Materialvetenskap, nano- och kompositmaterial. Nanoteknik och intressant utveckling Materialvetenskap och teknik för nanomaterial nanosystem

Material har alltid spelat en avgörande roll i civilisationens utveckling. Forskare säger att mänsklighetens historia kan beskrivas som en förändring i de material som används. Civilisationshistoriens epoker namngavs efter materialen: sten, brons och järnålder. Kanske kommer den nuvarande eran att kallas kompositmaterialens århundrade. I utvecklade länder rankas materialvetenskap bland de tre främsta prioriterade kunskapsområdena, tillsammans med informationsteknologi och bioteknik.

Varje gren av tekniken, när den utvecklas, ställer allt mer varierande och höga krav på material. Till exempel måste konstruktionsmaterial för satelliter och rymdfarkoster, förutom temperatur (höga och ultralåga temperaturer) och termocykliskt motstånd, ha täthet under förhållanden med absolut vakuum, motståndskraft mot vibrationer, höga accelerationer (tiotusentals gånger större än tyngdacceleration), meteoritbombardement, långvarig exponering för plasma, strålning, viktlöshet, etc. Endast kompositmaterial som består av flera komponenter med kraftigt olika egenskaper kan uppfylla sådana motstridiga krav.

Skiktad intermetallisk komposit med ökad värmebeständighet

Fiberkomposit med supraledning

Slitstarkt dispersionsförstärkt kompositmaterial

Utvecklingen av nanoteknik (en av grenarna inom modern materialvetenskap), enligt de flesta experters prognoser, kommer att bestämma formen på 2000-talet. Detta bekräftas av tilldelningen av fyra Nobelpriser inom området kemi och fysik under de senaste 15 åren: för upptäckten av nya former av kol - fullerener (1996) och grafen (2010), för utvecklingen inom halvledarteknologin. och integrerade kretsar (2000), optiska halvledarsensorer (2009). Ryssland ligger på andra plats i världen när det gäller investeringar i nanoteknik, näst efter USA (2011 uppgick investeringarna till cirka 2 miljarder dollar). För närvarande upplever vetenskapen en verklig boom av nya material. I detta avseende är materialforskare efterfrågade inom många branscher: kärnenergi, medicin, oljeproduktion, fordonsindustri, flyg, rymd, försvar, energiindustri, elitidrottsindustri, forskningsinstitut, innovativa företag som producerar högteknologiska produkter.

Delar och komponenter till Sukhoi Superjet 100-flygplanet gjorda av kompositmaterial

Flexibla grafenbaserade displayer

Modern sportutrustning gjord av kompositmaterial

Materialvetare är involverade i utveckling, forskning och modifiering av material av organisk och oorganisk natur för olika ändamål; processer för deras produktion, strukturbildning, omvandling i produktions-, bearbetnings- och driftstadierna; frågor om tillförlitlighet och effektivitet hos material; datormodellering av beteendet hos delar och sammansättningar under olika typer av belastning; ge tekniskt stöd till olika produktionsavdelningar i frågor som rör material för tillverkning av enheter och utrustningskomponenter samt delta i urval och utvärdering av potentiella leverantörer till företaget.

Utexaminerade från Volgogradneftepererabotka, OJSC VNIKTIneftekhimoborudovanie, OJSC Volgogradneftemash, JSC Central Design Bureau Titan, OJSC Neftezavodmontazh ", JSC VMK "Red October", JSC "Volzhsky Pipe Plant", JSC "TK "Neftekhimperolza, JSC" , JSC "Kaustik", LLC "Konstanta-2" och många andra.

Förberedelsen av certifierade kandidat- och magisterexamen utförs inom ramen för riktningen "Materialvetenskap och materialteknik" vid

Carbon nanorör modell

Slutet på ett år och början på nästa är en speciell tid då mänskligheten besöks av viljan att analysera det förflutna och fundera över vad som väntar. Och i början av det nya året vill vi se över de 10 viktigaste landvinningarna inom nanoteknik sedan början av dess utveckling relaterad till materialvetenskap.

Så här börjar J. Wood, en av dess redaktörer, sin publicering i post-nyårsnumret av Materials Today magazine, och frågar vilka händelser under de senaste 50 åren som har bestämt dagens höga dynamik i utvecklingen av materialvetenskap. Wood identifierar 10 händelser (exklusive upptäckten av högtemperatursupraledning, vilket uppenbarligen är en händelse av större betydelse för fysiker än för materialforskare).

På första plats– "International Technology Roadmap for Semiconductors" (ITRS), inte en vetenskaplig upptäckt, utan i själva verket ett dokument (analytisk granskning) sammanställt av en stor internationell expertgrupp (1994 var mer än 400 teknologer involverade i utarbetandet av Karta, och 2007 - redan mer än 1 200 specialister från industrin, från nationella laboratorier och akademiska organisationer). Genom att kombinera vetenskap, teknik och ekonomi sätter kartan upp mål som kan uppnås under en given tidsperiod och de bästa vägarna för att uppnå dem. Slutrapporten (2007 innehöll den 18 kapitel och 1 000 sidor text) är resultatet av konsensus bland de flesta experter, som nåddes efter långa diskussioner. Ryska arrangörer av nanoforskning stod inför ett liknande problem när de valde målet för nanoutveckling. De försöker på kort tid "inventera" det som redan är "nano-existerande" i Ryssland och uppmanar hastigt skapade expertråd att hitta den optimala riktningen för utveckling. Bekantskap med innehållet i ITRS-rapporten och erfarenhet av att organisera dessa studier skulle naturligtvis vara till hjälp.

Ris. 1. Halvledarforskning baserad på ITRS

Andra plats– scanning tunneling microscopy – orsakar ingen överraskning, eftersom det var denna uppfinning (1981) som fungerade som drivkraften för nanorforskning och nanoteknik.

Tredje plats– effekten av gigantisk magnetresistens i flerskiktsstrukturer gjorda av magnetiska och icke-magnetiska material (1988 skapades läshuvuden för hårddiskar, som är utrustade med alla persondatorer idag).

Fjärde plats– GaAs-halvledarlasrar och lysdioder (den första utvecklingen går tillbaka till 1962), huvudkomponenterna i telekommunikationssystem, CD- och DVD-spelare, laserskrivare.

Femte plats– återigen hänvisar inte till en vetenskaplig upptäckt, utan till ett kompetent organiserat evenemang år 2000 för att främja massiv lovande vetenskaplig forskning – den sk. "National Nanotechnology Initiative" USA. Vetenskap runt om i världen är nu mycket skyldig entusiasterna av detta initiativ - dåvarande president B. Clinton och Dr. M. Roco från US National Science Foundation. Den globala finansieringsvolymen för nanorforskning under 2007 översteg 12 miljarder dollar. Motsvarande vetenskapliga program lanserades i 60 (!) länder i världen. Förresten, ställningen för vissa ryska forskare som är missnöjda med "nanostormen" [till exempel 2] är lite oklar, eftersom det var denna snöstorm som tvingade den ryska regeringen att äntligen vända ansiktet mot vetenskapen.

Ris. 2. Cykel förstärkt med nanofibrer

Sjätte plats– plast förstärkt med kolfiber. Kompositmaterial - lätta och starka - har förändrat många industrier: flygplanstillverkning, rymdteknik, transport, förpackningsmaterial, sportutrustning.

Sjunde plats– material för litiumjonbatterier. Det är svårt att föreställa sig att vi nyligen klarade oss utan bärbara datorer och mobiltelefoner. Denna "mobila revolution" skulle inte ha varit möjlig utan en övergång från laddningsbara batterier som använder vattenhaltiga elektrolyter till mer energitäta litiumjonbatterier (katod - LiCoO__2__ eller LiFeO__4__, anod - kol).

Åttonde plats– kolnanorör (1991), deras upptäckt föregicks av den inte mindre sensationella upptäckten av C__60__ fullerener 1985. Idag är de fantastiska, unika och lovande egenskaperna hos kolnanostrukturer i centrum för de hetaste publikationerna. Men det finns fortfarande många frågor om metoder för deras masssyntes med enhetliga egenskaper, reningsmetoder och teknologier för deras inkludering i nanoenheter.

Ris. 3. Metamaterial som absorberar elektromagnetisk strålning

Nionde plats– material för mjuktryckt litografi. Litografiska processer är centrala för produktionen av dagens mikroelektroniska enheter och kretsar, lagringsmedia och andra produkter, utan något alternativ i sikte inom en snar framtid. Mjuk trycklitografi använder en fjädrande polydimetyloxisilan-stämpel som kan användas upprepade gånger. Metoden kan användas på plana, böjda och flexibla substrat med upplösningar på upp till 30 nm som hittills uppnåtts.

Hem > Dokument

RYSKA FEDERATIONENS UTBILDNINGSMINISTERIET OCH VETENSKAP

Statens läroanstalt

högre yrkesutbildning

"Ivanovo State Textile Academy"

Institutionen för fysik och nanoteknik

		JAG GODKÄNDE Vicerektor för akademiska frågor V.V. Lyubimtsev "_____"______2011

Materialvetenskap av nanomaterial och nanosystem

Kod, förberedelseriktning	152200 Nanoteknik

Träningsprofil	Nanomaterial

Slinga, kod	Matematisk och naturvetenskaplig (B.3.1-3a)

Termin(ar)

Kandidatexamen (examen)	ungkarl

Studieform	heltid

Fakultet	mode industri

Ivanovo 2011

Som ett resultat av att studera disciplinen "Materials Science of Nanomaterials and Nanosystems", måste studenterna: känna till: - egenskaper och användningsområden för nanodispergerat pulver, fullerennanostrukturerade fasta, flytande och gelliknande material, nanostora element och föremål, nanosystem (heterostrukturer); grunderna för nanoteknik för att producera nanomaterial; grunderna för nanoteknik för att producera nanostrukturerade och gradientförstärkande, skyddande och funktionella lager och beläggningar; grunderna för tekniska processer för syntes av kompositmaterial; kunna: - välja nanostrukturer och metoder för deras produktion för implementering av nanoobjekt med specificerade egenskaper för specifika krav för omvandling av elektriska, optiska, magnetiska, termiska och mekaniska signaler; - använda grundläggande begrepp och definitioner när du utvecklar fördjupade kunskaper inom området nanoteknik; - analysera egenskaperna hos nanoprodukter och nanoteknik; upprätta diagram över teknisk utrustning och anordningar för nanoteknologiska processer. egen: - färdigheter i att lösa problem med kunskapsbildning inom området nanoteknik. Arbetsprogrammet för disciplinen ger följande typer av pedagogiskt arbete:

Typ av pedagogiskt arbete	Totalt antal timmar/poäng	Terminsnummer
Typ av pedagogiskt arbete	Totalt antal timmar/poäng
Klassrumslektioner (totalt)
Inklusive:

Praktiska lektioner (seminarier)
Självständigt arbete (totalt)
Förberedelser för praktiska lektioner (seminarier)
Studie av teoretiska frågeställningar inlämnade för självständig studie
Förberedelser inför provet
Typ av mellanliggande certifiering (test, examen)
Total arbetsintensitet: timmar kreditenheter

Disciplinen innehåller följande avsnitt:

Historien om utseendet av nanomaterial, dynamiken i deras utveckling och genomförande i praktiken.

Grundläggande begrepp och klassificering av nanostrukturerade material.

Egenskaper och huvudtyper av system i nanostorlek.

Teknologiska processer för produktion, bearbetning och modifiering av nanomaterial och produkter baserade på dem.

Chef för avdelningen

A.K. Izgorodin

Lärare-utvecklare

Institutionen för nanoteknik, materialvetenskap och mekanik skapades i december 2011 på grundval av två avdelningar vid TSU Institute of Physics and Technology och har djupa historiska rötter. Ursprunget till institutionen var vetenskapsmän i världsklass, professorer M.A. Crystal, G.F. Lepin och E.A. Mamontov, som gjorde ett enormt bidrag till vetenskapen om fysisk materialvetenskap och skapade grunden för forskningsbasen för materialvetenskap vid universitetet.

Avsnitt "Mekanik"; grundläggande avdelning "Nanomaterials" (Moskva, Central Research Institute of Chermet uppkallad efter I.P. Bardin), vetenskapligt och utbildningscentrum "Fysisk materialvetenskap och nanoteknik";

Mer än 20 moderna, välutrustade utbildnings- och forskningslaboratorier för elektronisk, laser, atomkraftmikroskopi, fysisk och mekanisk testning, röntgendiffraktionsanalys, metallografi och akustisk emission, etc., varav tre är ackrediterade i Rostechnadzors system och analytiska laboratorier (SAAL);

International School "Physical Materials Science"

Samarbete med ledande ryska och utländska vetenskapliga skolor, inklusive universitet i Tyskland (Freiberg), Japan (Osako, Kyoto), Australien (Melbourne), etc.

Alla seniorstudenter är engagerade i fruktbart forskningsarbete och blir årligen vinnare och pristagare av vetenskapliga arbetstävlingar och examensprojekt. Nästan 100 % av avdelningens utexaminerade är anställda, varav 80 % arbetar inom sin specialitet i forskningscentret och laboratorietestavdelningen vid PJSC AVTOVAZ, laboratorier vid Samara Regional Innovation and Technology Center, samt i expertorganisationer.

Tillförordnad avdelningschef

professor, doktor i tekniska vetenskaper

KlevtsovGennadij Vsevolodovich

Utbildningsområden

Kandidatexamen:
– 03/22/01 Materialvetenskap och materialteknik (profilen "Modern material och teknik för deras produktion")

Magisterexamen:
– 04/22/01 Materialvetenskap och materialteknik

(profilen "Enginering av avancerade material och diagnostik av materialens beteende i produkter")

Forskarutbildning:
– 03.06.01 Fysik och astronomi

(profilen "Physics of Condensed Matter")

– 06.22.01 Materialteknik (profil "Metallvetenskap och värmebehandling av metaller och legeringar")

Mål för utbildningsprogrammet 04/22/01 Materialvetenskap och materialteknik (Enginering av avancerade material och diagnostik av materialens beteende i produkter):

C 1. Förbereda akademiker för forskningsarbete inom området modern materialvetenskap.

Ts2. Att förbereda akademiker för att skapa nya material, studera deras egenskaper och utveckla teknologi för deras produktion.

C3. Förbereda akademiker för design av material med specificerade egenskaper.

C 4. Förbereda akademiker för produktion och teknisk verksamhet som säkerställer implementeringen av ny högteknologisk utveckling som efterfrågas på global nivå.

Discipliner

Lärare vid avdelningen "Nanoteknik, materialvetenskap och mekanik" undervisar klasser i följande discipliner:

– Teoretisk mekanik;

– Materialets styrka;

– Teori om maskiner och mekanismer;

- Maskindelar;

- Materialvetenskap;

– Teknik för konstruktionsmaterial;

– Nanoteknik inom produktion och ekologi.

– Fysikalisk-kemiska grunder för nanoteknik.

– Materialvetenskap för nanomaterial och nanosystem.

– Fysik för kondenserad materia;

– Fasjämvikter och strukturbildning;

– Fysisk materialvetenskap;

– Styrka hos legeringar och kompositer;

– Ny teknik och material.

– Metoder för att förstärka konstruktionsmaterial;

– Icke-förstörande forskningsmetoder m.m.

Rekommenderas för publicering av Institute of Metallurgy and Materials Science (IMET) uppkallad efter. A.A. Baikov RAS (laboratorium för fysikalisk kemi och beläggningsteknik - laboratoriechef V.I. Kalita, doktor i tekniska vetenskaper, professor) och St. Petersburg University of Engineering and Economics (avdelningen för ingenjörs- och tekniska vetenskaper - avdelningschef V.K. Fedyukin, doktor i Tekniska vetenskaper, professor, motsvarande medlem av International Academy of Higher Education) som en lärobok för universitetsstudenter som studerar inom tekniska utbildningsområden som en del av kursen "Modern teknik och material i industrisektorer."

Fick UMO-stämpeln för PPO nr 04-01 (Godkänd av Utbildnings- och metodförbundet för yrkespedagogisk utbildning som läromedel för studenter vid högre lärosäten).

Vetenskapliga och tekniska framsteg inom området för högteknologi - inom materialvetenskap, elektronik, mikromekanik, medicin och andra områden av mänsklig aktivitet är förknippad med resultaten av grundläggande och tillämpad forskning, design och praktisk användning av strukturer, material och anordningar, elementen av vilka har dimensioner i nanometerområdet (1 nm = 10-9m), och utveckling av teknologier för deras produktion (nanoteknik) och diagnostiska metoder. Nanoteknikens föremål inom materialvetenskap är dispergerade material, filmer och nanokristallina material.

Syftet med manualen är att göra studenter och specialister förtrogna med en ny effektiv riktning i utvecklingen av vetenskap och teknik inom området nanomaterial och nanoteknik, i synnerhet syntesen av nanokristallina strukturella material med unika egenskaper och exempel på deras användning i industrin .

Manualen undersöker de teoretiska och tekniska grunderna, problemen och framtidsutsikterna för nanovetenskap och nanoindustri. Definitioner av nanovetenskapens grundläggande begrepp föreslås. Data om nanomaterial och nanostrukturer systematiseras och deras klassificering ges. Metoder för att forska och konstruera nanostrukturer beskrivs. En analys av metoder för syntes av nanostrukturerade material och ett antal exempel på deras tillämpning i traditionella och nya teknologier inom olika industrier ges. Särdragen hos förändringar i de fysiska, mekaniska och tekniska egenskaperna hos strukturella och funktionella nanomaterial beaktas.

Läroboken har utvecklats för studenter vid högre utbildningsinstitutioner som studerar i olika specialiteter, studerar kurser i materialvetenskap och teknik för strukturella material. Kan vara användbart för doktorander, specialister och forskare som är involverade i frågorna om nanomaterial och nanoteknik.

Handledningens struktur:

Introduktion.

Kapitel 1. Grunder och aspekter av utvecklingen av vetenskapen om nanomaterial och nanoteknik.

Kapitel 2. Nanomaterial och nanostrukturer.

Kapitel 3. Metoder för att studera och designa nanostrukturer.

Kapitel 4. Teknik för att erhålla nanostrukturerade material och tillverkning av nanoprodukter.

Kapitel 5. Mekaniska egenskaper hos nanomaterial.

Slutsats.

Bibliografisk lista.

Lista över termer.

Bilaga: Specialutställning för nanoteknik och nanomaterial.

Bibliografisk länk

Zabelin S.F., Alymova M.I. MATERIALVETENSKAP OCH TEKNIK FÖR NANOSTRUKTURERADE MATERIAL (TEACHING MANUAL) // International Journal of Experimental Education. – 2015. – Nr 1. – S. 65-66;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=6342 (åtkomstdatum: 2019/09/17). Vi uppmärksammar tidskrifter utgivna av förlaget "Academy of Natural Sciences"