Ang mga pangunahing pamamaraan para sa pagkuha ng mga nanomaterial sa madaling sabi. Mga pangunahing teknolohiya para sa pagkuha ng mga nanomaterial. Teknolohiya ng Pinagsama-samang Materyal

Ang istraktura at, nang naaayon, ang mga katangian ng mga nanomaterial ay nabuo sa yugto ng kanilang paggawa. Ang kahalagahan ng teknolohiya bilang batayan para sa pagtiyak ng matatag at pinakamainam na pagganap ng mga nanomaterial ay medyo halata; mahalaga din ito sa pananaw ng kanilang ekonomiya.

Ang teknolohiya ng mga nanomaterial, alinsunod sa pagkakaiba-iba ng huli, ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang kumbinasyon, sa isang banda, ng metalurhiko, pisikal, kemikal, at biyolohikal na mga pamamaraan, at, sa kabilang banda, ng tradisyonal at panimula na mga bagong pamamaraan. Kaya, kung ang karamihan sa mga pamamaraan para sa pagkuha ng pinagsama-samang mga nanomaterial ay medyo tradisyonal, kung gayon ang mga operasyon tulad ng pagmamanupaktura, halimbawa, "quantum pens" gamit ang isang scanning tunneling microscope, ang pagbuo ng mga quantum dots sa pamamagitan ng self-assembly ng mga atom, o ang paggamit ng teknolohiya ng ion-track upang lumikha ng mga buhaghag na istruktura sa mga polymer na materyales ay batay sa iba't ibang teknolohikal na pamamaraan.

Ang mga pamamaraan ng molecular biotechnology ay magkakaiba din. Ang lahat ng ito ay nagpapalubha sa pagtatanghal ng mga pangunahing kaalaman ng nanomaterial na teknolohiya, na isinasaalang-alang ang katotohanan na maraming mga teknolohikal na detalye ("kaalaman kung paano") ay inilarawan ng mga may-akda lamang sa mga pangkalahatang termino, at kadalasan ang mensahe ay isang kalikasan ng advertising. Dagdag pa, tanging ang pangunahing at pinaka-katangian na mga teknolohikal na pamamaraan ang sinusuri.

Teknolohiya ng Pinagsama-samang Materyal

Teknolohiya ng pulbos

Ang isang pulbos ay nauunawaan bilang isang hanay ng mga indibidwal na solidong katawan (o ang kanilang mga pinagsama-samang) na nakikipag-ugnayan sa maliliit na sukat - mula sa ilang nanometer hanggang sa isang libong microns [Powder materials science / Andrievsky R.A. - M.: Metalurhiya, 1991. - 205 p.]. Tungkol sa paggawa ng mga nanomaterial, ang mga ultrafine powder ay ginagamit bilang hilaw na materyales; mga particle na may sukat na hindi hihigit sa 100 nm, pati na rin ang mas malalaking pulbos na nakuha sa ilalim ng mga kondisyon ng masinsinang paggiling at binubuo ng maliliit na crystallites na may sukat na katulad ng mga ipinahiwatig sa itaas.

Ang mga kasunod na operasyon ng teknolohiya ng pulbos - pagpindot, sintering, hot pressing, atbp. - ay idinisenyo upang magbigay ng sample (produkto) ng mga ibinigay na hugis at sukat na may naaangkop na istraktura at mga katangian. Ang kabuuan ng mga operasyong ito ay madalas na tinatawag, sa mungkahi ni M.Yu. Balshina, pagpapatatag. Sa pagsasaalang-alang sa mga nanomaterial, ang pagsasama-sama ay dapat magbigay, sa isang banda, ng halos kumpletong compaction (ibig sabihin, ang kawalan ng macro- at micropores sa istraktura), at, sa kabilang banda, mapanatili ang nanostructure na nauugnay sa mga paunang sukat ng ultrafine. pulbos (ibig sabihin, ang laki ng butil sa mga sintered na materyales ay dapat kasing liit hangga't maaari at sa anumang kaso ay mas mababa sa 100 nm).

Ang mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga pulbos para sa paggawa ng mga nanomaterial ay napaka-magkakaibang; maaari silang maging kondisyon na nahahati sa kemikal at pisikal, ang mga pangunahing, kung saan, na may isang indikasyon ng mga pinaka-katangian na ultrafine powder, ay ibinibigay sa Talahanayan 1.

Talahanayan 1. Mga pangunahing pamamaraan para sa pagkuha ng mga pulbos para sa paggawa ng mga nanomaterial

	variant ng pamamaraan	materyales
Mga Pisikal na Pamamaraan
Pagsingaw at paghalay	Vacuum o inert gas	Zn, Cu, Ni, Al, Be, Sn, Pb, Mg, Ag, Cr, MgO, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , SiC
sa reaksyong gas	TiN, AlN, ZrN, NbN, ZrO 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 .
Mataas na Pagkasira ng Enerhiya	Paggiling	Fe-Cr, Be, Al 2 O 3 , TiC, Si 3 N 4 , NiAl, TiAl, AlN
Paggamot ng pagpapasabog	BN, SiN, TiC, Fe, brilyante
pagsabog ng kuryente	Al, Cd, Al 2 O 3, TiO 2.
*Mga Paraang Kemikal*
	Kemikal sa plasma	TiC, TiN, Ti(C,N), VN, AlN, SiC, Si 3 N 4 , BN, W
laser	Si 3 N 4 , SiC, Si 3 N 4 -SiC
Thermal	Fe, Cu, Ni, Mo, W, BN, TiC, WC-Co
Self-propagating mataas na temperatura	SiC, MoSi2, Aln, TaC
	mechanochemical	TiC, TiN, NiAl, TiB 2 , Fe-Cu, W-Cu
Electrochemical	WC, CeO 2 , ZrO 2 , WB 4
pandikdik	Mo 2 C, BN, TiB 2 , SiC
cryochemical
Thermal decomposition	Mga Condensed Precursor	Fe, Ni, Co, SiC, Si 3 N 4 , BN, AlN, ZrO 2 , NbN
	Mga puno ng gas	ZrB 2 , TiB 2 , BN

Isaalang-alang natin ang ilan sa mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga ultrafine powder.

paraan ng paghalay . Ang pamamaraang ito ay kilala sa mahabang panahon at theoretically pinag-aralan sa pinakamalaking lawak. Mayroong homogenous at heterogenous na nucleation ng mga embryo (cluster).

Sa unang kaso, ang nucleus ay lumilitaw na pabagu-bago, at sa pamamagitan ng pagbabago ng supersaturation ng system (pagtaas o pagbaba ng presyon ng singaw, pag-iiba ng temperatura ng proseso), makokontrol ng isa ang halaga ng kritikal na radius ng nucleus at makamit ang nais na laki ng butil ng nagresultang mga pulbos. Sa pamamagitan ng pagsasagawa ng pagsingaw sa neutral na media at pagpasok ng mga dayuhang ibabaw sa evaporation space, posibleng mapukaw ang heterogenous nucleation kung saan ang taas ng potensyal na hadlang para sa pagbuo ng isang kritikal na nucleus ay mas mababa kumpara sa bulk homogeneous condensation. Kaya, mayroong hindi bababa sa dalawang kinakailangan at sapat na mga kondisyon para sa pagkuha ng mga ultrafine powder sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng condensation - isang malaking supersaturation at ang pagkakaroon ng mga neutral na molekula ng gas sa condensed vapor.

Ang isang setup ng laboratoryo para sa pagkuha ng mga metallic ultrafine powder ay binuo sa Institute of Chemical Physics ng USSR Academy of Sciences noong 1960s. [Paraan ng levitation para sa pagkuha ng ultradispersed metal powders /Gen M.Ya., Miller A.V. Ibabaw. Physics, chemistry, mechanics. - 1983. No. 2., S. 150-154.]. Ang isang patak ng tinunaw na metal na nakasabit sa isang induction field ay tinatangay ng isang stream ng high-purity argon, na nagdadala ng condensed nanoparticle sa isang espesyal na kolektor ng pulbos, na ibinababa sa isang kinokontrol na non-oxidizing na kapaligiran. Ang kasunod na pag-iimbak ng mga pulbos at ang kaukulang mga teknolohikal na operasyon ay isinasagawa din sa argon.

Ang paraan ng condensation ay ginamit sa pag-install ng Glater (Figure 1), kung saan ang paggawa ng ultrafine powder sa isang kapaligiran ng rarefied inert gas ay pinagsama sa vacuum pressing. Ang mga nanoparticle na condensed sa ibabaw ng isang cooled rotating cylinder ay tinanggal gamit ang isang espesyal na scraper at kinokolekta sa isang molde 2 pre-pressing (pressure hanggang 1 GPa), at pagkatapos ay sa isang espesyal na amag 1 Ang compaction ay isinasagawa sa mas mataas (hanggang 3-5 GPa) na mga presyon. Ang pagiging produktibo ng halaman ng Glaiter ay mababa, ito ay limitado pangunahin sa pamamagitan ng mababang mga rate ng pagsingaw.

Figure 1. Scheme ng pag-install ng Glaiter: 1 - compaction unit sa mataas na presyon; 2 - pre-compression unit; 3 - pangsingaw; 4 - umiikot na kolektor na pinalamig ng likidong nitrogen; 5 - pangkaskas

Ang mga pamamaraan ng kondensasyon, sa prinsipyo, ay tinitiyak ang paggawa ng mga ultrafine na pulbos na may sukat ng butil na hanggang sa ilang nanometer, ngunit ang tagal ng proseso ng pagkuha ng mga naturang bagay (at, nang naaayon, ang gastos) ay medyo malaki. Sa kahilingan ng mga mamimili, ang mga manipis na polymer film ay maaaring ilapat sa ibabaw ng pulbos upang maiwasan ang pagtitipon at kaagnasan.

Mataas na enerhiya paggiling . Mechanochemical synthesis . Ang pag-shredding ay isang tipikal na halimbawa ng top-down na teknolohiya. Ang paggiling sa mga mill, disintegrator, attritor at iba pang dispersing device ay nangyayari dahil sa pagdurog, paghahati, pagputol, abrasyon, paglalagari, impact, o kumbinasyon ng mga pagkilos na ito. Ipinapakita ng Figure 2 ang scheme ng attritor, kung saan, dahil sa pag-ikot ng durog na singil at mga bola, ang epekto at nakasasakit na mga epekto ay pinagsama, at ang scheme ng vibrating mill, ang disenyo kung saan ay nagbibigay ng isang mataas na bilis ng mga bola. at ang dalas ng mga epekto. Upang pukawin ang pagkawasak, ang paggiling ay madalas na isinasagawa sa mababang temperatura. Ang kahusayan sa paggiling ay naiimpluwensyahan ng ratio ng masa ng mga bola at pinaghalong lupa, na karaniwang pinananatili sa hanay mula 5:1 hanggang 40:1.

Figure 2 Scheme ng paggiling ng mga halaman:

a - attritor (1 - katawan, 2 - bola, 3 - umiikot na impeller); b - vibrating mill (1 - engine, 2 - vibrator, 3 - spring, 4 - drums na may mga bola at durog na singil)

Ang pagbibigay, sa prinsipyo, ng isang katanggap-tanggap na pagganap, ang paggiling, gayunpaman, ay hindi humahantong sa paggawa ng napakahusay na mga pulbos, dahil mayroong isang tiyak na limitasyon sa paggiling na tumutugma sa pagkamit ng isang uri ng balanse sa pagitan ng proseso ng pagkasira ng butil at kanilang pagsasama-sama. Kahit na ang paggiling ng mga malutong na materyales, ang nagreresultang laki ng butil ay karaniwang hindi bababa sa 100 nm; ang mga particle ay binubuo ng mga crystallite na may sukat na hindi bababa sa 10-20 nm. Dapat din itong isaalang-alang na sa panahon ng proseso ng paggiling, ang produkto ay halos palaging kontaminado sa materyal ng mga bola at lining, pati na rin sa oxygen.

Sintesis ng kemikal ng plasma [Troitsky V.N. Pagkuha ng mga ultrafine powder sa plasma microwave discharge// Microwave plasma generators: physics, technology, application/ Batenin V.M. at iba pa - M.: Energoatomizdat, 1988. - S. 175-221.]. Ang synthesis sa mababang temperatura ng plasma ay isinasagawa sa mataas na temperatura (hanggang sa 6000-8000 K), na nagsisiguro ng isang mataas na antas ng supersaturation, mataas na rate ng mga reaksyon at mga proseso ng condensation. Parehong arc plasma torches at high- at microwave-frequency (SHF) plasma generators ang ginagamit. Ang mga arc machine ay mas produktibo at abot-kaya, ngunit ang mga yunit ng microwave ay gumagawa ng mas pino at dalisay na mga pulbos. Ang isang diagram ng naturang pasilidad ay ipinapakita sa Figure 3. Ang mga metal chloride, metal powder, silicon at organometallic compound ay ginagamit bilang mga panimulang produkto para sa plasma-chemical synthesis.

Figure 3 Scheme ng pag-install ng microwave para sa plasma-chemical synthesis:

I - power equipment (1 - microwave generator); II - pangunahing teknolohikal na kagamitan (2 - plasma torch, 3 - reagent input device, 4 - reactor, 5 - heat exchanger, 6 - filter, 7 - powder collector, 8 - reagent dispenser, 9 - evaporator); III, IV - pantulong na teknolohikal na kagamitan at control unit, ayon sa pagkakabanggit (10 - valves, 11 - rotameters, 12 - pressure gauge, 13 - gas purification system, 14 - scrubber, 15 - plasma gas input, 16 - carrier gas input, 17 - mga output na gas)

Dahil sa mga kakaiba ng plasma-chemical synthesis (non-isothermal na proseso, ang posibilidad ng coagulation ng mga particle, atbp.), Ang laki ng pamamahagi ng mga nakuha na particle sa karamihan ng mga kaso ay medyo malawak.

Synthesis sa ilalim ng ultrasonic na paggamot [ Mga aplikasyon ng ultrasound sa mga materyales na kimika/ Suslick K.S., Price G.J. Taunang Review Materials Science. - 1999. V.2., P. 295-326.]. Ang pamamaraang ito ay kilala bilang sonochemical synthesis, na batay sa epekto ng cavitation ng mga microscopic na bula. Sa panahon ng cavitation sa isang maliit na volume, ang abnormal na mataas na presyon (hanggang 50 - 100 MN/m 2) at mataas na temperatura (hanggang 3000 K pataas) ay bubuo, pati na rin ang napakalaking heating at cooling rate (hanggang 10 10 K/s ). Sa ilalim ng mga kondisyon ng cavitation, ang bubble ay nagiging, bilang ito ay, isang nanoreactor. Gamit ang matinding kondisyon sa loob ng mga cavitation bubble, maraming nanocrystalline (amorphous) na mga metal, alloy, at refractory compound (halimbawa, Fe, Ni, at Co nanoparticle at ang kanilang mga haluang metal mula sa carbonyls, gold at copper colloids, Zr nanooxide, atbp.) ay nakuha. .

Electrical na pagsabog ng mga wire [Nanopowders na nakuha gamit ang pulsed target heating method/ Kotov Yu.A. mga promising na materyales. - 2003. No. 4., S. 79-81.]. Matagal nang nabanggit na kapag ang mga kasalukuyang pulso na may density na 10 4 -10 6 A/mm 2 ay dumaan sa medyo manipis na mga wire, ang paputok na pagsingaw ng metal ay nangyayari na may condensation ng mga singaw nito sa anyo ng mga particle ng iba't ibang dispersion. Depende sa kapaligiran, ang pagbuo ng mga metal na particle (inert media) o oxide (nitride) powders (oxidizing o nitrogen media) ay maaaring mangyari. Ang kinakailangang laki ng butil at produktibidad ng proseso ay kinokontrol ng mga parameter ng discharge circuit at ang diameter ng wire na ginamit. Ang hugis ng mga nanoparticle ay nakararami sa spherical; ang laki ng distribusyon ng mga particle ay normal-logarithmic, ngunit sa halip ay malawak. Para sa mga nanoparticle na may sukat na 50-100 nm ng mga metal tulad ng Al, Cu, Fe at Ni, ang produktibidad ng halaman ay 50-200 g/h na may pagkonsumo ng enerhiya hanggang 25-50 kWh/kg. Ang mga oxide nanopowder (Al 2 O 3, TiO 2, ZrO 2, MgAl2O 4, atbp.) ay maaari ding gawin, at pagkatapos ng sedimentation treatment, ang laki ng particle ay maaaring napakaliit (20-30 nm).

Ang ilan sa mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga nanopowder na isinasaalang-alang sa itaas sa pangkalahatang anyo, siyempre, ay kailangang detalyado. Ang pagpili ng pinakamainam na paraan ay dapat na nakabatay sa mga kinakailangan para sa nanopowder at nanomaterial, na isinasaalang-alang ang pang-ekonomiya at kapaligiran na pagsasaalang-alang.

Mga paraan ng pagsasama-sama. Halos lahat ng mga pamamaraan na kilala sa teknolohiya ng pulbos: pagpindot at sintering, iba't ibang uri ng hot pressing, hot extrusion, atbp. - naaangkop sa mga ultrafine powder. Sa mga pag-install ng uri na ipinapakita sa Figure 1, sa kabila ng paggamit ng medyo mataas na presyon ng pagpindot (hanggang sa 2-5 GPa), kahit na sa ilalim ng mga kondisyon ng vacuum at may maliit na taas ng sample (hanggang sa 1 mm), posible na makakuha ng mga sample na may porosity ng hindi bababa sa 10-15%. Ang mga ultrafine powder ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang compressibility sa panahon ng pagpindot dahil sa makabuluhang impluwensya ng mga katangian ng friction sa pagitan ng mga particle. Sa teknolohiya ng pagpindot sa mga nanopowder sa temperatura ng silid, ang paggamit ng mga ultrasonic vibrations ay epektibo, na binabawasan ang nababanat na epekto pagkatapos ng pag-alis ng pagpindot ng load at medyo pinapataas ang kamag-anak na density ng mga pinindot na produkto, na nagpapalawak ng mga posibilidad ng kanilang paggawa sa anyo. ng mga bushings at iba pang mga hugis [Ultrasonic pressing of ultrafine ceramic powders / Khasanov OL . Izvestiya vuzov. Physics. - 2000. No. 5., S. 121-127.].

Upang maalis ang natitirang porosity, ang paggamot sa init ng mga pinindot na sample ay kinakailangan - sintering. Gayunpaman, tulad ng inilapat sa paggawa ng mga nanomaterial, ang karaniwang mga mode ng sintering ng mga bagay na pulbos ay hindi nagpapahintulot sa pagpapanatili ng orihinal na nanostructure. Ang mga proseso ng paglaki ng butil (recrystallization) at compaction sa panahon ng sintering (pag-urong), pagiging diffusion-controlled, tumatakbo nang magkatulad, magkakapatong sa bawat isa, at hindi madaling pagsamahin ang mataas na compaction rate sa pag-iwas sa recrystallization.

Kaya, ang paggamit ng mga high-energy consolidation method, na kinabibilangan ng paggamit ng mataas na static at dynamic pressures at katamtamang temperatura, ay ginagawang posible na maantala ang paglaki ng butil sa isang tiyak na lawak.

Maaaring gamitin ang mga conventional mode ng pagpindot at pag-sinter ng mga ultrafine powder para makakuha ng nanostructured porous na mga semi-finished na produkto, na pagkatapos ay sasailalim sa pressure treatment operations para sa kumpletong consolidation. Kaya, ang mga pulbos na tanso na nakuha sa pamamagitan ng paraan ng paghalay, na may laki ng particle na 35 nm na may isang oxide (Cu 2 O 3) na pelikula na 3.5 nm makapal pagkatapos ng pagpindot sa isang presyon ng 400 MPa at nonisothermal sintering sa hydrogen hanggang sa 230 °C (pagpainit rate na 0.5 °C / min) ay nakakuha ng isang kamag-anak na density na 90% na may laki ng butil na 50 nm [Paggawa ng mga bulk nanostructured na materyales mula sa metallic nanopowders: istraktura at mekanikal na pag-uugali/ Champion Y., Guerin-Mailly S., Bonnentien J.- L. Materyal ng Iskrip. - 2001. V.44. N8/9., P. 1609-1613.]. Ang kasunod na hydrostatic extrusion ay humantong sa paggawa ng mga non-porous macrospecimen na may mataas na lakas at plasticity (compressive yield strength 605 MPa, relative elongation 18%).

Ang paglaki ng butil sa panahon ng kumbensyonal na sintering ay maaaring maantala gamit ang mga espesyal na non-isothermal heating mode. Sa kasong ito, dahil sa kumpetisyon sa pagitan ng mga mekanismo ng pag-urong at paglaki ng butil, posible na i-optimize ang mga proseso ng compaction, na inaalis sa isang malaking lawak ng mga phenomena ng recrystallization. - Kiev: Akademperodiika, 2001. - 180 p.]. Electrodischarge sintering, na kung saan ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagpasa ng kasalukuyang sa pamamagitan ng sintered sample, at mainit na presyon ng paggamot ng mga bagay na pulbos (halimbawa, forging o extrusion) ay maaari ding mag-ambag sa pagsugpo ng recrystallization at maaaring magamit upang makakuha ng mga nanomaterial. Ang sintering ng mga ceramic nanomaterial sa ilalim ng pagpainit ng microwave, na humahantong sa isang pare-parehong pamamahagi ng temperatura sa sample cross section, ay nakakatulong din sa pangangalaga ng nanostructure. Gayunpaman, ang laki ng mga crystallite sa nakalistang mga pagpipilian sa pagsasama-sama ay karaniwang nasa antas ng itaas na limitasyon ng laki ng butil ng nanostructure, i.e. karaniwang hindi mas mababa sa 50-100 nm.

Panimula

1 Pag-usbong at pag-unlad ng nanotechnology

2 Mga Batayan ng nanomaterial na teknolohiya

2.1 Pangkalahatang katangian

2.2 Teknolohiya ng pinagsama-samang materyales

2.2.1 Mga teknolohiyang pulbos

2.2.2 Matinding plastic deformation

2.2.3 Kinokontrol na pagkikristal mula sa isang amorphous na estado

2.2.4 Teknolohiya ng mga pelikula at coatings.

2.3 Teknolohiya ng polymeric, porous, tubular at biological na nanomaterial

2.3.1 Hybrid at supramolecular na materyales

2.3.2 Nanoporous na materyales (molecular sieves)

2.3.3 Tubular na materyales

2.3.4 Mga materyales na polimer

3 Pangkalahatang katangian ng aplikasyon ng mga nanomaterial

Konklusyon

Sa nakalipas na ilang taon, nakita ang nanotechnology hindi lamang bilang isa sa mga pinaka-maaasahan na sangay ng mataas na teknolohiya, kundi bilang isang salik na bumubuo ng sistema sa ekonomiya ng ika-21 siglo - isang ekonomiyang nakabatay sa kaalaman, at hindi sa ang paggamit ng mga likas na yaman o ang kanilang pagproseso. Bilang karagdagan sa katotohanan na ang nanotechnology ay nagpapasigla sa pagbuo ng isang bagong paradigma ng lahat ng mga aktibidad sa produksyon ("bottom-up" - mula sa mga indibidwal na atomo - hanggang sa produkto, at hindi "top-down", tulad ng mga tradisyonal na teknolohiya, kung saan ang produkto ay nakuha sa pamamagitan ng pagputol ng labis na materyal mula sa isang mas malaking workpiece), ito mismo ay isang mapagkukunan ng mga bagong diskarte sa pagpapabuti ng kalidad ng buhay at paglutas ng maraming mga problema sa lipunan sa isang post-industrial na lipunan. Ayon sa karamihan ng mga eksperto sa larangan ng patakaran at pamumuhunan sa agham at teknolohiya, ang rebolusyong nanotechnology na nagsimula ay sumasaklaw sa lahat ng mahahalagang bahagi ng aktibidad ng tao (mula sa paggalugad sa kalawakan hanggang sa medisina, mula sa pambansang seguridad hanggang sa ekolohiya at agrikultura), at ang mga kahihinatnan nito ay mas malawak at mas malalim kaysa sa computer revolution ng huling ikatlong bahagi ng ika-20 siglo. Ang lahat ng ito ay nagtatakda ng mga gawain at tanong hindi lamang sa siyentipiko at teknikal na larangan, kundi pati na rin sa mga administrador sa iba't ibang antas, mga potensyal na mamumuhunan, sektor ng edukasyon, mga katawan ng gobyerno, atbp.

Ang nanotechnology ay nabuo batay sa mga rebolusyonaryong pagbabago sa teknolohiya ng computer. Ang electronics bilang isang holistic na direksyon ay bumangon noong 1900 at patuloy na mabilis na umunlad sa nakalipas na siglo. Ang isang pambihirang mahalagang kaganapan sa kasaysayan nito ay ang pag-imbento ng transistor noong 1947. Pagkatapos nito, nagsimula ang kasagsagan ng teknolohiya ng semiconductor, kung saan ang laki ng mga aparatong silikon na nilikha ay patuloy na bumababa. Kasabay nito, ang bilis at dami ng magnetic at optical storage device ay patuloy na tumaas.

Gayunpaman, habang ang laki ng mga aparatong semiconductor ay lumalapit sa 1 micron, ang mga quantum mechanical properties ng matter ay nagsisimulang lumitaw sa kanila, i.e. hindi pangkaraniwang pisikal na phenomena (tulad ng epekto ng tunnel). Maaari itong kumpiyansa na ipagpalagay na kung ang kasalukuyang bilis ng pag-unlad ng kapangyarihan ng computer ay pinananatili, ang buong teknolohiya ng semiconductor ay haharap sa mga pangunahing problema sa mga 5-10 taon, dahil ang bilis at antas ng pagsasama sa mga computer ay aabot sa ilang "pangunahing" mga hangganan na tinutukoy. sa pamamagitan ng mga batas ng pisika na alam natin. Kaya, ang karagdagang pag-unlad ng agham at teknolohiya ay nangangailangan ng mga mananaliksik na gumawa ng isang makabuluhang "pambihirang tagumpay" sa mga bagong prinsipyo ng pagpapatakbo at mga bagong teknolohikal na pamamaraan.

Ang ganitong pambihirang tagumpay ay makakamit lamang sa pamamagitan ng paggamit ng mga nanotechnologies, na gagawing posible na lumikha ng isang buong hanay ng panimula ng mga bagong proseso ng produksyon, materyales at kagamitan, tulad ng mga nanorobots.

Ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na ang paggamit ng nanotechnologies ay maaaring mapabuti ang mga pangunahing katangian ng semiconductor computing at storage device sa pamamagitan ng tatlong mga order ng magnitude, i.e. 1000 beses.

Gayunpaman, ang nanotechnology ay hindi dapat bawasan lamang sa isang lokal na rebolusyonaryong tagumpay sa electronics at computer technology. Ang isang bilang ng mga pambihirang mahahalagang resulta ay nakuha na, na nagpapahintulot sa amin na umasa para sa makabuluhang pag-unlad sa pag-unlad ng iba pang mga larangan ng agham at teknolohiya.

Sa maraming mga bagay sa pisika, kimika at biology, ipinakita na ang paglipat sa nanolevel ay humahantong sa paglitaw ng mga pagbabago sa husay sa mga katangian ng physicochemical ng mga indibidwal na compound at ang mga sistema na nakuha sa kanilang batayan. Pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga coefficient ng optical resistance, electrical conductivity, magnetic properties, lakas, heat resistance. Bukod dito, ayon sa mga obserbasyon, ang mga bagong materyales na nakuha gamit ang nanotechnology ay higit na nakahihigit sa kanilang pisikal, mekanikal, thermal at optical na mga katangian sa micrometer-scale na mga katapat.

Batay sa mga materyales na may mga bagong katangian, ang mga bagong uri ng solar cell, energy converter, environmentally friendly na mga produkto, at marami pang iba ay nagagawa na. Ang mga mataas na sensitibong biological sensor (sensors) at iba pang mga aparato ay nalikha na, na ginagawang posible na pag-usapan ang tungkol sa paglitaw ng isang bagong agham - nanobiotechnology at kung saan ay may mahusay na mga prospect para sa praktikal na aplikasyon. Nag-aalok ang Nanotechnology ng mga bagong pagkakataon para sa micromachining ng mga materyales at ang paglikha sa batayan na ito ng mga bagong proseso ng produksyon at mga bagong produkto, na dapat magkaroon ng rebolusyonaryong epekto sa pang-ekonomiya at panlipunang buhay ng mga susunod na henerasyon.

2.1 Pangkalahatang katangian

2.2.1 Mga teknolohiyang pulbos

Ang pulbos ay nauunawaan bilang isang hanay ng mga indibidwal na solidong katawan (o ang kanilang mga pinagsama-samang) na nakikipag-ugnayan sa maliliit na sukat - mula sa ilang nanometer hanggang sa isang libong micron. Tungkol sa paggawa ng mga nanomaterial, ang mga ultrafine powder ay ginagamit bilang hilaw na materyales; mga particle na may sukat na hindi hihigit sa 100 nm, pati na rin ang mas malalaking pulbos na nakuha sa ilalim ng mga kondisyon ng masinsinang paggiling at binubuo ng maliliit na crystallites na may sukat na katulad ng mga ipinahiwatig sa itaas.

Talahanayan 1. Ang mga pangunahing pamamaraan para sa pagkuha ng mga pulbos para sa paggawa ng mga nanomaterial

Pamamaraan	variant ng pamamaraan	materyales
*Mga Pisikal na Pamamaraan*
Pagsingaw at paghalay	Vacuum o inert gas	Zn, Cu, Ni, Al, Be, Sn, Pb, Mg, Ag, Cr, MgO, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , SiC
Pagsingaw at paghalay	sa reaksyong gas	TiN, AlN, ZrN, NbN, ZrO 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 .
Mataas na Pagkasira ng Enerhiya	Paggiling	Fe-Cr, Be, Al 2 O 3 , TiC, Si 3 N 4 , NiAl, TiAl, AlN
	Paggamot ng pagpapasabog	BN, SiN, TiC, Fe, brilyante
	pagsabog ng kuryente	Al, Cd, Al 2 O 3, TiO 2.
*Mga Paraang Kemikal*
Synthesis	Kemikal sa plasma	TiC, TiN, Ti(C,N), VN, AlN, SiC, Si 3 N 4 , BN, W
	laser	Si 3 N 4 , SiC, Si 3 N 4 -SiC
	Thermal	Fe, Cu, Ni, Mo, W, BN, TiC, WC-Co
	Self-propagating mataas na temperatura	SiC, MoSi2, Aln, TaC
	mechanochemical	TiC, TiN, NiAl, TiB 2 , Fe-Cu, W-Cu
	Electrochemical	WC, CeO 2 , ZrO 2 , WB 4
	pandikdik	Mo 2 C, BN, TiB 2 , SiC
	cryochemical	Ag, Pb, Mg, Cd
Thermal decomposition	Mga Condensed Precursor	Fe, Ni, Co, SiC, Si 3 N 4 , BN, AlN, ZrO 2 , NbN
Thermal decomposition	Mga puno ng gas	ZrB 2 , TiB 2 , BN

Isaalang-alang natin ang ilan sa mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga ultrafine powder.

Ipadala ang iyong mabuting gawa sa base ng kaalaman ay simple. Gamitin ang form sa ibaba

Ang mga mag-aaral, nagtapos na mga mag-aaral, mga batang siyentipiko na gumagamit ng base ng kaalaman sa kanilang pag-aaral at trabaho ay lubos na magpapasalamat sa iyo.

Naka-host sa http://www.allbest.ru/

Ang Nanotechnology ay isang larangan ng pundamental at inilapat na agham at teknolohiya na tumatalakay sa kumbinasyon ng teoretikal na katwiran, mga praktikal na pamamaraan ng pananaliksik, pagsusuri at synthesis, pati na rin ang mga pamamaraan para sa paggawa at paggamit ng mga produkto na may ibinigay na atomic na istraktura sa pamamagitan ng kontroladong pagmamanipula ng indibidwal. mga atomo at molekula.

Ang batayan ng lahat ng nanotechnologies ay ang kakayahan ng mga elementong tetravalent (madalas na carbon) na bumuo ng polyatomic at pagkatapos ay multimolecular na istruktura. Ang ganitong mga istruktura ay kadalasang may mga partikular na katangian (depende sa komposisyon, hugis ng nagresultang molekula, at iba pang mga parameter nito) na hindi likas sa anumang iba pang kilalang mga compound, na ginagawang kawili-wili ang mga ito para sa agham at nagbubukas ng malawak na lugar para sa paggamit ng nanomolecules at nanotechnologies sa pangkalahatan. materyal na teknolohiya ng nanotechnology

Halimbawa, lumabas na ang mga nanoparticle ng ilang mga materyales ay may napakahusay na mga katangian ng catalytic at adsorption. Ang iba pang mga materyales ay nagpapakita ng mga kamangha-manghang optical na katangian, tulad ng mga ultra-manipis na pelikula ng mga organikong materyales na ginagamit upang gumawa ng mga solar cell.

Sa turn, ang kakayahan ng mga elemento ng tetravalent, tulad ng carbon, upang bumuo ng apat na mga bono sa iba pang mga atomo ay ipinaliwanag mula sa punto ng view ng pisika sa pamamagitan ng pagkakaroon ng apat na valence electron sa panlabas na antas ng enerhiya.

Siyempre, dapat sabihin na ang gayong paliwanag ay hindi lubos na malulutas ang problema at mas kemikal kaysa pisikal. Ngunit kung ibababa mo pa, makikita mo na ang lahat ay batay sa isang pisikal na kababalaghan na nagpapaliwanag sa pagbuo ng mga bono sa pagitan ng mga atomo.

Napansin din namin na ang modernong paglalarawan ng bono ng kemikal ay isinasagawa batay sa mekanika ng quantum, na isang sangay ng pisika. Ang isang kemikal na bono ay tinutukoy ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sisingilin na particle (nuclei at mga electron). Ang pakikipag-ugnayang ito ay tinatawag na electromagnetic.

Ang mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga nanomaterial ay nahahati sa mekanikal, pisikal, kemikal at biyolohikal. Yung. Ang pag-uuri na ito ay batay sa likas na katangian ng proseso ng nanomaterial synthesis. Ang mga pamamaraan ng mekanikal na produksyon ay batay sa epekto ng malalaking deforming load: friction, pressure, pressing, vibration, cavitation process, atbp. Ang mga pisikal na paraan ng produksyon ay batay sa mga pisikal na pagbabagong-anyo: evaporation, condensation, sublimation, mabilis na paglamig o pag-init, melt spraying, atbp. (Para sa pagkakumpleto ng pag-uuri at para sa sanggunian) Kasama sa mga pamamaraan ng kemikal ang mga pamamaraan, ang pangunahing yugto ng dispersing kung saan ay: electrolysis, reduction, thermal decomposition. Ang mga biological na pamamaraan ng pagkuha ay batay sa paggamit ng mga biochemical na proseso na nagaganap sa mga katawan ng protina.

Mga mekanikal na pamamaraan ang paglitaw ng isang patlang ng stress at ang kasunod na pagpapahinga nito ay hindi nangyayari sa buong panahon na ang mga particle ay nasa reaktor, ngunit sa sandali lamang ng pagbangga ng butil at sa maikling panahon pagkatapos nito. Ang mekanikal na pagkilos ay lokal din, dahil hindi ito nangyayari sa buong masa ng solid, ngunit kung saan lumitaw ang larangan ng stress at pagkatapos ay nakakarelaks. Dahil sa impulsivity at lokalidad, ang malalaking load ay puro sa maliliit na lugar ng materyal sa maikling panahon. Ito ay humahantong sa paglitaw ng mga depekto, mga stress, mga gupit na banda, mga pagpapapangit, at mga bitak sa materyal. Bilang isang resulta, ang sangkap ay durog, mass transfer at paghahalo ng mga bahagi ay pinabilis, at ang kemikal na pakikipag-ugnayan ng solid reagents ay isinaaktibo. Bilang resulta ng mechanical abrasion at mechanical alloying, ang isang mas mataas na mutual solubility ng ilang mga elemento sa solid state ay maaaring makamit kaysa sa posible sa ilalim ng mga kondisyon ng equilibrium. Ang paggiling ay isinasagawa sa bola, planetary, vibration, vortex, gyroscopic, jet mill, attritor. Ang paggiling sa mga device na ito ay nangyayari bilang resulta ng mga impact at abrasion. Ang isang variation ng mechanical grinding method ay ang mechanochemical method. Kapag ang isang halo ng iba't ibang mga bahagi ay pinong dinurog, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ito ay pinabilis. Bilang karagdagan, posible na mangyari ang mga reaksiyong kemikal, na, kung ang pakikipag-ugnay ay hindi sinamahan ng paggiling, ay hindi nangyayari sa lahat sa gayong mga temperatura. Ang mga reaksyong ito ay tinatawag na mechanochemical. Upang makabuo ng isang nanostructure sa mga bulk na materyales, ginagamit ang mga espesyal na mechanical deformation scheme, na ginagawang posible upang makamit ang malalaking distortion sa istraktura ng mga sample sa medyo mababang temperatura. Alinsunod dito, ang mga sumusunod na pamamaraan ay nabibilang sa matinding plastic deformation:

Mataas na presyon ng pamamaluktot;

Equal-channel angular pressing (ECU-pressing);

All-round forging na paraan;

Equal-channel angular hood (ECU-hood);

Paraan ng orasa;

Paraan ng sliding friction.

Sa kasalukuyan, karamihan sa mga resulta ay nakuha ng unang dalawang pamamaraan. Kamakailan lamang, ang mga pamamaraan ay binuo para sa pagkuha ng mga nanomaterial gamit ang mekanikal na pagkilos ng iba't ibang media. Kasama sa mga pamamaraang ito ang cavitation-hydrodynamic, vibration method, shock wave method, ultrasonic grinding at detonation synthesis.

Ang pamamaraan ng cavitation-hydrodynamic ay ginagamit upang makakuha ng mga suspensyon ng mga nanopowder sa iba't ibang dispersion media. Cavitation - mula sa lat. ang mga salitang "emptiness" - ang pagbuo ng mga cavity sa isang likido (cavitational bubbles o caverns) na puno ng gas, singaw o isang halo ng mga ito. Sa panahon ng proseso, ang mga epekto ng cavitation na dulot ng pagbuo at pagkasira ng mga gas-vapor microbubbles sa isang likido para sa 10-3 - 10-5 s sa mga presyon ng pagkakasunud-sunod ng 100 - 1000 MPa ay humantong sa pag-init ng hindi lamang mga likido, kundi pati na rin mga solido. Ang pagkilos na ito ay nagiging sanhi ng paggiling ng mga solidong particle.

Ang ultrasonic grinding ay batay din sa wedging effect ng mga epekto ng cavitation. Ang paraan ng vibrational para sa paggawa ng mga nanomaterial ay batay sa resonant na katangian ng mga epekto at phenomena na nagbibigay ng minimal na pagkonsumo ng enerhiya sa panahon ng mga proseso at isang mataas na antas ng homogenization ng multiphase media. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ay ang anumang sisidlan ay nakalantad sa panginginig ng boses na may isang tiyak na dalas at amplitude.

Ang mga diamond nanoparticle ay maaaring makuha sa pamamagitan ng detonation synthesis. Ang pamamaraan ay gumagamit ng enerhiya ng isang pagsabog, habang umaabot sa mga presyon ng daan-daang libong mga atmospheres at temperatura na hanggang ilang libong degrees. Ang mga kundisyong ito ay tumutugma sa rehiyon ng thermodynamic na katatagan ng yugto ng brilyante. Kasama sa mga pisikal na pamamaraan para sa pagkuha ng mga materyales sa UD ang mga pamamaraan ng sputtering, mga proseso ng evaporation-condensation, teknolohiya ng vacuum-sublimation, at mga paraan ng solid-state na pagbabago.

Ang paraan ng pag-atomize ng isang jet ng matunaw na may likido o gas ay ang isang manipis na jet ng likidong materyal ay pinapakain sa isang silid, kung saan ito ay nasira sa maliliit na patak sa pamamagitan ng isang stream ng compressed inert gas o isang jet ng likido. Ang argon o nitrogen ay ginagamit bilang mga gas sa pamamaraang ito; bilang mga likido - tubig, alkohol, acetone, acetaldehyde. Ang pagbuo ng mga nanostructure ay posible sa pamamagitan ng pagsusubo mula sa isang likidong estado o sa pamamagitan ng pag-ikot. Ang pamamaraan ay binubuo sa pagkuha ng mga manipis na piraso sa pamamagitan ng mabilis (hindi bababa sa 106 K/s) na paglamig ng natunaw sa ibabaw ng umiikot na disk o drum.

Mga pisikal na pamamaraan. Ang mga pamamaraan ng evaporation-condensation ay batay sa paggawa ng mga pulbos bilang resulta ng paglipat ng singaw-solid o singaw-likido-solid na bahagi sa dami ng gas o sa isang pinalamig na ibabaw.

Ang kakanyahan ng pamamaraan ay nakasalalay sa katotohanan na ang paunang sangkap ay sumingaw sa pamamagitan ng matinding pag-init, at pagkatapos ay mabilis na lumalamig. Ang pag-init ng evaporated na materyal ay maaaring isagawa sa iba't ibang paraan: resistive, laser, plasma, electric arc, induction, ion. Ang proseso ng evaporation-condensation ay maaaring isagawa sa isang vacuum o neutral na kapaligiran ng gas. Ang elektrikal na pagsabog ng mga conductor ay isinasagawa sa argon o helium sa isang presyon ng 0.1 - 60 MPa. Sa pamamaraang ito, ang mga manipis na wire na metal na may diameter na 0.1 - 1 mm ay inilalagay sa isang silid at ang isang mataas na kasalukuyang ay pulsed sa kanila.

Tagal ng pulso 10-5 - 10-7 s, kasalukuyang density 104 - 106 A/mm2. Sa kasong ito, ang mga wire ay agad na uminit at sumasabog. Ang pagbuo ng mga particle ay nangyayari sa libreng paglipad. Ang teknolohiya ng vacuum-sublimation para sa pagkuha ng mga nanomaterial ay may kasamang tatlong pangunahing yugto. Sa unang yugto, ang paunang solusyon ng naprosesong sangkap o ilang mga sangkap ay inihanda. Ang ikalawang yugto - ang pagyeyelo ng solusyon - ay naglalayong ayusin ang pare-parehong spatial na pamamahagi ng mga sangkap na likas sa likido upang makuha ang pinakamaliit na posibleng sukat ng mga crystallite sa solidong bahagi. Ang ikatlong yugto ay ang pag-alis ng mga solvent crystallites mula sa frozen na solusyon sa pamamagitan ng sublimation.

Mayroong isang bilang ng mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga nanomaterial, kung saan ang pagpapakalat ay isinasagawa sa isang solidong sangkap nang hindi binabago ang estado ng pagsasama-sama. Ang isa sa mga paraan upang makakuha ng napakalaking nanomaterial ay ang paraan ng kinokontrol na pagkikristal mula sa isang amorphous na estado. Ang pamamaraan ay nagsasangkot ng pagkuha ng isang amorphous na materyal sa pamamagitan ng pagsusubo mula sa isang likidong estado, at pagkatapos ay ang pagkikristal ng sangkap ay isinasagawa sa ilalim ng mga kondisyon ng kinokontrol na pag-init. Sa kasalukuyan, ang pinakakaraniwang paraan para sa pagkuha ng carbon nanotubes ay ang paraan ng thermal sputtering ng graphite electrodes sa arc discharge plasma.

Ang proseso ng synthesis ay isinasagawa sa isang silid na puno ng helium sa ilalim ng mataas na presyon. Sa panahon ng pagkasunog ng plasma, ang matinding thermal evaporation ng anode ay nangyayari, habang ang isang deposito ay nabuo sa dulong ibabaw ng katod, kung saan ang carbon nanotubes ay nabuo. Ang nagresultang maraming nanotubes ay may haba na humigit-kumulang 40 μm. Lumalaki sila sa cathode na patayo sa patag na ibabaw ng dulo nito at nakolekta sa mga cylindrical beam na may diameter na mga 50 μm.

Ang mga bundle ng nanotube ay regular na sumasakop sa ibabaw ng cathode, na bumubuo ng isang istraktura ng pulot-pukyutan. Maaari itong matukoy sa pamamagitan ng pagsusuri sa deposito sa cathode gamit ang mata. Ang espasyo sa pagitan ng mga bundle ng nanotube ay napuno ng pinaghalong mga hindi maayos na nanoparticle at nag-iisang nanotube. Ang nilalaman ng nanotubes sa carbon precipitate (deposito) ay maaaring lumapit sa 60%.

Ayon sa isang maliit na pag-aaral na isinagawa ko sa mga modernong teknolohiya na ipinakilala sa paggawa ng damit, masasabi kong ang ilang mga teknolohiya ay aktibong ginagamit na sa paglikha ng mga materyales para sa damit at kasuotan sa paa, ngunit para sa bio- at nanotechnologies, hanggang ngayon. ang impormasyon tungkol sa mga naturang eksperimento, gaya ng Olivia Ong , ay napakaliit at medyo bihira sa web. Nakakita ako ng mga 10 halimbawa na nagbabanggit ng paggamit ng mga nanomaterial sa paggawa ng mga damit.
…Hindi pangkaraniwang damit na idinisenyo ng Japanese research group na Life BEANS...

…o German Evseevich Krichevsky, propesor, doktor ng mga teknikal na agham, pinarangalan na manggagawa ng Russian Federation, eksperto sa UNESCO, akademiko ng RIA at MIA, nagwagi ng MSR State Prize, ay nagsasabi sa isang artikulo para sa nanonewsnet.ru website tungkol sa kanyang karanasan sa pagpapatupad ng nanotechnologies sa mga industriya ng tela...

...Gumawa ang mga Chinese scientist ng nanofabric na nililinis ang sarili sa ilalim ng impluwensya ng solar radiation...

…Gumagawa ang Portugal ng mga bagong materyales at device na pinakabagong inobasyon sa European research project na DEPHOTEX...

At ilang iba pang pagbanggit ng iba pang mga proyekto.

Sa kasamaang palad, sa kabila ng ilang pag-unlad sa larangan ng bio- at nanotechnology, at maging partikular sa larangan ng pananamit, ang mga resultang produkto ay nananatiling napakamahal para sa parehong tagagawa at bumibili, kaya ang nanotech na damit ay hindi pa handang gawin sa mas malaking dami. . Ngayon, ang lugar na ito ay aktibong umuunlad at nananatiling isang promising na direksyon sa larangan ng nanotechnology.

Ayon sa mga pagtataya ng ilang mga siyentipiko, ang kahalagahan ng pagkakaroon ng mga mataas na teknolohiya sa hinaharap ay makakamit sa pamamagitan ng paghahanap para sa mga makatwirang pamamaraan at teknolohiya para sa pagkuha ng iba't ibang mga nanomaterial at sa huli ay hahantong sa malawakang pagpapalit ng mga maginoo na materyales sa mga nakuha gamit ang mataas. mga teknolohiya.

Ang nangunguna sa pag-aaral ng mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga nanomaterial ay ang NSTU at TPU, sa partikular, ang Department of Biotechnology sa batayan ng Institute of Physics of High Technologies.

Naka-host sa Allbest.ru

...

Mga Katulad na Dokumento

Pangkalahatang impormasyon tungkol sa mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga nanoparticle. Mga pangunahing proseso ng cryochemical nanotechnology. Paghahanda at pagpapakalat ng mga solusyon. Mga pamamaraan ng biochemical para sa pagkuha ng mga nanomaterial. Nagyeyelong mga patak ng likido. Supersonic na pag-agos ng mga gas mula sa isang nozzle.

term paper, idinagdag noong 11/21/2010

Pag-aaral ng mga tampok ng bulk nanostructured na materyales. Kasaysayan ng pag-unlad ng nanotechnologies. Mga dahilan para sa malawakang interes sa nanotechnologies at nanomaterials. Mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga nanopowder. Plasma chemical at cryochemical synthesis. Mga produkto ng cryotechnology.

pagtatanghal, idinagdag noong 12/25/2015

Fullerite bilang isang kristal ng malalaking carbon molecule Cn-fullerenes. Kakilala sa mga pangunahing tampok ng mga materyales na nanocrystalline, pagsusuri ng mga pakinabang: mataas na lagkit, nadagdagan ang paglaban sa pagsusuot. Pagkilala sa mga mekanikal na katangian ng mga nanomaterial.

abstract, idinagdag 05/20/2014

Isang pangkat ng mga pamamaraan para sa quantitative chemical analysis batay sa paggamit ng electrolysis (electrochemical method of analysis). Mga tampok ng pamamaraan ng electrogravimetric, ang kakanyahan at aplikasyon nito. Pangunahing kagamitan, panloob na pamamaraan ng electrolysis.

abstract, idinagdag noong 11/15/2014

Nanocatalysis bilang isang mabilis na umuunlad na larangan ng agham na kinabibilangan ng paggamit ng mga nanomaterial bilang mga catalyst para sa iba't ibang proseso ng catalysis. Mga tampok ng paggawa ng mga nanoscale catalyst na may 100% selectivity at mataas na aktibidad.

abstract, idinagdag noong 01/06/2014

Impluwensya ng mekanikal na pag-activate sa mga geometrical na parameter ng mga dispersed na materyales. Ang pangunahing kagamitan na ginagamit para sa sedimentation analysis ng mga materyales. Pag-unlad ng isang pag-install para sa pag-aaral ng mga materyales, isang pag-aaral sa pagiging posible para sa prosesong ito.

thesis, idinagdag noong 04/16/2014

Ang konsepto at layunin ng mga pamamaraan ng kemikal para sa pagsusuri ng sample, ang pamamaraan para sa kanilang pagpapatupad at pagsusuri ng pagiging epektibo. Pag-uuri at uri ng mga pamamaraang ito, mga uri ng mga reaksiyong kemikal na isinasagawa. Paghula at pagkalkula ng pisikal at kemikal na mga katangian ng iba't ibang mga materyales.

lecture, idinagdag noong 05/08/2010

Teoretikal na aspeto ng mga pamamaraan. Ang kakanyahan ng mga materyales sa pagsubok para sa paglaban sa microscopic fungi at bacteria. Mga tampok ng pagsukat ng bioluminescence intensity at toxicity index. Ang pangunahing mga parameter para sa pagtatasa ng biostability ng mga materyales sa gusali.

abstract, idinagdag noong 01/13/2015

Ang isa sa mga pinaka-promising at promising na direksyon sa pag-unlad ng modernong agham ay nanotechnology. Pananaliksik ng mga nanocomposite mula sa mga ceramics at polymers, mga nanocomposite na naglalaman ng mga metal o semiconductors. Mga posibilidad ng nanotechnologies.

abstract, idinagdag noong 01/26/2011

Pag-aaral ng mga pamamaraan ng kemikal para sa pagkuha ng mga pulbos: pagbabawas ng mga metal oxide at salts na may solid o gaseous na mga ahente ng pagbabawas, paghihiwalay ng mga carbonyl at hindi matatag na compound, metallothermy. Pagkuha ng bakal mula sa mga ginamit na gulong ng kotse.

Ang kurso ay binuo ng ANO "eNano" kasama ang NUST "MISiS" at naglalayon sa mga mag-aaral na nag-aaral sa mga lugar ng pag-aaral na "Materials Science and Technology" at "Nanomaterials".

Ang kumpanyang eNano ay bahagi ng grupong RUSNANO, na bumubuo ng mga kurso at programa, pati na rin ang pagbibigay ng malayuang pagsasanay para sa mga tauhan ng engineering at pamamahala sa industriya ng high-tech.

Tungkol sa kurso

Ang kurso ay nagbibigay ng kaalaman at praktikal na mga kasanayan sa larangan ng pisikal at kemikal na mga pundasyon ng mga proseso ng pagkuha ng mga nanoparticle at nanomaterial, tumutulong upang maunawaan ang kaugnayan sa pagitan ng mga kondisyon para sa kanilang pagbuo at mga katangian, nagpapakilala sa mga pangunahing kaalaman sa sertipikasyon ng mga nanoparticle at nanomaterial, mga problema at mga prospect para sa kanilang praktikal na aplikasyon.

Batay sa kaalaman tungkol sa mga phenomena na nagaganap sa homogenous at heterogenous na mga sistema na may mga pagbabago sa temperatura at presyon, pati na rin ang mga panlabas na mekanikal na impluwensya, ang mag-aaral ay nagkakaroon ng mga ideya tungkol sa pisikal at kemikal na mga pundasyon ng mga proseso ng pagkuha ng mga nanoparticle at nanomaterial. Ang kurso ay nagsasabi tungkol sa "biographical" na pamana ng mga ari-arian sa pamamagitan ng mga nanomaterial depende sa mga kondisyon para sa kanilang produksyon. Bilang resulta ng pag-master ng kurso, ang mag-aaral ay makakakuha ng mga kasanayan upang magsagawa ng mga kalkulasyon upang matukoy ang labis na libreng enerhiya ng mga sangkap na nauugnay sa isang pagtaas sa kanilang ibabaw at depekto ng istraktura.

Format

Ang pagsasanay ay nagaganap sa malayo. Kasama sa mga lingguhang klase ang:
nanonood ng mga pampakay na video lecture;
ang pag-aaral ng mga may larawang materyal na teksto, kabilang ang 2-3 mga tanong para sa pagsusuri sa sarili para sa asimilasyon ng teoretikal na materyal;
pagganap ng nasuri na mga gawain sa pagsubok pagkatapos ng bawat seksyon upang makontrol ang asimilasyon ng materyal. Ang mga takdang-aralin ay binibilang sa sertipiko.
Ang isang mahalagang elemento ng pag-aaral sa kurso ay ang pagkumpleto ng 2 indibidwal na gawain sa anyo ng isang sanaysay para sa talakayan sa forum ng kurso. Nagbibigay din ito ng panghuling pagsusuri sa kontrol para sa buong nilalaman ng kurso.

Mga mapagkukunang pang-impormasyon

Ryzhonkov D.I. atbp. Mga Nanomaterial. Pagtuturo. M.BINOM.Laboratoryo ng kaalaman. 2008, 280s. mula sa sakit.
Fahlman B. Chemistry ng mga bagong materyales at nanotechnology. Pagtuturo. M. ID Intellect. 2011, 317p. mula sa sakit.
Masuo Hosokawa, Kiyoshi Nogi, Makio Naito. Handbook ng teknolohiyang nanoparticle. M. Siyentipikong mundo. 2013, 769s. mula sa sakit.

Mga kinakailangan

Upang matagumpay na makabisado ang mga materyales sa kurso, dapat munang makabisado ng mga mag-aaral ang:
"Chemistry",
"Phase equilibria at pagbuo ng istraktura",
"Pisikal na kimika",
"Mga Pisikal na Katangian ng Solid",
"Mga proseso para sa pagkuha at pagproseso ng mga materyales",
"Mga prosesong kontrolado ng pagsasabog at pagsasabog",
"Mga mekanikal na katangian ng mga materyales",
"Teorya ng homogenous at heterogenous na mga proseso".

Upang kunin ang kursong ito, mga mag-aaral
Dapat malaman: pangunahing mga seksyon ng inorganic, organiko at pisikal na kimika, ang kanilang mga batas at pamamaraan, mga katangian ng mga elemento ng kemikal, mga compound at materyales batay sa kanila, mga pattern ng pagbuo ng istraktura at mga pagbabagong bahagi, ang impluwensya ng mga katangian ng istruktura sa mga katangian ng mga materyales, ang mga pangunahing klase ng modernong materyales.
Dapat kayang: magsagawa ng mga kalkulasyon ng mga pangunahing katangian ng physico-kemikal ng mga sistema ng reaksyon upang matukoy ang posibilidad at intensity ng iba't ibang pagbabago sa kanila.
Dapat na bihasa sa: pagkalkula ng mga teknolohikal na proseso, paggamit ng mga pamamaraan ng pagsusuri sa istruktura at pagpapasiya ng pisikal at physico-mechanical na katangian ng mga materyales, mga pamamaraan para sa pagsasagawa ng mga eksperimento at ang kanilang pagpoproseso ng istatistika.

Programa ng kurso

Bahagi 1. Pag-uuri ng mga proseso para sa pagkuha ng mga nanoparticle. Pisikal at kemikal na mga base ng mga pamamaraan para sa pagkuha ng nanosized powders (NP). Sertipikasyon ng NP.

Gas-phase method para sa pagkuha ng nanosized powders (NP). Ang mga pangunahing regularidad ng pagbuo ng mga NP sa pamamagitan ng paraan ng pagsingaw at paghalay.
Paglago ng condensation ng nanoparticle (NPs). Coagulation at coalescence ng mga NP.
Paraan ng recondensation ng plasma para sa pagkuha ng mga nanoparticle.
Paraan ng plasma-kemikal para sa pagkuha ng NP.
Mga proseso para sa pagkuha ng mga nanoparticle (NPs) sa pamamagitan ng pag-ulan ng mga nanoparticle mula sa mga solusyon.
Pagkuha ng NP sa pamamagitan ng thermal decomposition at pagbabawas ng mga compound na naglalaman ng metal.
Mechanical na pamamaraan para sa pagkuha ng NP. Mechanosynthesis.
Paraan ng electroexplosive para sa pagkuha ng NP. Mga paghahambing na katangian ng NP na nakuha sa pamamagitan ng iba't ibang pamamaraan. Biographical inheritance ng mga ari-arian sa pamamagitan ng mga ito, depende sa paraan ng pagkuha.
Sertipikasyon ng mga nanoparticle. Pag-aaral ng komposisyon, mga katangian, pagpapakalat.

Bahagi 2. Fullerenes, carbon at non-carbon nanotubes.

Ang kasaysayan ng pagtuklas ng fullerenes. Mga mekanismo ng pagbuo ng istraktura ng Fulleron. Binagong derivatives ng fullerenes.
Mga pamamaraan para sa paggawa ng carbon nanotubes (C-NT) (arc, laser-thermal, pyrolytic). Mga mekanismo ng paglago ng C-NT.

Bahagi 3. Mga baseng pisikal at kemikal para sa pagkuha ng maramihang nanomaterial (NM).

Pag-uuri ng mga pamamaraan para sa pagkuha ng bulk NM. Nanosized na mga pelikula at coatings na idineposito sa isang substrate. Chemical vapor deposition ng nanostructured coatings (CVD).
Pisikal na deposition ng nanostructured coatings mula sa vapor phase (PVD).
Powder metalurgy ng bulk NM. Paghuhulma ng NP.
Sintering ng nanopowders upang makakuha ng bulk nanomaterials.
Malubhang plastic deformation bilang isang paraan upang makakuha ng bulk NM. Isang paraan para sa pagkuha ng maramihang nanomaterial sa pamamagitan ng kinokontrol na pagkikristal mula sa isang amorphous na estado.

Ang resulta sa pag-aaral

Bilang resulta ng pag-master ng kursong "Mga Proseso para sa pagkuha ng mga nanoparticle at nanomaterial" ang mag-aaral ay nagagawang:
gumamit ng thermodynamic at kinetic na pagsusuri ng mga sistema ng reaksyon upang patunayan ang pinaka-malamang na mekanismo para sa mga proseso ng pagkuha ng mga nanoparticle at nanomaterial;
pag-aralan ang posibilidad ng iba't ibang paraan ng pagkuha ng mga nanomaterial upang mabuo ang kanilang ninanais na mga katangian at komposisyon;
pag-aralan ang dispersity ng mga nanomaterial na nakuha sa pamamagitan ng iba't ibang mga pamamaraan;
independiyenteng magtrabaho kasama ang panitikan upang maghanap ng impormasyon tungkol sa mga indibidwal na kahulugan, konsepto at termino sa larangan ng nanoparticle, kabilang ang mga proseso para sa kanilang produksyon;
magsagawa ng mga kalkulasyon ng mga pangunahing tagapagpahiwatig ng mga proseso ng pagkuha ng mga nanoparticle at nanomaterial (komposisyon ng balanse at ani ng target na produkto);
maghanda at magsagawa ng mga proseso para sa pagkuha ng mga nanoparticle at nanomaterial.

Nabuo ang mga kakayahan

(28.03.03 Mga Nanomaterial PK3)
Kakayahang ilapat ang mga pangunahing uri ng nanomaterial at nanosystem na hindi organiko at organikong kalikasan upang malutas ang mga problema sa produksyon; magkaroon ng mga kasanayan upang piliin ang mga materyales na ito para sa ibinigay na mga kondisyon sa pagpapatakbo;
(28.03.03 Nanomaterials PK2)
Upang magamit sa pagsasanay ang mga modernong konsepto ng mga agham tungkol sa mga katangian ng mga sangkap at materyales sa panahon ng kanilang paglipat sa isang estado ng nanoscale (zero-, isa-, dalawa- at tatlong-dimensional), tungkol sa impluwensya ng laki sa mga katangian ng mga sangkap at mga materyales, ang pakikipag-ugnayan ng mga nanomaterial at nanosystem sa kapaligiran;
(22.03.01 Materyal agham at teknolohiya ng mga materyales PC 1)
Kakayahang magsagawa ng pinangangasiwaang pananaliksik at/o gawaing pagpapaunlad sa larangan ng agham ng materyales at teknolohiya ng materyales;
(22.03.01 Materyal agham at teknolohiya ng mga materyales PC 3)
Ang pagpayag na lumahok sa pagbuo ng mga teknolohikal na proseso sa yugto ng pag-unlad, pagpapakilala sa paggawa at pagsubok ng mga materyales at produkto mula sa kanila.

Mga limitasyon sa paggamit ng mga nanomaterial

Lumalabas na ang mga materyales na may nanosized na butil ay malutong. Ang isang mahalagang limitasyon para sa paggamit ng mga nanostructured na materyales sa istruktura ay ang kanilang pagkahilig sa intergranular corrosion dahil sa isang napakalaking bahagi ng dami ng mga hangganan ng butil. Sa pagsasaalang-alang na ito, hindi sila maaaring irekomenda para sa operasyon sa mga kondisyon na kaaya-aya sa naturang kaagnasan. Ang isa pang mahalagang limitasyon ay ang kawalang-tatag ng istraktura ng mga nanomaterial, at, dahil dito, ang kawalang-tatag ng kanilang physicochemical at physicomechanical na katangian. Kaya sa thermal, radiation, deformation, atbp. Ang mga impluwensya, pagpapahinga, paghihiwalay at mga proseso ng homogenization ay hindi maiiwasan. Kapag naghuhulma ng mga produkto mula sa nanopowders, ang problema sa pagkumpol (pagdikit ng mga nanoparticle) sa mga agglomerates ay bumangon din nang husto, na maaaring makapagpalubha sa produksyon ng mga materyales na may isang naibigay na istraktura at pamamahagi ng mga bahagi.

Dapat pansinin na ang komersyal na merkado ay kasalukuyang

ang pinakalaganap na kinakatawan na mga nanomaterial ay mga nanopowder

mga metal at haluang metal, nanopowders ng mga oxide (silicon, iron, antimony, aluminum, titanium), nanopowders ng isang bilang ng mga carbides, carbon nanofibers, fullerene na materyales.

Ang mga nanodispersed na bagay ay nakuha sa anyo ng isang sol, gel, puro dispersion o pulbos, manipis na pelikula, nanoporous na katawan. Ang hanay ng mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga ito ay napakalawak. Ang mga umiiral na pamamaraan para sa pagkuha ng mga nanoobject ay inuri ayon sa sumusunod na pamantayan:

Diskarte sa synthesis: ang pagkuha ay maaaring batay sa alinman sa proseso ng pagpapakalat o sa proseso ng condensation - sa dayuhang panitikan, ang mga pamamaraang ito ay nahahati sa dalawang grupo: "top-down" - "top down", i.e. pagbabawas ng laki, paggiling, at "bottom-up" - "bottom up", i.e. paglikha ng mga nanostructure mula sa mas maliliit na paunang bahagi, mas tiyak mula sa mga atomo at molekula (parehong mga diskarte ay biswal na inilalarawan sa Fig. 2.2);

Ang likas na katangian ng proseso ng synthesis (pisikal, kemikal o biyolohikal);

Mga mapagkukunan ng enerhiya na ginagamit sa proseso ng synthesis (laser, plasma, pag-init, pagyeyelo, mekanikal, hydrothermal, pagkasunog, atbp.);

Medium kung saan nabuo ang mga nanoparticle o nanocrystals (NC) (gas, likido o solid).

Ang pagpili ng isang partikular na teknolohiya ay tinutukoy ng isang bilang ng mga kadahilanan, kabilang ang pisikal at kemikal na mga katangian ng mga nagresultang mga particle, produktibo, lakas ng enerhiya ng proseso, pagkamagiliw sa kapaligiran, atbp.

Ang mga pangunahing pamamaraan para sa pagkuha ng mga nanomaterial ay maaaring nahahati sa isang bilang ng mga teknolohikal na grupo (Larawan 2.3): mga pamamaraan batay sa pulbos

metalurhiya, mga pamamaraan batay sa paggawa ng mga amorphous precursors, mga teknolohiya sa ibabaw (paglikha ng mga coatings at binagong mga layer na may nanostructure), mga pamamaraan batay sa paggamit ng matinding plastic deformation, at mga kumplikadong pamamaraan gamit ang ilang iba't ibang mga teknolohiya sa serye o kahanay.