Sayansi ya nyenzo na teknolojia ya nanomaterials ya nanosystems. Nanoteknolojia, sayansi ya vifaa na mechanics

Imependekezwa kwa kuchapishwa na Taasisi ya Sayansi ya Madini na Nyenzo (IMET) im. A.A. Baykov RAS (Maabara ya Kemia ya Kimwili na Teknolojia ya Mipako - Mkuu wa Maabara V.I. Kalita, Daktari wa Sayansi ya Ufundi, Profesa) na Chuo Kikuu cha Uhandisi na Uchumi cha St. Petersburg (Idara ya Uhandisi na Sayansi ya Ufundi - Mkuu wa Idara V.K. Fedyukin, Daktari wa Ufundi wa Ufundi Sayansi, Profesa, Mwanachama Sambamba wa Chuo cha Kimataifa cha Elimu ya Juu) kama msaada wa kufundishia kwa wanafunzi wa vyuo vikuu wanaosoma katika maeneo ya kiteknolojia ya mafunzo kama sehemu ya kozi "Teknolojia za kisasa na vifaa vya tasnia."

Imepokea Grafu ya UMO ya PPO Na. 04-01 (Imeidhinishwa na Chama cha Elimu na Methodolojia kwa Elimu ya Ufundi Stadi kama msaada wa kufundishia kwa wanafunzi wa taasisi za elimu ya juu).

Maendeleo ya kisayansi na kiteknolojia katika uwanja wa teknolojia ya juu - katika sayansi ya vifaa, vifaa vya elektroniki, micromechanics, dawa na maeneo mengine ya shughuli za binadamu inahusishwa na matokeo ya utafiti wa kimsingi na uliotumika, muundo na matumizi ya vitendo ya miundo, vifaa na vifaa. ambayo ina vipimo katika safu ya nanometer (1 nm = 10-9m), na maendeleo ya teknolojia kwa utengenezaji wao (nanoteknolojia) na njia za uchunguzi. Vitu vya nanoteknolojia katika sayansi ya vifaa ni vifaa vya kutawanywa, filamu na vifaa vya nanocrystalline.

Madhumuni ya mwongozo ni kufahamisha wanafunzi na wataalam na mwelekeo mpya mzuri katika maendeleo ya sayansi na teknolojia katika uwanja wa nanomaterials na nanotechnologies, haswa, muundo wa vifaa vya muundo wa nanocrystalline na mali ya kipekee na mifano ya matumizi yao katika tasnia. .

Mwongozo huo unajadili misingi ya kinadharia na kiteknolojia, matatizo na matarajio ya nanoscience na nanoindustry. Ufafanuzi wa dhana za msingi za nanoscience zinapendekezwa. Data juu ya nanomaterials na nanostructures imepangwa na uainishaji wao umetolewa. Mbinu za utafiti na muundo wa nanostructures zimeelezwa. Mchanganuo unatolewa wa njia za usanisi wa vifaa vya nanostructured na idadi ya mifano ya matumizi yao katika teknolojia ya jadi na mpya katika tasnia anuwai. Makala ya mabadiliko katika mali ya kimwili, mitambo na teknolojia ya nanomaterials ya kimuundo na ya kazi huzingatiwa.

Kitabu cha maandishi kimeundwa kwa wanafunzi wa taasisi za elimu ya juu wanaosoma katika utaalam mbalimbali, kusoma kozi katika sayansi ya vifaa na teknolojia ya vifaa vya kimuundo. Inaweza kuwa muhimu kwa wanafunzi waliohitimu, wataalamu na watafiti wanaoshughulika na nanomaterials na nanotechnologies.

Muundo wa mafunzo:

Utangulizi.

Sura ya 1. Misingi na vipengele vya maendeleo ya sayansi ya nanomaterials na nanotechnologies.

Sura ya 2. Nanomaterials na nanostructures.

Sura ya 3. Mbinu za kusoma na kubuni nanostructures.

Sura ya 4. Teknolojia za kupata vifaa vya nanostructured na nanoproducts za viwanda.

Sura ya 5. Mali ya mitambo ya nanomaterials.

Hitimisho.

Orodha ya biblia.

Orodha ya masharti.

Kiambatisho: Maonyesho Maalum ya Nanotechnologies na Nanomaterials.

Kiungo cha bibliografia

Zabelin S.F., Alymova M.I. SAYANSI YA MADHUBUTI NA TEKNOLOJIA YA VIFAA VILIVYOJIRI (TUTORIAL) // Jarida la Kimataifa la Elimu ya Majaribio. - 2015. - Nambari 1. - P. 65-66;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=6342 (tarehe ya kufikia: 09/17/2019). Tunakuletea majarida yaliyochapishwa na shirika la uchapishaji "Chuo cha Historia ya Asili"

Mfano wa nanotube ya kaboni

Mwisho wa mwaka mmoja na mwanzo wa ujao ni wakati maalum ambapo ubinadamu unatembelewa na tamaa ya kuchambua siku za nyuma na kutafakari juu ya kile kilicho mbele. Na mwanzoni mwa mwaka mpya, tunataka kukagua maendeleo 10 muhimu zaidi katika nanoteknolojia tangu mwanzo wa maendeleo yao, yanayohusiana na sayansi ya vifaa.

Hivi ndivyo J.Wood, mmoja wa wahariri wake, anaanza uchapishaji wake katika toleo la baada ya Mwaka Mpya la Materials Today, akishangaa ni matukio gani ya miaka 50 iliyopita yameamua mienendo ya juu ya leo katika maendeleo ya sayansi ya vifaa. Wood hubainisha matukio 10 (bila kujumuisha ugunduzi wa utendakazi wa halijoto ya juu hapa, ni wazi, kama tukio muhimu zaidi kwa wanafizikia kuliko wanasayansi wa nyenzo).

Katika nafasi ya kwanza- "Mchoro wa Kimataifa wa Teknolojia ya Semiconductors" (Mchoro wa Kimataifa wa Teknolojia ya Semiconductors - ITRS), sio ugunduzi wa kisayansi, lakini, kwa kweli, hati (mapitio ya uchambuzi) iliyoandaliwa na kundi kubwa la kimataifa la wataalam (mwaka 1994, zaidi ya 400 wanateknolojia walihusika katika kuandaa Ramani, na mwaka 2007 zaidi ya wataalamu 1200 kutoka viwandani, maabara za kitaifa na taasisi za kitaaluma). Kwa kuchanganya sayansi, teknolojia na uchumi, Ramani inaweka malengo yanayoweza kufikiwa kwa muda fulani na njia bora zaidi za kuyafikia. Ripoti ya mwisho (mwaka 2007 ina sura 18 na kurasa 1000 za maandishi) ni matokeo ya makubaliano kati ya wengi wa wataalam, yaliyofikiwa baada ya majadiliano ya muda mrefu. Waandaaji wa Kirusi wa nanoresearch walikabiliwa na shida kama hiyo wakati wa kuchagua lengo la nanodevelopment. Wanajaribu kwa muda mfupi "hesabu" kile tayari "kinachosababisha" nchini Urusi na, wito kwa mabaraza ya wataalam yaliyoundwa haraka, ili kupata mwelekeo bora wa njia ya maendeleo. Kujua yaliyomo katika ripoti ya ITRS na uzoefu wa kuandaa masomo haya bila shaka itakuwa muhimu.

Mchele. 1. Utafiti wa semiconductor kulingana na ITRS

Nafasi ya pili- skanning tunneling microscopy - haishangazi, kwa sababu ni uvumbuzi huu (1981) ambao ulitumika kama msukumo wa nanoresearch na nanotechnologies.

Nafasi ya tatu- athari za magnetoresistance kubwa katika miundo ya multilayer ya vifaa vya magnetic na zisizo za magnetic (1988), kulingana na ambayo vichwa vya kusoma kwa disks ngumu viliundwa, ambazo sasa zina vifaa vya kompyuta zote za kibinafsi.

Nafasi ya nne- lasers za semiconductor na LEDs kwenye GaAs (maendeleo ya kwanza yalianza 1962), sehemu kuu za mifumo ya mawasiliano ya simu, CD na DVD player, printers za laser.

Nafasi ya tano- tena hairejelei ugunduzi wa kisayansi, lakini kwa hafla iliyopangwa vizuri mnamo 2000 ili kukuza utafiti mkubwa wa kisayansi wa hali ya juu - kinachojulikana. Mpango wa Kitaifa wa Nanoteknolojia wa Marekani. Sayansi kote ulimwenguni sasa inadaiwa mengi na wakereketwa wa mpango huu - Rais wa wakati huo B. Clinton na Dk. M. Roko (Mihail C. Roco) kutoka Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi wa Marekani. Mnamo 2007, ufadhili wa kimataifa wa utafiti wa nanoresearch ulizidi dola bilioni 12. Programu zinazofaa za kisayansi zimezinduliwa katika nchi 60 (!) za ulimwengu. Kwa njia, msimamo wa wanasayansi wengine wa Kirusi ambao hawajaridhika na "nanoblizzard" [kwa mfano, 2] hauelewiki, kwa sababu ilikuwa dhoruba hii ya theluji ambayo ililazimisha serikali ya Urusi hatimaye kugeukia sayansi.

Mchele. 2. Baiskeli iliyoimarishwa na nanofibers

Nafasi ya sita- plastiki iliyoimarishwa na nyuzi za kaboni. Nyenzo zenye mchanganyiko - nyepesi na zenye nguvu - zimebadilisha tasnia nyingi: ndege, teknolojia ya anga, usafirishaji, ufungaji, vifaa vya michezo.

Nafasi ya saba- nyenzo za betri za ioni za lithiamu. Ni vigumu kufikiria kwamba hadi hivi karibuni tulifanya bila laptops na simu za mkononi. "Mapinduzi haya ya rununu" yasingewezekana bila mpito kutoka kwa betri zinazoweza kuchajiwa tena kwa kutumia elektroliti za maji hadi betri za ioni za lithiamu zinazotumia nishati nyingi zaidi (cathode - LiCoO__2__ au LiFeO__4__, anode - kaboni).

Nafasi ya nane– carbon nanotubes (1991), ugunduzi wao ulitanguliwa na ugunduzi wa kuvutia sana mwaka wa 1985 wa C__60__ fullerenes. Leo, mali ya kushangaza, ya kipekee na ya kuahidi ya nanostructures ya kaboni ni katikati ya machapisho ya moto zaidi. Hata hivyo, bado kuna maswali mengi kuhusu mbinu za usanisi wao wa wingi na mali sare, mbinu za utakaso, na teknolojia za kuingizwa katika nanodevices.

Mchele. 3. Metamaterial ambayo inachukua mionzi ya sumakuumeme

nafasi ya tisa- vifaa vya maandishi laini ya maandishi. Michakato ya lithographic inachukua nafasi kuu katika uzalishaji wa vifaa vya kisasa vya microelectronic na nyaya, vyombo vya habari vya kuhifadhi na bidhaa nyingine, na hakuna njia mbadala katika siku za usoni. Lithography iliyochapishwa kwa upole hutumia stempu ya polydimethyloxysilane ambayo inaweza kutumika mara nyingi. Njia hiyo inaweza kutumika kwenye substrates bapa, zilizopinda na zinazonyumbulika na azimio la hadi nm 30 lililopatikana leo.

Nyenzo zimekuwa na jukumu muhimu katika maendeleo ya ustaarabu. Wanasayansi wanasema kwamba historia ya wanadamu inaweza kuelezewa kama mabadiliko katika nyenzo zinazotumiwa. Enzi za historia ya ustaarabu ziliitwa kulingana na vifaa: Enzi za Jiwe, Shaba na Iron. Labda zama za sasa zitaitwa karne ya vifaa vya mchanganyiko. Katika nchi zilizoendelea, sayansi ya nyenzo imeorodheshwa kati ya maeneo matatu ya juu ya maarifa pamoja na teknolojia ya habari na teknolojia ya kibayoteknolojia.

Kila tawi la teknolojia, linapoendelea, hufanya mahitaji tofauti zaidi na ya juu juu ya vifaa. Kwa mfano, vifaa vya kimuundo vya satelaiti na vyombo vya anga, pamoja na joto (joto la juu na la chini) na upinzani wa baiskeli ya mafuta, lazima ziwe na mkazo katika utupu kabisa, upinzani wa vibration, kuongeza kasi ya juu (makumi ya maelfu ya mara zaidi kuliko kuongeza kasi. ya mvuto), bomu ya meteorite, mfiduo wa muda mrefu wa plasma, mionzi, kutokuwa na uzito, nk. Nyenzo za mchanganyiko tu zinazojumuisha vipengele kadhaa na mali tofauti tofauti zinaweza kukidhi mahitaji hayo yanayokinzana.

Mchanganyiko wa safu ya metali na kuongezeka kwa upinzani wa joto

Mchanganyiko wa nyuzi za superconductive

Nyenzo ya mchanganyiko iliyoimarishwa na inayostahimili mtawanyiko

Ukuzaji wa nanoteknolojia (moja ya sehemu za sayansi ya vifaa vya kisasa), kulingana na utabiri wa wataalam wengi, itaamua uso wa karne ya 21. Hii inathibitishwa na utoaji wa Tuzo nne za Nobel katika kemia na fizikia katika kipindi cha miaka 15 iliyopita: kwa ugunduzi wa aina mpya za carbon - fullerenes (1996) na graphene (2010), kwa maendeleo katika uwanja wa teknolojia ya semiconductor na nyaya jumuishi. (2000), sensorer za semiconductor za macho (2009). Urusi iko katika nafasi ya pili duniani katika suala la uwekezaji katika nanoteknolojia, ya pili baada ya Marekani (mwaka 2011, uwekezaji ulifikia dola bilioni 2). Hivi sasa, sayansi inakabiliwa na ongezeko la kweli katika nyenzo mpya. Katika suala hili, wanasayansi wa vifaa wanahitajika katika tasnia nyingi: katika nishati ya nyuklia, dawa, uzalishaji wa mafuta, magari, anga, anga, ulinzi, tasnia ya nishati, tasnia ya michezo ya wasomi, taasisi za utafiti, na kampuni za ubunifu zinazozalisha bidhaa zinazohitaji sayansi.

Sehemu na mikusanyiko ya Sukhoi Superjet 100 iliyotengenezwa kwa vifaa vyenye mchanganyiko

Maonyesho yanayonyumbulika kulingana na graphene

Vifaa vya kisasa vya michezo vilivyotengenezwa kwa vifaa vyenye mchanganyiko

Wanasayansi wa nyenzo wanahusika katika ukuzaji, utafiti na urekebishaji wa vifaa vya kikaboni na isokaboni kwa madhumuni anuwai; michakato ya uzalishaji wao, malezi ya muundo, mabadiliko katika hatua za uzalishaji, usindikaji na uendeshaji; masuala ya kuaminika na ufanisi wa vifaa; simulation ya kompyuta ya tabia ya sehemu na makusanyiko chini ya aina mbalimbali za upakiaji; kutoa msaada wa kiufundi kwa idara mbalimbali za uzalishaji katika masuala yanayohusiana na vifaa kwa ajili ya utengenezaji wa vitengo na vipengele vya vifaa, kushiriki katika uteuzi na tathmini ya wauzaji wa uwezo wa kampuni.

Wahitimu wa mwelekeo wa "Sayansi ya Nyenzo" ya VolgGTU wanahitajika kufanya kazi katika makampuni makubwa na makampuni ya biashara: OJSC SUAL tawi la VgAZ-SUAL, LLC LUKOIL - Volgogradneftepererabotka, OJSC VNIKTIneftekhimoborudovaniye, OJSC Volgogradneftemash, JSCvo Central Design Ofisi ya JSCvoDSC Tizhmo. VMK Krasny Oktyabr, JSC Volga Bomba Plant, JSC TK Neftekhimgaz, JSC Expertise, LLC Volgogradnefteproekt, JSC Kaustik, LLC Konstanta-2 na wengine wengi.

Mafunzo ya bachelors na masters kuthibitishwa hufanyika ndani ya mfumo wa mwelekeo "Sayansi ya Nyenzo na Teknolojia ya Vifaa" katika

Nyumbani > Hati

WIZARA YA ELIMU NA SAYANSI YA SHIRIKISHO LA URUSI

Taasisi ya elimu ya serikali

elimu ya juu ya kitaaluma

"Chuo cha Nguo cha Jimbo la Ivanovo"

Idara ya Fizikia na Nanoteknolojia

		IDHINISHA Makamu Mkuu wa Masuala ya Kitaaluma V.V. Lyubimtsev "_____" ______________________________ 2011

Sayansi ya nyenzo ya nanomaterials na nanosystems

Kanuni, mwelekeo wa maandalizi	152200 Nanoengineering

Wasifu wa mafunzo	Nanomaterials

Mzunguko, kanuni	Sayansi ya hisabati na asilia (B.3.1-3a)

Muhula

Sifa (shahada) ya mhitimu	bachelor

Fomu ya masomo	wakati wote

Kitivo	sekta ya mitindo

Ivanovo 2011

Kama matokeo ya kusoma taaluma "Sayansi ya Nyenzo ya Nanomaterials na Nanosystems", wanafunzi wanapaswa: kujua: - mali na matumizi ya poda ya nanodispersed, fullerene nanostructured imara, kioevu na gel-kama vifaa, vipengele nanosized na vitu, nanosystems (heterostructures); misingi ya nanoteknolojia ya kupata nanomaterials; misingi ya teknolojia za nano kwa ajili ya kupata ugumu wa nanostructured na gradient, tabaka za kinga na kazi na mipako; misingi ya michakato ya kiteknolojia kwa ajili ya awali ya vifaa vya composite; kuweza: - chagua nanostructures na mbinu za uzalishaji wao kwa ajili ya utekelezaji wa nano-vitu na sifa maalum kwa ajili ya mahitaji maalum ya uongofu wa ishara ya umeme, macho, magnetic, mafuta na mitambo; - kutumia dhana za msingi na ufafanuzi katika malezi ya ujuzi wa kina katika uwanja wa nanoengineering; - kuchambua vipengele vya nanoproducts na nanotechnologies; chora michoro ya vifaa vya kiteknolojia na vifaa vya michakato ya nanoteknolojia. mwenyewe: - ujuzi katika kutatua matatizo ya malezi ya ujuzi katika uwanja wa nanoengineering. Mpango wa kazi wa nidhamu hutoa aina zifuatazo za kazi ya elimu:

Aina ya kazi ya masomo	Jumla ya saa / mikopo	Nambari ya muhula
Aina ya kazi ya masomo	Jumla ya saa / mikopo
Shughuli za darasani (jumla)
Ikiwa ni pamoja na:

Madarasa ya vitendo (semina)
Kazi ya kujitegemea (jumla)
Maandalizi ya madarasa ya vitendo (semina)
Utafiti wa maswala ya kinadharia yaliyowasilishwa kwa masomo huru
Maandalizi ya mtihani
Aina ya udhibitisho wa kati (mtihani, mtihani)
Jumla ya nguvu ya kazi: masaa vitengo vya mikopo

Taaluma ni pamoja na sehemu zifuatazo:

Historia ya kuibuka kwa nanomaterials, mienendo ya maendeleo yao na utekelezaji katika mazoezi.

Dhana za msingi na uainishaji wa vifaa vya nanostructured.

Makala ya mali na aina kuu za mifumo ya nanoscale.

Michakato ya kiteknolojia ya uzalishaji, usindikaji na urekebishaji wa nanomaterials na bidhaa kulingana nao.

Mkuu wa Idara

A.K. Izgorodin

Mwalimu-mwendelezaji

Idara ya Nanoteknolojia, Sayansi ya Nyenzo na Mekaniki ilianzishwa mnamo Desemba 2011 kwa msingi wa idara mbili za Taasisi ya Fizikia na Teknolojia ya TSU na ina mizizi ya kihistoria. Kwa asili ya idara hiyo walikuwa wanasayansi wa kiwango cha ulimwengu, maprofesa M.A. Krishtal, G.F. Lepin na E.A. Mamontov, ambaye alitoa mchango mkubwa kwa sayansi ya sayansi ya vifaa vya mwili na kuunda msingi wa msingi wa utafiti wa sayansi ya vifaa katika chuo kikuu.

Sehemu "Mechanics"; idara ya msingi "Nanomaterials" (Moscow, Taasisi ya Utafiti ya Kati ya Chermet iliyoitwa baada ya I.P. Bardin), kituo cha kisayansi na elimu "Sayansi ya Vifaa vya Kimwili na Nanotechnologies";

Zaidi ya maabara 20 za kisasa, zenye vifaa vya elimu na utafiti kwa elektroni, laser, hadubini ya nguvu ya atomiki, upimaji wa mwili na mitambo, uchambuzi wa diffraction ya X-ray, metallografia na utoaji wa akustisk, nk, tatu ambazo zimeidhinishwa katika mifumo ya Rostekhnadzor. na maabara za uchambuzi (SAAL);

Shule ya Kimataifa "Sayansi ya Vifaa vya Kimwili"

Ushirikiano na shule zinazoongoza za kisayansi za Urusi na nje, pamoja na vyuo vikuu vya Ujerumani (Freiberg), Japan (Osako, Kyoto), Australia (Melbourne), n.k.

Wanafunzi wote wakuu wanajishughulisha na kazi ya utafiti yenye matunda na kila mwaka huwa washindi na washindi wa mashindano ya kazi za kisayansi na miradi ya diploma. Karibu 100% ya wahitimu wa idara hiyo wameajiriwa, ambayo 80% hufanya kazi katika utaalam wao katika kituo cha utafiti na idara ya upimaji wa maabara ya PJSC AVTOVAZ, maabara ya Kituo cha Ubunifu na Teknolojia cha Mkoa wa Samara, na pia katika mashirika ya wataalam.

Kaimu Mkuu wa Idara

profesa, daktari wa sayansi ya kiufundi

KlevtsovGennady Vsevolodovich

Maeneo ya mafunzo

Shahada ya kwanza:
- 22.03.01 Nyenzo za sayansi na teknolojia ya vifaa (wasifu "Nyenzo za kisasa na teknolojia kwa uzalishaji wao")

Shahada ya uzamili:
- 22.04.01 Nyenzo za sayansi na teknolojia ya nyenzo

(wasifu "Uhandisi wa vifaa vya hali ya juu na utambuzi wa tabia ya vifaa katika bidhaa")

PhD:
- 03.06.01 Fizikia na unajimu

(wasifu "Fizikia ya Jambo lililofupishwa")

- 22.06.01 Teknolojia ya vifaa (wasifu "Sayansi ya chuma na matibabu ya joto ya metali na aloi")

Malengo ya mpango wa elimu 22.04.01 Sayansi ya Nyenzo na Teknolojia (Uhandisi wa nyenzo za hali ya juu na utambuzi wa tabia ya nyenzo katika bidhaa):

C 1. Maandalizi ya mhitimu kwa kazi ya utafiti katika uwanja wa sayansi ya vifaa vya kisasa.

C2. Maandalizi ya mhitimu kwa ajili ya kuundwa kwa vifaa vipya, utafiti wa mali zao, maendeleo ya teknolojia kwa ajili ya uzalishaji wao.

C3. Maandalizi ya mhitimu kwa muundo wa vifaa na mali inayotaka.

C 4. Maandalizi ya mhitimu kwa ajili ya shughuli za uzalishaji na teknolojia, ambayo inahakikisha kuanzishwa kwa uendeshaji wa maendeleo mapya ya teknolojia ya juu ambayo yanahitajika katika ngazi ya dunia.

Nidhamu

Walimu wa idara "Nanoteknolojia, Sayansi ya Vifaa na Mechanics" hufanya madarasa katika taaluma zifuatazo:

- Mitambo ya kinadharia;

- Nguvu ya nyenzo;

- Nadharia ya mashine na mitambo;

- Sehemu za mashine;

- Sayansi ya Nyenzo;

- Teknolojia ya vifaa vya miundo;

- Nanoteknolojia katika uzalishaji na ikolojia;

- Misingi ya kimwili na kemikali ya nanoteknolojia;

- Sayansi ya nyenzo ya nanomaterials na nanosystems;

- Fizikia ya hali iliyofupishwa;

- Usawa wa awamu na muundo wa muundo;

- Sayansi ya vifaa vya kimwili;

- Nguvu ya aloi na composites;

- Teknolojia mpya na nyenzo;

- Njia za ugumu wa nyenzo za muundo;

- Mbinu zisizo za uharibifu za utafiti, nk.