علم مواد، مواد نانو و کامپوزیت. فناوری‌های نانو و پیشرفت‌های جالب علم مواد و فناوری‌های نانوسیستم‌های نانومواد

مواد همیشه نقش حیاتی در توسعه تمدن داشته اند. دانشمندان می گویند که تاریخ بشر را می توان به عنوان تغییر در مواد مورد استفاده توصیف کرد. دوره های تاریخ تمدن را بر اساس مصالح: عصر سنگ، برنز و آهن نامگذاری کردند. شاید بتوان عصر کنونی را قرن مواد کامپوزیتی نامید. در کشورهای توسعه‌یافته، علم مواد در کنار فناوری اطلاعات و بیوتکنولوژی در میان سه حوزه دانش اولویت دار قرار دارد.

هر شاخه از فناوری، همانطور که در حال توسعه است، تقاضاهای متنوع و زیادی را برای مواد ایجاد می کند. به عنوان مثال، مواد ساختاری برای ماهواره ها و فضاپیماها، علاوه بر دما (دماهای بالا و فوق العاده پایین) و مقاومت ترموسیکلیک، باید در شرایط خلاء مطلق، مقاومت در برابر ارتعاش، شتاب های بالا (ده ها هزار برابر بیشتر از شتاب گرانش)، بمباران شهاب سنگ، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض پلاسما، تشعشع، بی وزنی و غیره. فقط مواد کامپوزیتی متشکل از چندین جزء با خواص کاملاً متفاوت می توانند چنین الزامات متناقضی را برآورده کنند.

کامپوزیت بین فلزی لایه ای با افزایش مقاومت در برابر حرارت

کامپوزیت فیبر با ابررسانایی

مواد کامپوزیت مقاوم در برابر سایش تقویت شده در برابر پراکندگی

توسعه نانوتکنولوژی (یکی از شاخه‌های علم مواد مدرن) طبق پیش‌بینی اکثر کارشناسان، شکل قرن بیست و یکم را تعیین خواهد کرد. این با اعطای چهار جایزه نوبل در زمینه شیمی و فیزیک طی 15 سال گذشته تأیید می شود: برای کشف اشکال جدید کربن - فولرن (1996) و گرافن (2010)، برای پیشرفت در زمینه فناوری نیمه هادی. و مدارهای مجتمع (2000)، سنسورهای نیمه هادی نوری (2009). روسیه از نظر سرمایه گذاری در فناوری نانو در رتبه دوم جهان قرار دارد و پس از ایالات متحده در رتبه دوم قرار دارد (در سال 2011 سرمایه گذاری حدود 2 میلیارد دلار بود). در حال حاضر، علم در حال تجربه یک رونق واقعی در مواد جدید است. در این راستا، دانشمندان مواد در بسیاری از صنایع مورد تقاضا هستند: انرژی هسته ای، پزشکی، تولید نفت، خودروسازی، هوانوردی، فضا، دفاع، صنایع انرژی، صنایع ورزشی نخبگان، موسسات تحقیقاتی، شرکت های نوآورانه تولید محصولات با تکنولوژی بالا.

قطعات و اجزای هواپیمای سوخو سوپرجت 100 ساخته شده از مواد کامپوزیتی

نمایشگرهای منعطف مبتنی بر گرافن

تجهیزات ورزشی مدرن ساخته شده از مواد کامپوزیت

دانشمندان مواد در توسعه، تحقیق و اصلاح مواد با طبیعت آلی و معدنی برای اهداف مختلف مشغول هستند. فرآیندهای تولید آنها، شکل گیری ساختار، تبدیل در مراحل تولید، پردازش و بهره برداری. مسائل مربوط به قابلیت اطمینان و کارایی مواد؛ مدل سازی کامپیوتری رفتار قطعات و مجموعه ها تحت انواع مختلف بارگذاری؛ ارائه پشتیبانی فنی از بخش های مختلف تولید در امور مربوط به مواد برای ساخت واحدها و قطعات تجهیزات و مشارکت در انتخاب و ارزیابی تامین کنندگان بالقوه شرکت.

فارغ التحصیلان VolgogradneftepereRabotka ، OJSC Vniktineftekhimoborudovanie ، OJSC Volgogradneftemash ، JSC Central Design Bureau Titan ، OJSC Neftezavodmontazh "، JSC VMK" Red Octer nefteproekt " ، JSC "Kaustik"، LLC "Konstanta-2" و بسیاری دیگر.

آماده سازی لیسانس ها و کارشناسی ارشد گواهی شده در چارچوب گرایش "علوم مواد و فناوری مواد" در

مدل نانولوله کربنی

پایان یک سال و آغاز سال بعد، زمان خاصی است که بشریت با میل به تجزیه و تحلیل گذشته و تفکر در مورد آنچه در پیش است، مورد بازدید قرار می گیرد. و در آغاز سال جدید می خواهیم 10 دستاورد مهم نانوتکنولوژی از ابتدای توسعه آن مرتبط با علم مواد را مرور کنیم.

این گونه است که جی. وود، یکی از سردبیران آن، انتشار خود را در شماره بعد از سال نو مجله Materials Today آغاز می کند و می پرسد چه رویدادهای 50 سال گذشته، پویایی بالای امروز را در توسعه علم مواد تعیین کرده است. وود 10 رویداد را شناسایی می کند (بدون احتساب کشف ابررسانایی در دمای بالا، که آشکارا برای فیزیکدانان یک رویداد مهمتر از دانشمندان مواد است).

مقام اول- "نقشه راه فناوری بین المللی برای نیمه هادی ها" (ITRS)، نه یک کشف علمی، بلکه در واقع یک سند (بررسی تحلیلی) است که توسط یک گروه بزرگ بین المللی از متخصصان گردآوری شده است (در سال 1994، بیش از 400 فناور در تهیه آن مشارکت داشتند. نقشه، و در سال 2007 - در حال حاضر بیش از 1200 متخصص از صنعت، از آزمایشگاه های ملی و سازمان های دانشگاهی). نقشه با ترکیب علم، فناوری و اقتصاد، اهداف قابل دستیابی در یک دوره زمانی معین و بهترین مسیرها را برای دستیابی به آنها تعیین می کند. گزارش نهایی (در سال 2007 شامل 18 فصل و 1000 صفحه متن) نتیجه اجماع اکثر کارشناسان است که پس از بحث های طولانی حاصل شده است. سازمان‌دهندگان روسی تحقیقات نانو در انتخاب هدف توسعه نانو با مشکل مشابهی مواجه شدند. آنها در تلاشند ظرف مدت کوتاهی آنچه را که قبلاً در روسیه «نانو موجود» است، «موجودی» کنند و با دعوت از شوراهای متخصص که به سرعت ایجاد شده اند، مسیر بهینه توسعه را بیابند. آشنایی با محتوای گزارش ITRS و تجربه در سازماندهی این مطالعات بدیهی است مفید خواهد بود.

برنج. 1. تحقیقات نیمه هادی بر اساس ITRS

مقام دوم- میکروسکوپ تونلی روبشی - هیچ تعجبی ایجاد نمی کند، زیرا این اختراع (1981) بود که به عنوان انگیزه ای برای تحقیقات نانو و فناوری نانو عمل کرد.

مقام سوم- اثر مقاومت مغناطیسی غول پیکر در ساختارهای چند لایه ساخته شده از مواد مغناطیسی و غیر مغناطیسی (1988) بر اساس آن، هدهای خواندنی برای دیسک های سخت، که امروزه به تمام رایانه های شخصی مجهز هستند، ایجاد شد.

مقام چهارم– لیزرهای نیمه هادی GaAs و ال ای دی ها (اولین توسعه به سال 1962 برمی گردد)، اجزای اصلی سیستم های مخابراتی، پخش کننده های سی دی و دی وی دی، چاپگرهای لیزری.

مقام پنجم- باز هم به یک اکتشاف علمی اشاره نمی کند، بلکه به یک رویداد سازماندهی شده در سال 2000 برای ترویج تحقیقات علمی امیدوار کننده عظیم - به اصطلاح - اشاره دارد. "ابتکار ملی نانوتکنولوژی" ایالات متحده آمریکا. اکنون علم در سراسر جهان مدیون علاقه مندان به این ابتکار است - رئیس جمهور وقت، بی. کلینتون و دکتر ام. روکو از بنیاد ملی علوم ایالات متحده. حجم جهانی بودجه برای تحقیقات نانویی در سال 2007 از 12 میلیارد دلار گذشت. ضمناً، موضع برخی از دانشمندان روسی که از «نانوکولاک» ناراضی هستند [مثلاً، 2] کمی مبهم است، زیرا این کولاک بود که دولت روسیه را مجبور کرد در نهایت روی خود را به علم معطوف کند.

برنج. 2. دوچرخه تقویت شده با نانوالیاف

مقام ششم- پلاستیک های تقویت شده با الیاف کربن. مواد کامپوزیت - سبک و قوی - بسیاری از صنایع را متحول کرده است: هواپیماسازی، فناوری فضایی، حمل و نقل، مواد بسته بندی، تجهیزات ورزشی.

مقام هفتم- مواد برای باتری های لیتیوم یون. تصور اینکه اخیراً بدون لپ‌تاپ و تلفن همراه موفق شده‌ایم سخت است. این "انقلاب تلفن همراه" بدون انتقال از باتری های قابل شارژ با استفاده از الکترولیت های آبی به باتری های لیتیوم یونی با انرژی تر (کاتد - LiCoO__2__ یا LiFeO__4__، آند - کربن) ممکن نبود.

مقام هشتم- نانولوله‌های کربنی (1991)، کشف آن‌ها با کشف نه چندان پر شور فولرن‌های C__60__ در سال 1985 انجام شد. امروزه، خواص شگفت انگیز، منحصر به فرد و امیدوارکننده نانوساختارهای کربنی در مرکز داغ ترین نشریات قرار دارد. با این حال، هنوز سؤالات زیادی در مورد روش‌های سنتز انبوه آن‌ها با خواص یکنواخت، روش‌های خالص‌سازی و فناوری‌های گنجاندن آنها در نانودستگاه‌ها وجود دارد.

برنج. 3. فراماده ای که تابش الکترومغناطیسی را جذب می کند

مقام نهم- مواد برای لیتوگرافی چاپی نرم. فرآیندهای لیتوگرافی برای تولید دستگاه‌ها و مدارهای میکروالکترونیک امروزی، رسانه‌های ذخیره‌سازی و سایر محصولات، بدون هیچ جایگزینی در آینده نزدیک، مرکزی هستند. لیتوگرافی چاپ نرم از مهر پلی دی متیل اکسی سیلان انعطاف پذیر استفاده می کند که می تواند مکرراً مورد استفاده قرار گیرد. این روش را می توان بر روی بسترهای مسطح، منحنی و انعطاف پذیر با رزولوشن تا 30 نانومتر استفاده کرد.

صفحه اصلی > سند

وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه

موسسه آموزشی دولتی

آموزش عالی حرفه ای

"آکادمی دولتی نساجی ایوانوو"

گروه فیزیک و نانوتکنولوژی

		من تایید کردم معاونت علمی V.V. Lyubimtsev "_____"______2011

علم مواد نانومواد و نانوسیستم ها

کد، جهت آماده سازی	152200 نانومهندسی

پروفایل آموزشی	نانو مواد

حلقه، کد	علوم ریاضی و طبیعی (B.3.1-3a)

ترم(های)

مدرک تحصیلی (مدرک تحصیلی)	لیسانس

فرم مطالعه	تمام وقت

دانشکده	صنعت مد

ایوانوو 2011

دانش‌آموزان در نتیجه تحصیل در رشته «علوم مواد نانومواد و نانوسیستم‌ها» باید: بدانید: - خواص و زمینه های کاربرد پودر نانو پراکنده، مواد جامد، مایع و ژل مانند با نانوساختار فولرن، عناصر و اجسام در اندازه نانو، نانوسیستم ها (ناهم ساختارها). مبانی نانوتکنولوژی برای تولید مواد نانو؛ مبانی نانوتکنولوژی برای تولید لایه‌ها و پوشش‌های تقویت‌کننده، محافظ و عملکردی نانوساختار و گرادیان. اصول فرآیندهای تکنولوژیکی برای سنتز مواد کامپوزیت؛ بتواند: - انتخاب نانوساختارها و روش‌های تولید آنها برای اجرای نانو اشیاء با ویژگی‌های مشخص برای الزامات خاص برای تبدیل سیگنال‌های الکتریکی، نوری، مغناطیسی، حرارتی و مکانیکی. - استفاده از مفاهیم و تعاریف اساسی در هنگام توسعه دانش عمیق در زمینه مهندسی نانو؛ - تجزیه و تحلیل ویژگی‌های نانومحصولات و فناوری‌های نانو؛ ترسیم نمودار تجهیزات و دستگاه های فناورانه برای فرآیندهای فناوری نانو. خود: - مهارت در حل مسائل شکل گیری دانش در زمینه نانومهندسی. برنامه کاری این رشته انواع کارهای آموزشی زیر را ارائه می دهد:

نوع کار آموزشی	کل ساعت/اعتبار	شماره ترم
نوع کار آموزشی	کل ساعت/اعتبار
دروس کلاس درس (مجموع)
از جمله:

کلاس های عملی (سمینار)
کار مستقل (کل)
آمادگی برای کلاس های عملی (سمینار)
بررسی مسائل نظری ارائه شده برای مطالعه مستقل
آمادگی برای آزمون
نوع گواهینامه متوسط (آزمون، آزمون)
کل شدت کار: ساعت واحدهای اعتباری

این رشته شامل بخش های زیر است:

تاریخچه ظهور نانومواد، پویایی توسعه و اجرای آنها در عمل.

مفاهیم اساسی و طبقه بندی مواد نانوساختار.

ویژگی های خواص و انواع اصلی سیستم های در اندازه نانو.

فرآیندهای فناورانه برای تولید، پردازش و اصلاح نانومواد و محصولات مبتنی بر آنها.

رئیس بخش

A.K. ایزگورودین

معلم-توسعه دهنده

دپارتمان نانوتکنولوژی، علم مواد و مکانیک در دسامبر 2011 بر اساس دو بخش از موسسه فیزیک و فناوری TSU ایجاد شد و ریشه های تاریخی عمیقی دارد. خاستگاه این دپارتمان دانشمندان در سطح جهانی، استادان M.A. کریستال، G.F. لپین و E.A. مامونتوف، که کمک زیادی به علم علم مواد فیزیکی کرد و پایه و اساس پایگاه تحقیقاتی علم مواد را در دانشگاه ایجاد کرد.

بخش "مکانیک"؛ بخش اصلی "نانو مواد" (مسکو، موسسه تحقیقات مرکزی Chermet به نام I.P. Bardin)، مرکز علمی و آموزشی "علوم مواد فیزیکی و فناوری نانو"؛

بیش از 20 آزمایشگاه مدرن، مجهز آموزشی و تحقیقاتی الکترونیک، لیزر، میکروسکوپ نیروی اتمی، تست فیزیکی و مکانیکی، آنالیز پراش اشعه ایکس، متالوگرافی و انتشار آکوستیک و غیره که سه مورد از آنها در سیستم‌های روزتکنادزور معتبر هستند. و آزمایشگاه های تحلیلی (SAAL)؛

مدرسه بین المللی "علوم مواد فیزیکی"

همکاری با مدارس علمی برجسته روسی و خارجی از جمله دانشگاه های آلمان (فریبرگ)، ژاپن (اوزاکو، کیوتو)، استرالیا (ملبورن) و غیره.

همه دانشجویان ارشد مشغول کار تحقیقاتی پربار هستند و سالانه برنده و برنده مسابقات علمی و پروژه های فارغ التحصیلی می شوند. تقریباً 100٪ از فارغ التحصیلان این بخش شاغل هستند که 80٪ آنها در تخصص خود در مرکز تحقیقات و بخش تست آزمایشگاهی PJSC AVTOVAZ، آزمایشگاه های مرکز نوآوری و فناوری منطقه ای سامارا و همچنین در سازمان های متخصص کار می کنند.

سرپرست معاونت

استاد، دکترای علوم فنی

کلوتسفگنادی وسوولودویچ

زمینه های آموزشی

مدرک لیسانس:
– 03/22/01 علم مواد و فناوری مواد (نمایه "مواد و فناوری های مدرن برای تولید آنها")

مدرک کارشناسی ارشد:
– 04/22/01 علم مواد و فناوری مواد

(نمایه “مهندسی مواد پیشرفته و تشخیص رفتار مواد در محصولات”)

تحصیلات تکمیلی:
– 03.06.01 فیزیک و نجوم

(نمایه "فیزیک ماده متراکم")

– 06.22.01 فن آوری های مواد (نمایه "علوم فلزات و عملیات حرارتی فلزات و آلیاژها")

اهداف برنامه آموزشی 22/04/01 علم مواد و فناوری مواد (مهندسی مواد پیشرفته و تشخیص رفتار مواد در محصولات):

Ts1. آماده سازی فارغ التحصیلان برای کارهای تحقیقاتی در زمینه علم مواد مدرن.

Ts2. آماده سازی فارغ التحصیلان برای ایجاد مواد جدید، مطالعه خواص آنها و توسعه فناوری برای تولید آنها.

C3. آماده سازی فارغ التحصیلان برای طراحی مواد با خواص مشخص.

Ts4. آماده سازی فارغ التحصیلان برای تولید و فعالیت های فناوری که اجرای پیشرفت های جدید با فناوری پیشرفته را که در سطح جهانی مورد تقاضا هستند، تضمین می کند.

رشته ها

اساتید گروه نانوتکنولوژی، علم مواد و مکانیک در رشته های زیر در کلاس ها تدریس می کنند:

- مکانیک نظری؛

- استحکام مواد؛

- نظریه ماشین ها و مکانیزم ها

- قطعات ماشین آلات؛

- علم مواد؛

- فناوری مصالح ساختاری؛

- فناوری نانو در تولید و اکولوژی؛

- مبانی فیزیکوشیمیایی فناوری نانو؛

– علم مواد نانومواد و نانوسیستم ها

- فیزیک ماده متراکم

- تعادل فاز و تشکیل ساختار؛

- علم مواد فیزیکی؛

- استحکام آلیاژها و کامپوزیت ها؛

- فناوری ها و مواد جدید؛

- روش های مقاوم سازی مصالح سازه ای؛

- روش های تحقیق غیر مخرب و غیره

برای انتشار توسط موسسه متالورژی و علوم مواد (IMET) به نام توصیه شده است. A.A. Baikov RAS (آزمایشگاه شیمی فیزیک و فناوری پوشش - رئیس آزمایشگاه V.I. Kalita، دکترای علوم فنی، استاد) و دانشگاه مهندسی و اقتصاد سن پترزبورگ (گروه مهندسی و علوم فنی - رئیس بخش V.K. Fedyukin، دکتر علوم فنی، استاد، عضو مسئول آکادمی آموزش عالی بین‌المللی) به عنوان کتاب درسی برای دانشجویانی که در زمینه‌های آموزشی فن‌آوری تحصیل می‌کنند، به عنوان بخشی از دوره «فناوری‌ها و مواد مدرن در بخش‌های صنعتی».

دریافت تمبر UMO برای PPO شماره 04-01 (مورد تایید انجمن آموزشی و روش شناسی آموزش حرفه ای آموزشی به عنوان کمک آموزشی برای دانشجویان موسسات آموزش عالی).

پیشرفت علمی و فناوری در زمینه فناوری های پیشرفته - در علم مواد، الکترونیک، میکرومکانیک، پزشکی و سایر زمینه های فعالیت انسانی با نتایج تحقیقات بنیادی و کاربردی، طراحی و استفاده عملی از سازه ها، مواد و دستگاه ها، عناصر مرتبط است. که ابعادی در محدوده نانومتری دارند (1 نانومتر = 10-9 متر)، و توسعه فناوری‌های تولید آنها (نانو فناوری) و روش‌های تشخیصی. اهداف نانوتکنولوژی در علم مواد مواد پراکنده، فیلم ها و مواد نانوبلور است.

هدف از این راهنما آشنایی دانشجویان و متخصصان با جهت گیری مؤثر جدید در توسعه علم و فناوری در زمینه نانومواد و فناوری نانو، به ویژه سنتز مواد ساختاری نانوبلور با خواص منحصر به فرد و نمونه هایی از کاربرد آنها در صنعت است. .

این راهنما به بررسی مبانی نظری و فناوری، مشکلات و چشم‌اندازهای علم و صنعت نانو می‌پردازد. تعاریفی از مفاهیم اساسی علم نانو ارائه شده است. داده های مربوط به نانومواد و نانوساختارها سیستماتیک شده و طبقه بندی آنها ارائه شده است. روش های تحقیق و ساخت نانوساختارها شرح داده شده است. تجزیه و تحلیل روش های سنتز مواد نانوساختار و تعدادی مثال از کاربرد آنها در فناوری های سنتی و جدید در صنایع مختلف ارائه شده است. ویژگی های تغییرات در خواص فیزیکی، مکانیکی و تکنولوژیکی نانومواد ساختاری و عملکردی در نظر گرفته شده است.

این کتاب درسی برای دانشجویان مؤسسات آموزش عالی که در تخصص های مختلف تحصیل می کنند و دروس علم مواد و فناوری مواد سازه را مطالعه می کنند، تهیه شده است. ممکن است برای دانشجویان فارغ التحصیل، متخصصان و محققان درگیر در مسائل نانومواد و فناوری نانو مفید باشد.

ساختار آموزش:

مقدمه.

فصل 1. مبانی و جنبه های توسعه علم نانومواد و فناوری نانو.

فصل 2. نانومواد و نانوساختارها.

فصل 3. روش های مطالعه و طراحی نانوساختارها.

فصل 4. فن آوری برای به دست آوردن مواد نانوساختار و ساخت محصولات نانو.

فصل 5. خواص مکانیکی نانومواد.

نتیجه گیری

فهرست کتابشناختی

فهرست اصطلاحات

پیوست: نمایشگاه تخصصی نانوفناوری و نانومواد.

پیوند کتابشناختی

Zabelin S.F.، Alymova M.I. علم مواد و فناوری مواد نانوساختار (راهنمای آموزشی) // مجله بین المللی آموزش تجربی. – 1394. – شماره 1. – ص 65-66;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=6342 (تاریخ دسترسی: 2019/09/17). مجلات منتشر شده توسط انتشارات "آکادمی علوم طبیعی" را مورد توجه شما قرار می دهیم.