitetsstudenter som studerer i teknologiske opplæringsområder som en del av kurset "Moderne teknologier og materialer i industrielle sektorer."

Fikk UMO-stempel for PPO nr. 04-01 (Godkjent av Utdannings- og Metodeforbundet for fagpedagogisk utdanning som læremiddel for studenter ved høyere utdanningsinstitusjoner).

Vitenskapelig og teknologisk fremgang innen høyteknologi - innen materialvitenskap, elektronikk, mikromekanikk, medisin og andre områder av menneskelig aktivitet er assosiert med resultatene av grunnleggende og anvendt forskning, design og praktisk bruk av strukturer, materialer og enheter, elementene hvorav har dimensjoner i nanometerområdet (1 nm = 10-9m), og utvikling av teknologier for deres produksjon (nanoteknologier) og diagnostiske metoder. Objektene for nanoteknologi i materialvitenskap er spredte materialer, filmer og nanokrystallinske materialer.

Hensikten med håndboken er å gjøre studenter og spesialister kjent med en ny effektiv retning i utviklingen av vitenskap og teknologi innen nanomaterialer og nanoteknologi, spesielt syntese av nanokrystallinske strukturelle materialer med unike egenskaper og eksempler på bruk i industrien .

Manualen undersøker det teoretiske og teknologiske grunnlaget, problemene og utsiktene til nanovitenskap og nanoindustri. Definisjoner av de grunnleggende begrepene innen nanovitenskap er foreslått. Data om nanomaterialer og nanostrukturer er systematisert, og deres klassifisering er gitt. Metoder for forskning og konstruksjon av nanostrukturer er beskrevet. Det gis en analyse av metoder for syntese av nanostrukturerte materialer og en rekke eksempler på deres anvendelse i tradisjonelle og nye teknologier i ulike bransjer. Egenskapene til endringer i de fysiske, mekaniske og teknologiske egenskapene til strukturelle og funksjonelle nanomaterialer vurderes.

Læreboken ble utviklet for studenter ved høyere utdanningsinstitusjoner som studerer i ulike spesialiteter, studerer kurs i materialvitenskap og teknologi for strukturelle materialer. Kan være nyttig for utdannede studenter, spesialister og forskere involvert i spørsmål om nanomaterialer og nanoteknologi.

Oppbygging av opplæringen:

Introduksjon.

Kapittel 1. Grunnleggende og aspekter ved utviklingen av vitenskapen om nanomaterialer og nanoteknologi.

Kapittel 2. Nanomaterialer og nanostrukturer.

Kapittel 3. Metoder for å studere og designe nanostrukturer.

Kapittel 4. Teknologier for å skaffe nanostrukturerte materialer og produsere nanoprodukter.

Kapittel 5. Mekaniske egenskaper til nanomaterialer.

Konklusjon.

Bibliografisk liste.

Liste over termer.

Vedlegg: Spesialutstilling for nanoteknologi og nanomaterialer.

Bibliografisk lenke

Institutt for nanoteknologi, materialvitenskap og mekanikk ble opprettet i desember 2011 på grunnlag av to avdelinger ved TSU Institute of Physics and Technology og har dype historiske røtter. Opprinnelsen til avdelingen var forskere i verdensklasse, professorer M.A. Crystal, G.F. Lepin og E.A. Mamontov, som ga et stort bidrag til vitenskapen om fysisk materialvitenskap og skapte grunnlaget for forskningsbasen for materialvitenskap ved universitetet.

Seksjon "Mekanikk"; grunnleggende avdeling "Nanomaterials" (Moskva, Central Research Institute of Chermet oppkalt etter I.P. Bardin), vitenskapelig og pedagogisk senter "Fysisk materialvitenskap og nanoteknologi";

Mer enn 20 moderne, velutstyrte utdannings- og forskningslaboratorier for elektronisk, laser, atomkraftmikroskopi, fysisk og mekanisk testing, røntgendiffraksjonsanalyse, metallografi og akustisk emisjon, etc., hvorav tre er akkreditert i systemene til Rostechnadzor og analytiske laboratorier (SAAL);

International School "Fysisk materialvitenskap"

Samarbeid med ledende russiske og utenlandske vitenskapelige skoler, inkludert universiteter i Tyskland (Freiberg), Japan (Osako, Kyoto), Australia (Melbourne), etc.

Alle seniorstudenter er engasjert i fruktbart forskningsarbeid og blir årlig vinnere og prisvinnere av vitenskapelige arbeidskonkurranser og avgangsprosjekter. Nesten 100 % av avdelingens nyutdannede er ansatt, hvorav 80 % jobber i sin spesialitet i forskningssenteret og laboratorietestavdelingen til PJSC AVTOVAZ, laboratorier ved Samara Regional Innovation and Technology Center, samt i ekspertorganisasjoner.

Fungerende avdelingsleder

professor, doktor i tekniske vitenskaper

KlevtsovGennady Vsevolodovich

Treningsområder

Bachelorgrad:
– 03/22/01 Materialvitenskap og materialteknologi (profil "Moderne materialer og teknologier for deres produksjon")

Mastergrad:
– 04/22/01 Materialvitenskap og materialteknologi

(profil "Projektering av avanserte materialer og diagnostikk av oppførselen til materialer i produkter")

Postgraduate studier:
– 03.06.01 Fysikk og astronomi

(profil "Fysikk av kondensert materie")

– 06.22.01 Materialteknologier (profil "Metallvitenskap og varmebehandling av metaller og legeringer")

Mål for utdanningsprogrammet 04/22/01 Materialvitenskap og materialteknologi (Projektering av avanserte materialer og diagnostikk av materialers oppførsel i produkter):

Ts1. Forberede kandidater til forskningsarbeid innen moderne materialvitenskap.

Ts2. Forbereder kandidater til å lage nye materialer, studere egenskapene deres og utvikle teknologi for produksjonen deres.

C3. Forberede kandidater for design av materialer med spesifiserte egenskaper.

Ts4. Forberede kandidater til produksjon og teknologiske aktiviteter som sikrer implementering av nye høyteknologiske utviklinger som er etterspurt på globalt nivå.

Disipliner

Lærere ved avdelingen "Nanoteknologi, materialvitenskap og mekanikk" underviser i følgende disipliner:

– Teoretisk mekanikk;

- Materialets styrke;

– Teori om maskiner og mekanismer;

– Maskindeler;

– Materialvitenskap;

– Teknologi av strukturelle materialer;

– Nanoteknologi i produksjon og økologi;

– Fysisk-kjemiske grunnlaget for nanoteknologi;

– Materialvitenskap for nanomaterialer og nanosystemer;

– Fysikk av kondensert materiale;

– Faselikevekter og strukturdannelse;

– Fysisk materialvitenskap;

– Styrken til legeringer og kompositter;

– Nye teknologier og materialer;

– Metoder for å styrke strukturelle materialer;

– Ikke-destruktive forskningsmetoder mv.

Materialer har alltid spilt en viktig rolle i utviklingen av sivilisasjonen. Forskere sier at menneskets historie kan beskrives som en endring i materialene som brukes. Sivilisasjonshistoriens epoker ble navngitt etter materialene: stein, bronse og jernalder. Kanskje den nåværende epoken vil bli kalt århundret av komposittmaterialer. I utviklede land er materialvitenskap rangert blant de tre prioriterte kunnskapsområdene, sammen med informasjonsteknologi og bioteknologi.

Hver gren av teknologi, ettersom den utvikler seg, stiller stadig mer mangfoldige og høye krav til materialer. For eksempel må konstruksjonsmaterialer for satellitter og romfartøy, i tillegg til temperatur (høye og ultralave temperaturer) og termisk syklisk motstand, ha tetthet under forhold med absolutt vakuum, motstand mot vibrasjon, høye akselerasjoner (titusenvis av ganger større enn tyngdeakselerasjonen), meteorittbombardement, langvarig eksponering for plasma, stråling, vektløshet, etc. Bare komposittmaterialer som består av flere komponenter med sterkt forskjellige egenskaper kan tilfredsstille slike motstridende krav.

Lagdelt intermetallisk kompositt med økt varmebestandighet

Fiberkompositt med superledning

Slitasjebestandig dispersjonsforsterket komposittmateriale

Utviklingen av nanoteknologi (en av grenene innen moderne materialvitenskap), ifølge prognosene til de fleste eksperter, vil bestemme formen på det 21. århundre. Dette bekreftes av tildelingen av fire nobelpriser innen kjemi og fysikk de siste 15 årene: for oppdagelsen av nye former for karbon - fullerener (1996) og grafen (2010), for utviklingen innen halvlederteknologi. og integrerte kretser (2000), optiske halvledersensorer (2009). Russland er på andreplass i verden når det gjelder investeringer i nanoteknologi, nest etter USA (i 2011 utgjorde investeringene rundt 2 milliarder dollar). For tiden opplever vitenskapen en virkelig boom i nye materialer. I denne forbindelse er materialforskere etterspurt i mange bransjer: kjernekraft, medisin, oljeproduksjon, bilindustri, luftfart, romfart, forsvar, energiindustri, elitesportsindustri, forskningsinstitutter, innovative selskaper som produserer høyteknologiske produkter.

Deler og komponenter til Sukhoi Superjet 100-flyet laget av komposittmaterialer

Fleksible grafenbaserte skjermer

Moderne sportsutstyr laget av komposittmaterialer

Materialforskere er engasjert i utvikling, forskning og modifisering av materialer av organisk og uorganisk natur for ulike formål; produksjonsprosesser, strukturdannelse, transformasjon på stadier av produksjon, prosessering og drift; spørsmål om pålitelighet og effektivitet av materialer; datamaskinmodellering av oppførselen til deler og sammenstillinger under ulike typer belastning; yte teknisk støtte til ulike produksjonsavdelinger i saker knyttet til materialer for produksjon av enheter og utstyrskomponenter, samt delta i utvelgelse og evaluering av potensielle leverandører til selskapet.

Nyutdannede ved Volgogradneftepererabotka, OJSC VNIKTIneftekhimoborudovanie, OJSC Volgogradneftemash, JSC Central Design Bureau Titan, OJSC Neftezavodmontazh ", JSC "VMK "Red October", JSC "Volzhsky Pipe Plant", JSC "TK "Neftekhimpergaz", JSCproktne LLC "Exproktne" ", JSC "Kaustik", LLC "Konstanta-2" og mange andre.

Utarbeidelsen av sertifiserte bachelorer og master gjennomføres innenfor rammen av retningen "Materialvitenskap og materialteknologi" kl.

Karbon nanorør modell

Slutten av ett år og begynnelsen av det neste er en spesiell tid da menneskeheten får besøk av ønsket om å analysere fortiden og tenke på hva som ligger foran oss. Og i begynnelsen av det nye året ønsker vi å gjennomgå de 10 viktigste prestasjonene innen nanoteknologi siden begynnelsen av utviklingen knyttet til materialvitenskap.

Dette er hvordan J. Wood, en av dens redaktører, begynner sin publisering i post-nyttårsutgaven av Materials Today magazine, og spør hvilke hendelser de siste 50 årene har bestemt dagens høye dynamikk i utviklingen av materialvitenskap. Wood identifiserer 10 hendelser (ikke inkludert oppdagelsen av høytemperaturs superledning, som åpenbart er en hendelse av større betydning for fysikere enn for materialforskere).

Første plass– «International Technology Roadmap for Semiconductors» (ITRS), ikke en vitenskapelig oppdagelse, men faktisk et dokument (analytisk gjennomgang) satt sammen av en stor internasjonal gruppe eksperter (i 1994 var mer enn 400 teknologer involvert i utarbeidelsen av Kart, og i 2007 - allerede mer enn 1200 spesialister fra industrien, fra nasjonale laboratorier og akademiske organisasjoner). Ved å kombinere vitenskap, teknologi og økonomi setter kartet mål som kan oppnås i en gitt tidsperiode og de beste veiene for å oppnå dem. Sluttrapporten (i 2007 inneholdt den 18 kapitler og 1000 sider med tekst) er et resultat av konsensus blant de fleste eksperter, oppnådd etter lange diskusjoner. Russiske arrangører av nanoforskning sto overfor et lignende problem når de valgte målet for nanoutvikling. De prøver i løpet av kort tid å "inventere" det som allerede er "nano-eksisterende" i Russland, og kaller på raskt opprettede ekspertråd for å finne den optimale retningen for utvikling. Kjennskap til innholdet i ITRS-rapporten og erfaring med å organisere disse studiene vil åpenbart være nyttig.

Ris. 1. Halvlederforskning basert på ITRS

Andre plass– skanningstunnelmikroskopi – forårsaker ingen overraskelse, fordi det var denne oppfinnelsen (1981) som fungerte som drivkraften for nanoforskning og nanoteknologi.

Tredje plass– effekten av gigantisk magnetoresistens i flerlagsstrukturer laget av magnetiske og ikke-magnetiske materialer (1988 ble det opprettet lesehoder for harddisker, som er utstyrt med alle personlige datamaskiner i dag).

Fjerde plass– GaAs-halvlederlasere og LED-er (den første utviklingen går tilbake til 1962), hovedkomponentene i telekommunikasjonssystemer, CD- og DVD-spillere, laserskrivere.

Femteplass– viser igjen ikke til en vitenskapelig oppdagelse, men til en kompetent organisert begivenhet i 2000 for å fremme massiv lovende vitenskapelig forskning – den såkalte. "National Nanotechnology Initiative" USA. Vitenskap rundt om i verden skylder nå mye til entusiastene for dette initiativet - daværende president B. Clinton og Dr. M. Roco fra US National Science Foundation. Det globale finansieringsvolumet for nanorforskning i 2007 oversteg 12 milliarder dollar. Tilsvarende vitenskapelige programmer ble lansert i 60 (!) land i verden. Forresten, posisjonen til noen russiske forskere som er misfornøyde med "nanostormen" [for eksempel 2] er litt uklar, fordi det var denne snøstormen som tvang den russiske regjeringen til å endelig vende ansiktet mot vitenskapen.

Ris. 2. Sykkel forsterket med nanofibre

Sjette plass– plast forsterket med karbonfiber. Komposittmaterialer - lette og sterke - har forvandlet mange bransjer: flyproduksjon, romteknologi, transport, emballasjematerialer, sportsutstyr.

Syvende plass– materialer for litiumionbatterier. Det er vanskelig å forestille seg at vi nylig klarte oss uten bærbare datamaskiner og mobiltelefoner. Denne "mobilrevolusjonen" ville ikke vært mulig uten en overgang fra oppladbare batterier som bruker vandige elektrolytter til mer energitette litiumionbatterier (katode - LiCoO__2__ eller LiFeO__4__, anode - karbon).

Åttende plass– karbon-nanorør (1991), oppdagelsen deres ble innledet av den ikke mindre oppsiktsvekkende oppdagelsen av C__60__ fullerener i 1985. I dag er de fantastiske, unike og lovende egenskapene til karbon-nanostrukturer i sentrum av de heteste publikasjonene. Imidlertid er det fortsatt mange spørsmål angående metoder for deres massesyntese med ensartede egenskaper, rensemetoder og teknologier for deres inkludering i nanoenheter.

Ris. 3. Metamateriale som absorberer elektromagnetisk stråling

Niende plass– materialer for myk trykt litografi. Litografiske prosesser er sentrale i produksjonen av dagens mikroelektroniske enheter og kretser, lagringsmedier og andre produkter, uten noe alternativ i sikte i nær fremtid. Myk trykklitografi bruker et elastisk polydimetyloksysilan-stempel som kan gjenbrukes om og om igjen. Metoden kan brukes på flate, buede og fleksible underlag med oppløsninger på opptil 30 nm oppnådd til dags dato.

Fant du ikke svaret på spørsmålet ditt? Se her

Groshev Nikolay - bokserie - stalkerbøker - ebok - vår swag - barreaktor

Verb conjugation Funksjoner ved verb conjugation på russisk

Byene Hellas er underlagt Makedonia Outline of the Peloponnesian War last ned den hviterussiske utgaven