Khoa học vật liệu và công nghệ vật liệu nano của hệ thống nano. Công nghệ nano, khoa học vật liệu và cơ học
Được đề xuất xuất bản bởi Viện Khoa học Vật liệu và Luyện kim (IMET) im. A.A. Baykov RAS (Phòng thí nghiệm Hóa lý và Công nghệ sơn phủ - Trưởng phòng thí nghiệm V.I. Kalita, Tiến sĩ Khoa học Kỹ thuật, Giáo sư) và Đại học Kỹ thuật và Kinh tế St. Petersburg (Khoa Kỹ thuật và Khoa học Kỹ thuật - Trưởng phòng V.K. Fedyukin, Tiến sĩ Kỹ thuật Khoa học, Giáo sư, Thành viên tương ứng của Học viện Giáo dục Đại học Quốc tế) với tư cách là người hỗ trợ giảng dạy cho sinh viên đại học nghiên cứu về các lĩnh vực đào tạo công nghệ như một phần của khóa học "Công nghệ và vật liệu hiện đại cho các ngành công nghiệp."
Đã nhận được Biểu đồ UMO cho PPO số 04-01 (Đã được Hiệp hội Giáo dục và Phương pháp luận về Giáo dục Sư phạm Nghề nghiệp phê duyệt làm tài liệu hỗ trợ giảng dạy cho sinh viên của các cơ sở giáo dục đại học).
Tiến bộ khoa học và công nghệ trong lĩnh vực công nghệ cao - trong khoa học vật liệu, điện tử, vi cơ, y học và các lĩnh vực hoạt động khác của con người gắn liền với kết quả nghiên cứu cơ bản và ứng dụng, thiết kế và sử dụng thực tế các kết cấu, vật liệu và thiết bị, các phần tử trong đó có kích thước trong phạm vi nanomet (1 nm = 10-9m) và sự phát triển của công nghệ sản xuất chúng (công nghệ nano) và phương pháp chẩn đoán. Đối tượng của công nghệ nano trong khoa học vật liệu là vật liệu phân tán, màng và vật liệu tinh thể nano.
Mục đích của sách hướng dẫn này là giúp sinh viên và chuyên gia làm quen với một hướng đi hiệu quả mới trong việc phát triển khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu nano và công nghệ nano, đặc biệt là việc tổng hợp các vật liệu cấu trúc tinh thể nano với các đặc tính độc đáo và ví dụ về việc sử dụng chúng trong công nghiệp .
Sách hướng dẫn thảo luận về cơ sở lý thuyết và công nghệ, các vấn đề và triển vọng của khoa học nano và công nghiệp nano. Các định nghĩa về các khái niệm cơ bản của khoa học nano được đề xuất. Dữ liệu về vật liệu nano và cấu trúc nano được hệ thống hóa và phân loại chúng được đưa ra. Các phương pháp nghiên cứu và thiết kế cấu trúc nano được mô tả. Một phân tích được đưa ra về các phương pháp tổng hợp vật liệu cấu trúc nano và một số ví dụ về ứng dụng của chúng trong các công nghệ truyền thống và công nghệ mới trong các ngành công nghiệp khác nhau. Các đặc điểm của sự thay đổi các đặc tính vật lý, cơ học và công nghệ của vật liệu nano cấu trúc và chức năng được xem xét.
Giáo trình được biên soạn dành cho sinh viên các cơ sở giáo dục đại học theo học các chuyên ngành khác nhau, học các môn khoa học vật liệu và công nghệ vật liệu kết cấu. Nó có thể hữu ích cho sinh viên sau đại học, chuyên gia và nhà nghiên cứu xử lý vật liệu nano và công nghệ nano.
Cấu trúc của hướng dẫn:
Giới thiệu.
Chương 1. Cơ bản và khía cạnh của sự phát triển của khoa học vật liệu nano và công nghệ nano.
Chương 2. Vật liệu nano và cấu trúc nano.
Chương 3. Phương pháp nghiên cứu và thiết kế cấu trúc nano.
Chương 4. Công nghệ thu nhận vật liệu cấu trúc nano và sản xuất sản phẩm nano.
Chương 5. Cơ tính của vật liệu nano.
Sự kết luận.
Danh sách thư mục.
Danh sách các điều khoản.
Phụ lục: Triển lãm chuyên ngành Công nghệ nano và Vật liệu nano.
Liên kết thư mục
Zabelin S.F., Alymova M.I. KHOA HỌC VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ CỦA VẬT LIỆU HƯỚNG DẪN (TUTORIAL) // Tạp chí Giáo dục Thực nghiệm Quốc tế. - 2015. - Số 1. - Tr 65-66;URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=6342 (ngày truy cập: 17/09/2019). Chúng tôi mang đến cho bạn sự chú ý của các tạp chí do nhà xuất bản "Học viện Lịch sử Tự nhiên" xuất bản
Mô hình ống nano carbon
Cuối một năm và đầu năm tới là thời điểm đặc biệt khi loài người đến thăm bởi mong muốn phân tích quá khứ và suy ngẫm về những gì đang chờ đợi ở phía trước. Và vào đầu năm mới, chúng tôi muốn điểm lại 10 bước phát triển quan trọng nhất trong công nghệ nano kể từ khi chúng bắt đầu phát triển, liên quan đến khoa học vật liệu.
Đây là cách J.Wood, một trong những biên tập viên của nó, bắt đầu xuất bản của mình trên tạp chí Materials Today sau năm mới, tự hỏi những sự kiện nào trong 50 năm qua đã xác định động lực cao ngày nay trong sự phát triển của khoa học vật liệu. Wood xác định 10 sự kiện (không bao gồm việc phát hiện ra hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao ở đây, rõ ràng là một sự kiện có ý nghĩa đối với các nhà vật lý hơn là đối với các nhà khoa học vật liệu).
Tại địa điểm đầu tiên- "Lộ trình công nghệ quốc tế cho chất bán dẫn" (International Technology Roadmap for Semiconductors - ITRS), không phải là một khám phá khoa học, mà trên thực tế, là một tài liệu (đánh giá phân tích) được biên soạn bởi một nhóm chuyên gia quốc tế lớn (năm 1994, hơn 400 nhà công nghệ. đã tham gia vào việc biên soạn Bản đồ, và trong năm 2007, hơn 1200 chuyên gia từ các ngành công nghiệp, phòng thí nghiệm quốc gia và các tổ chức học thuật). Kết hợp khoa học, công nghệ và kinh tế, Bản đồ đưa ra các mục tiêu có thể đạt được trong một khoảng thời gian nhất định và những cách tốt nhất để đạt được chúng. Báo cáo cuối cùng (năm 2007 gồm 18 chương và 1000 trang văn bản) là kết quả của sự đồng thuận của đa số các chuyên gia, đạt được sau các cuộc thảo luận kéo dài. Các nhà tổ chức nghiên cứu nanoresearch của Nga cũng gặp phải vấn đề tương tự khi chọn mục tiêu phát triển nano. Họ đang cố gắng trong thời gian ngắn để "kiểm kê" những gì đã "gây họa" ở Nga, đồng thời kêu gọi các hội đồng chuyên gia được thành lập vội vã, tìm ra hướng đi tối ưu của kênh phát triển. Sự quen thuộc với nội dung của báo cáo ITRS và kinh nghiệm tổ chức các nghiên cứu này rõ ràng sẽ hữu ích.
Cơm. 1. Nghiên cứu bán dẫn dựa trên ITRS
Nơi thứ hai- kính hiển vi quét đường hầm - không có gì đáng ngạc nhiên, bởi vì chính phát minh này (1981) đã đóng vai trò là động lực cho tìm kiếm nano và công nghệ nano.
Vị trí thứ ba- ảnh hưởng của từ trở khổng lồ trong cấu trúc nhiều lớp của vật liệu từ tính và phi từ tính (1988), dựa trên đó các đầu đọc cho đĩa cứng được tạo ra, hiện được trang bị cho tất cả các máy tính cá nhân.
Vị trí thứ tư- laser bán dẫn và đèn LED trên GaAs (phát triển đầu tiên từ năm 1962), các thành phần chính của hệ thống viễn thông, đầu đĩa CD và DVD, máy in laser.
Vị trí thứ năm- một lần nữa không đề cập đến một khám phá khoa học, mà là một sự kiện được tổ chức tốt vào năm 2000 để thúc đẩy nghiên cứu khoa học tiên tiến khổng lồ - cái gọi là. Sáng kiến Công nghệ Nano Quốc gia Hoa Kỳ. Khoa học trên toàn thế giới hiện nay nợ rất nhiều ở những người đam mê sáng kiến này - khi đó là Tổng thống B. Clinton và Tiến sĩ M. Roko (Mihail C. Roco) từ Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ. Năm 2007, nguồn tài trợ toàn cầu cho nanoresearch đã vượt quá 12 tỷ đô la. Các chương trình khoa học liên quan đã được triển khai ở 60 (!) Quốc gia trên thế giới. Nhân tiện, lập trường của một số nhà khoa học Nga không hài lòng với "nanoblizzard" [ví dụ, 2] là hơi khó hiểu, bởi vì chính trận bão tuyết này đã buộc chính phủ Nga cuối cùng phải chuyển sang lĩnh vực khoa học.
Cơm. 2. Xe đạp được gia cố bằng sợi nano
Vị trí thứ sáu- chất dẻo được gia cố bằng sợi carbon. Vật liệu composite - nhẹ và bền - đã biến đổi nhiều ngành công nghiệp: máy bay, công nghệ vũ trụ, vận tải, đóng gói, dụng cụ thể thao.
Vị trí thứ bảy- vật liệu cho pin lithium ion. Thật khó để tưởng tượng rằng cho đến gần đây chúng ta đã làm mà không có máy tính xách tay và điện thoại di động. "Cuộc cách mạng di động" này sẽ không thể thực hiện được nếu không có sự chuyển đổi từ pin có thể sạc lại sử dụng chất điện phân dạng nước sang pin lithium ion sử dụng nhiều năng lượng hơn (cực âm - LiCoO__2__ hoặc LiFeO__4__, cực dương - carbon).
Vị trí thứ tám- ống nano cacbon (1991), khám phá của họ được đặt trước bởi khám phá không kém phần giật gân vào năm 1985 về C__60__ fullerenes. Ngày nay, các đặc tính tuyệt vời, độc đáo và đầy hứa hẹn của cấu trúc nano cacbon là trung tâm của các ấn phẩm nóng nhất. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều câu hỏi liên quan đến các phương pháp tổng hợp khối lượng của chúng với các đặc tính đồng nhất, các phương pháp tinh chế và công nghệ để đưa chúng vào các thiết bị nano.
Cơm. 3. Siêu vật liệu hấp thụ bức xạ điện từ
vị trí thứ chín- vật liệu cho in thạch bản mềm. Các quy trình in thạch bản chiếm vị trí trung tâm trong việc sản xuất các thiết bị và mạch vi điện tử, phương tiện lưu trữ và các sản phẩm khác ngày nay và không có giải pháp thay thế nào trong tương lai gần. In thạch bản mềm sử dụng tem polydimethyloxysilane đàn hồi có thể sử dụng nhiều lần. Phương pháp này có thể được sử dụng trên bề mặt phẳng, cong và linh hoạt với độ phân giải lên đến 30 nm đã đạt được ngày nay.
Vật liệu luôn đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của nền văn minh. Các nhà khoa học nói rằng lịch sử của loài người có thể được mô tả là sự thay đổi của các vật liệu được sử dụng. Các thời đại của lịch sử văn minh được đặt tên theo các chất liệu: Thời đại đồ đá, đồ đồng và đồ sắt. Có lẽ kỷ nguyên hiện tại sẽ được gọi là thế kỷ của vật liệu composite. Ở các nước phát triển, khoa học vật liệu được xếp vào nhóm ba lĩnh vực tri thức hàng đầu cùng với công nghệ thông tin và công nghệ sinh học.
Mỗi ngành công nghệ khi phát triển thì ngày càng có nhiều nhu cầu đa dạng và cao hơn về vật liệu. Ví dụ, vật liệu cấu tạo cho vệ tinh và tàu vũ trụ, ngoài nhiệt độ (nhiệt độ cao và cực thấp) và khả năng chịu chu kỳ nhiệt, phải có độ kín trong chân không tuyệt đối, khả năng chống rung, gia tốc cao (lớn hơn hàng chục nghìn lần so với gia tốc trọng lực), bắn phá thiên thạch, tiếp xúc lâu với plasma, bức xạ, không trọng lượng, v.v. Chỉ vật liệu composite bao gồm một số thành phần với các đặc tính khác nhau rõ ràng mới có thể đáp ứng các yêu cầu mâu thuẫn như vậy.
Lớp composite xen kẽ kim loại với khả năng chịu nhiệt tăng lên
Composite sợi siêu dẫn
Vật liệu composite tăng cường phân tán chống mài mòn
Sự phát triển của công nghệ nano (một trong những lĩnh vực của khoa học vật liệu hiện đại), theo dự báo của hầu hết các chuyên gia, sẽ quyết định bộ mặt của thế kỷ 21. Điều này được khẳng định qua việc trao bốn giải Nobel hóa học và vật lý trong 15 năm qua: cho việc phát hiện ra các dạng mới của cacbon - fulleren (1996) và graphene (2010), cho những phát triển trong lĩnh vực công nghệ bán dẫn và mạch tích hợp. (2000), cảm biến bán dẫn quang học (2009). Nga đứng thứ hai trên thế giới về đầu tư vào công nghệ nano, chỉ đứng sau Hoa Kỳ (năm 2011, đầu tư lên tới khoảng 2 tỷ USD). Hiện nay, khoa học đang trải qua một sự bùng nổ thực sự về vật liệu mới. Về vấn đề này, các nhà khoa học vật liệu đang có nhu cầu trong nhiều ngành công nghiệp: trong năng lượng hạt nhân, y học, sản xuất dầu mỏ, ô tô, hàng không, vũ trụ, quốc phòng, công nghiệp năng lượng, công nghiệp thể thao ưu tú, viện nghiên cứu và các công ty sáng tạo sản xuất các sản phẩm chuyên sâu về khoa học.
Các bộ phận và cụm máy bay Sukhoi Superjet 100 làm bằng vật liệu composite
Màn hình linh hoạt dựa trên graphene
Dụng cụ thể thao hiện đại làm bằng vật liệu composite
Các nhà khoa học vật liệu tham gia vào việc phát triển, nghiên cứu và sửa đổi các vật liệu hữu cơ và vô cơ cho các mục đích khác nhau; các quá trình sản xuất, hình thành cấu trúc, biến đổi của chúng ở các giai đoạn sản xuất, chế biến và vận hành; các vấn đề về độ tin cậy và hiệu quả của vật liệu; mô phỏng máy tính về hoạt động của các bộ phận và cụm lắp ráp dưới nhiều loại tải khác nhau; cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho các bộ phận sản xuất khác nhau về các vấn đề liên quan đến vật liệu để sản xuất các đơn vị và thành phần của thiết bị, tham gia vào việc lựa chọn và đánh giá các nhà cung cấp tiềm năng của công ty.
Sinh viên tốt nghiệp hướng “Khoa học vật liệu” của VolgGTU đang có nhu cầu làm việc tại các công ty và doanh nghiệp lớn: OJSC SUAL chi nhánh của VgAZ-SUAL, LLC LUKOIL - Volgogradneftepererabotka, OJSC VNIKTIneftekhimoborudovaniye, OJSC Volgogradneftemash, JSC Central Design Bureau Titan ” VMK Krasny Oktyabr, Công ty Cổ phần Nhà máy Ống Volga, Công ty Cổ phần TK Neftekhimgaz, Công ty Cổ phần Giám định, Công ty Cổ phần Volgogradnefteproekt, Công ty Cổ phần Kaustik, Công ty Cổ phần Konstanta-2 và nhiều công ty khác.
Việc đào tạo cử nhân và thạc sĩ được cấp chứng chỉ được thực hiện trong khuôn khổ chỉ đạo “Khoa học Vật liệu và Công nghệ Vật liệu” tại
Trang chủ> Tài liệuBỘ GIÁO DỤC VÀ KHOA HỌC LIÊN BANG NGA
Cơ sở giáo dục nhà nước
giáo dục chuyên nghiệp cao hơn
"Học viện dệt may bang Ivanovo"
Khoa Vật lý và Công nghệ nano
| CHẤP THUẬN Phó hiệu trưởng phụ trách học vụ V.V. Lyubimtsev "_____" ___________________ 2011 |
||
| Khoa học vật liệu về vật liệu nano và hệ thống nano |
||
| Mã, hướng chuẩn bị | 152200 Nanoengineering |
|
| Hồ sơ đào tạo | Vật liệu nano |
|
| Chu kỳ, mã | Toán học và khoa học tự nhiên (B.3.1-3a) |
|
| (Các) học kỳ | ||
| Bằng cấp (bằng cấp) của sinh viên tốt nghiệp | cử nhân |
|
| Hình thức học | toàn thời gian |
|
| Khoa | ngành thời trang |
|
Ivanovo 2011
Kết quả của việc nghiên cứu kỷ luật "Khoa học vật liệu của vật liệu nano và hệ thống nano", sinh viên nên: biết rôi: - các tính chất và ứng dụng của bột phân tán nano, vật liệu rắn, lỏng và giống gel có cấu trúc nano fullerene, các phần tử và vật thể nano, hệ thống nano (dị cấu trúc); các nguyên tắc cơ bản của công nghệ nano để thu được vật liệu nano; các nguyên tắc cơ bản của công nghệ nano để tạo ra các lớp và lớp phủ có cấu trúc nano và làm cứng gradient, bảo vệ và chức năng; khái niệm cơ bản về quy trình công nghệ tổng hợp vật liệu composite; có thể: - lựa chọn cấu trúc nano và phương pháp sản xuất chúng để thực hiện các đối tượng nano với các đặc tính cụ thể cho các yêu cầu cụ thể của việc chuyển đổi tín hiệu điện, quang, từ, nhiệt và cơ học; - sử dụng các khái niệm và định nghĩa cơ bản để hình thành kiến thức chuyên sâu trong lĩnh vực kỹ thuật nano; - phân tích các tính năng của sản phẩm nano và công nghệ nano; vẽ sơ đồ thiết bị công nghệ và thiết bị phục vụ quá trình công nghệ nano. sở hữu: - kỹ năng giải quyết các vấn đề hình thành kiến thức trong lĩnh vực kỹ thuật nano. Chương trình làm việc của ngành quy định các loại công việc giáo dục sau:
| Loại công việc học tập | Tổng số giờ / tín chỉ | Số học kỳ |
|
| Các hoạt động trong lớp học (tổng số) | |||
| Kể cả: | |||
| Lớp học thực hành (hội thảo) | |||
| Làm việc độc lập (tổng số) | |||
| Chuẩn bị cho các lớp học thực hành (hội thảo) | |||
| Nghiên cứu các vấn đề lý thuyết nộp cho nghiên cứu độc lập | |||
| Chuẩn bị cho bài kiểm tra | |||
| Loại chứng chỉ trung cấp (kiểm tra, thi) | |||
| Tổng cường độ lao động: giờ tín dụng | |||
Lịch sử xuất hiện của vật liệu nano, động lực phát triển và triển khai chúng trong thực tế.
Các khái niệm cơ bản và phân loại vật liệu cấu trúc nano.
Đặc điểm của thuộc tính và các dạng chính của hệ thống kích thước nano.
Quy trình công nghệ sản xuất, chế biến và biến đổi vật liệu nano và các sản phẩm dựa trên chúng.
| trưởng khoa | A.K. Izgorodin |
| Nhà phát triển giáo viên |
Bộ môn Công nghệ nano, Khoa học Vật liệu và Cơ học được thành lập vào tháng 12 năm 2011 trên cơ sở hai bộ môn của Viện Vật lý và Công nghệ TSU và có nguồn gốc lịch sử sâu sắc. Khởi nguồn của khoa là các nhà khoa học đẳng cấp thế giới, giáo sư M.A. Krishtal, G.F. Lepin và E.A. Mamontov, người đã có đóng góp to lớn cho ngành khoa học vật liệu vật lý và tạo ra nền tảng cơ sở nghiên cứu cho khoa học vật liệu tại trường đại học. Mục "Cơ học"; bộ phận cơ sở "Vật liệu nano" (Moscow, Viện Nghiên cứu Trung ương Chermet đặt theo tên I.P. Bardin), trung tâm khoa học và giáo dục "Khoa học Vật liệu Vật lý và Công nghệ Nano"; Hơn 20 phòng thí nghiệm giáo dục và nghiên cứu hiện đại, được trang bị tốt cho kính hiển vi điện tử, laze, lực nguyên tử, thử nghiệm vật lý và cơ học, phân tích nhiễu xạ tia X, kim loại học và phát xạ âm thanh, v.v., ba trong số đó được công nhận trong hệ thống của Rostekhnadzor và các phòng thí nghiệm phân tích (SAAL); Trường Quốc tế "Khoa học Vật liệu Vật lý" Hợp tác với các trường khoa học hàng đầu của Nga và nước ngoài, bao gồm các trường đại học ở Đức (Freiberg), Nhật Bản (Osako, Kyoto), Úc (Melbourne), v.v. Tất cả các học sinh cuối cấp đều tham gia vào công việc nghiên cứu hiệu quả và hàng năm đều trở thành người chiến thắng và đoạt giải của các cuộc thi về các công trình khoa học và các dự án cấp bằng tốt nghiệp. Gần 100% sinh viên tốt nghiệp của khoa được tuyển dụng, trong đó 80% làm việc trong chuyên môn của họ tại trung tâm nghiên cứu và phòng thử nghiệm của PJSC AVTOVAZ, các phòng thí nghiệm của Trung tâm Công nghệ và Đổi mới Khu vực Samara, cũng như trong các tổ chức chuyên gia. Quyền trưởng phòng giáo sư, tiến sĩ khoa học kỹ thuật KlevtsovGennady Vsevolodovich Lĩnh vực đào tạoĐại học: Bằng thạc sĩ: (hồ sơ "Kỹ thuật vật liệu tiên tiến và chẩn đoán hoạt động của vật liệu trong sản phẩm") Bằng tiến sĩ: (hồ sơ "Vật lý vật chất ngưng tụ") - 22.06.01 Công nghệ vật liệu (hồ sơ “Khoa học kim loại và nhiệt luyện kim loại và hợp kim”) Mục tiêu của chương trình giáo dục 22.04.01 Khoa học và công nghệ vật liệu (Kỹ thuật vật liệu tiên tiến và chẩn đoán hoạt động của vật liệu trong sản phẩm): C 1. Chuẩn bị tốt nghiệp cho công việc nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học vật liệu hiện đại. C2. Chuẩn bị cho một sinh viên tốt nghiệp để tạo ra các vật liệu mới, nghiên cứu các đặc tính của chúng, sự phát triển của công nghệ sản xuất chúng. C3. Chuẩn bị tốt nghiệp để thiết kế các vật liệu với các đặc tính mong muốn. C 4. Chuẩn bị tốt nghiệp cho các hoạt động sản xuất và công nghệ, đảm bảo đưa vào vận hành các phát triển công nghệ cao mới đang có nhu cầu ở trình độ thế giới. Kỷ luậtCác giáo viên của bộ môn "Công nghệ nano, Khoa học vật liệu và Cơ học" thực hiện các lớp học ở các bộ môn sau: - Cơ lý thuyết; - Sức bền vật liệu; - Lý thuyết về máy và cơ cấu; - Bộ phận máy móc; - Khoa học vật liệu; - Công nghệ vật liệu kết cấu; - Công nghệ nano trong sản xuất và sinh thái; - Cơ sở vật lý và hóa học của công nghệ nano; - Khoa học vật liệu về vật liệu nano và hệ thống nano; - Vật lý về trạng thái ngưng tụ; - Pha cân bằng và hình thành cấu trúc; - Khoa học vật liệu vật lý; - Độ bền của hợp kim và vật liệu tổng hợp; - Công nghệ và vật liệu mới; - Phương pháp làm cứng vật liệu kết cấu; - Phương pháp nghiên cứu không phá hủy, v.v. Không tìm thấy câu trả lời cho câu hỏi của bạn? Nhìn vào đây
|
Tư liệu thông tin "góc bạn đọc trẻ"
Tiến sĩ xa để tiêu diệt
Mua axit sunfuric ở đâu?