Развитие нанотехнологий и наноматериалов
Использование методов для имитации природных материалов на нанометровом уровне. Исследование интеллектуальных материалов. Нанотрубки и родственные структуры оксидов металлов и других соединений. Анализ применения нанопорошков в порошковой металлургии.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | лекция |
Язык | русский |
Дата добавления | 21.08.2020 |
Размер файла | 753,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАНОМАТЕРИАЛЫ
Введение
К наноматериалам условно относят дисперсные и массивные материалы, содержащие структурные элементы (зерна, кристаллиты, блоки, кластеры и т.п.), геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми функциональными и эксплуатацион-ными характеристиками.
К нанотехнологиям можно отнести технологии, обеспечивающие возможность контролируемым образом создавать и модифицировать наноматериалы, а также осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.
Среди основных составляющих науки о наноматериалах и нанотехнологиях можно выделить следующие:
фундаментальные исследования свойств материалов на наномасштабном уровне;
развитие нанотехнологий для целенаправленного создания наноматериалов, а также поиска и использования природных объектов с наноструктурными элементами, создание готовых изделий с использованием наноматериалов и интеграция наноматериалов и нанотехнологий в различные отрасли промышленности и науки;
развитие средств и методов исследования структуры и свойств наноматериалов, а также методов контроля и аттестации изделий и полуфабрикатов для нанотехнологий.
XXI век ознаменовался революционным началом развития нанотехнологий и наноматериалов. Они уже используются во всех развитых странах мира в наиболее значимых областях человеческой деятельности (промышленности, обороне, информационной сфере, радиоэлектронике, энергетике, транспорте, биотех-нологии, медицине).
Анализ роста инвестиций, количества публикаций по данной тематике и темпов внедрения фундаментальных и поисковых разработок позволяет сделать вывод о том, что в ближайшие 20 лет использование нанотехнологий и наноматериалов будет являться одним из определяющих факторов научного, экономического и оборонного развития государств.
В настоящее время интерес к новому классу материалов в области как фундаментальной и прикладной науки, так промышленности и бизнеса постоянно увеличивается. Это обусловлено следующими причинами:
стремлением к миниатюризации изделий,
уникальными свойствами материалов в нано-структурном состоянии,
необходимостью разработки и внедрения материалов с качественно и количественно новыми свойствами,
развитием новых технологических приемов и методов, базирующихся на принципах самосборки и самоорганизации,
практическим внедрением современных приборов исследования, диагностики и модификации наноматериалов (сканирующая зондовая микроскопия),
развитием и внедрением новых технологий, представляющих собой последовательность процессов литографии, технологий получения нанопорошков и т.п.,
приближением к фундаментальным ограничениям (скорость света, соизмеримость наноструктурных элементов с длиной волны электрона и т.п.).
Направление наноструктурных исследований уже почти полностью сместилось от получения и изучения нанокристаллических веществ и материалов в область нанотехнологии, т. е. создания изделий, устройств и систем с наноразмерными элементами.
Основные области применения наноразмерных элементов - это электроника, медицина, химическая фармацевтика и биология.
1. Интеллектуальные материалы
Под термином «интеллектуальные» материалы понимают материалы, придающие конечному продукту дополнительные полезные свойства, материалы, способные необходимым для пользователя образом изменять свою структуру в зависимости от свойств окружающей среды. Это могут быть антиадгезионные материалы, материалы, активируемые электромагнитным полем, самоочищающиеся и самоорганизующиеся материалы и т. д. В настоящее время создавать некоторые из «интеллектуальных» материалов и проводить исследования в этой области позволяют нанотехнологии, и именно о наноматериалах говорят как об «интеллектуальных» материалах.
Биометрические материалы
Нанотехнологии включают в себя манипулирование и построение структур размерами порядка нескольких нанометров. Однако некоторые живые организмы делают это уже давно. Живая клетка использует ДНК, РНК и большое количество белков для того, чтобы построить клеточные органеллы нанометровых размеров. Поэтому для нанотехнологов логично было бы воспользоваться природными примерами для построения «интеллектуальных» наноматериалов, в природе не существующих, то есть биомитетических материалов (имитирующих природные).
Геккон и нановолокна
Исследователи использовали несколько методов для имитации природных материалов на нанометровом уровне. Один из подходов - создание материалов с уникальными свойствами с использованием примеров, уже имеющихся в природе. Так, например, маленькая ящерица геккон может ползать практически по любой поверхности.
Для того, чтобы имитировать свойства геккона, необходимо было сначала разобраться в механизме работы его лапок. Эта работа была проделана в центре нанотехнологий в Манчестере. Результаты исследований показали, что на лапках у геккона расположен ряд кератиновых волосков размерами около 200 нм.
Капиллярные силы помогают геккону ползать по влажным поверхностям, а силы Ван-Дер-Ваальса - по сухим. Каждая волосинка связывается с поверхностью с силой в 7 - 10 Н. Благодаря высокой плотности волосков на лапках геккона сила связи значительно увеличивается. Так поверхность размерами 10 Ч 10 см, состоящая из волосков кератина, может удерживать груз в 100 кг.
Рисунок 15.1 - Гекон
Рисунок 15.2 - Кожа геккона (справа) и изготовленные по «технологии геккона» искусственные волокна (слева)
Команда из Манчестера решила продолжить исследования, попробовав сконструировать такой же массив нановолокон. Однако в изготовленном с помощью электронно-лучевой литографии образце только некоторые волокна смогли эффективно соединяться с поверхностью. Это связано с тем, что выращенные исследователями пластиковые волокна жестче, чем аналогичные у геккона. Далее, экспериментируя, исследователи нашли оптимальный вариант геометрии поверхности - диаметр волокон 500 нм, расстояние между волокнами - 1,6 мкм, и длина - 2 мкм. Полученная поверхность 10х10 см смогла удержать всего 30 кг, то есть была хуже природной. Дальнейшие эксперименты с гекконом показали, что присоединение лапок к поверхности происходит в несколько приемов. Исследователи решили материалы в будущем делать гидрофобными (подобно кератину геккона). В теории, волокна из такого материала не будут прилипать друг к другу. И, конечно же, встал вопрос о массовом выпуске «гекконовых лапок» с помощью не столь дорогих технологий, как электронно-лучевая литография.
Белковые структуры
Живые организмы конструируют необходимые продукты из белков, поэтому исследователи заинтересовались тем, как с помощью белков можно искусственно создать различные наноматериалы. Некоторые белки, например, могут формировать регулярные структуры в виде кристаллических решеток, которые можно использовать при конструировании наномашин и в наноэлектронных устройствах. Бактерии на своей поверхности формируют одномолекулярные слои кристаллического белка (рис. 15.3), называемые S-слои, которые повторяются с 10 нм шагом. Исследователи из наноцентра в Вене, Австрия, решили использовать эти естественные «сверхрешетки» для построения искусственных белковых структур. В первую очередь S-слой был удален с поверхности бактерии и разбит на «субъединицы».
Далее, поместив субъединицы в раствор, исследователи добились их реорганизации на кремниевых и металлических подложках, а также на других синтетических полимерах. Как только S-слой помещен на подложку, к нему можно добавить специальные сенсорные молекулы, которые вместе со слоем образуют точный биоаналитический сенсор. Так, например, исследователями был создан сенсор глюкозы на основе S-слоя и молекулы фермента оксидазы глюкозы. Исследователи измеряли величину электрического тока, проходящего через сенсор, в то время как фермент реагировал с глюкозой. Исследователи также использовали S-слой в качестве фоторезиста в современной фотолитографии. Выдерживание слоя в ультрафиолетовом излучении полностью уничтожает его. Однако толщина слоя - всего 5-10 нм. Современные фоторезистивные материалы имеют гораздо большую толщину.
Рисунок 15.3 - Реконструкция рельефа кристаллизированного белка Bacillus sphaericus CCM2177 с помощью сканирующего электронного микроскопа. Расстояния между центрами решетки - 13,1 нм
Гибридные материалы. Другие исследователи поставили перед собой цель, которой достичь еще сложнее. Они решили конструировать из белков и неорганических соединений такие структуры, которых в природе еще не существует. Однако до сих пор исследователи не могут точно определить, как именно белки будут собираться из аминокислот (это назвали проблемой фолдинга белка), и поэтому нельзя аналитически просчитать необходимую структуру белка. Исследователи выбрали альтернативный подход: сборку случайного белка из большого количества разных аминокислот. Это можно сделать с помощью генной инженерии бактериофагов. Исследователи из Массачусетского технологического института (МТИ) взяли молекулу ДНК со случайной последовательностью нуклеотидов, кодирующих различные белки, и включили ее в состав ДНК бактериофага в таком участке, что белки ДНК-донора синтезировались на поверхности вируса. Колония таких бактериофагов была помещена в среду, к которой исследователи хотели добиться адгезии белков. Потом поверхность была промыта. После этого на ней остались только те вирусы, на поверхности которых белки были адгезивны субстрату. Отобранные вирусы поместили в новую среду и добились роста их колонии. Так опытным путем можно создать белки, которые будут соединяться с различными материалами, образуя новые структуры. Исследователи надеются создать «библиотеку» вирусов, производящих белки, адгезивные к золоту, платине, серебру, оксиду цинка, арсениду галлия. На основе таких белков, соединенных с неорганическими веществами, можно сконструировать ряд квантовых точек, которые получают сегодня с помощью вакуумных технологий. Сборка квантовых точек с помощью гибридных белков может происходить при комнатной температуре и быть гораздо дешевле. Также такие белки могут пригодиться при создании наномашин. Исследователи из МТИ обнаружили, что бактериофаги «собираются» в длинные нити. Их внешние белки, соединенные с сульфидом цинка (или сульфидом кадмия), образуют длинные (600 нм) электропроводящие нанонити диаметром 20 нм. Нагревая полученную структуру до 350 °C, исследователи обнаружили, что бактериофаги удаляются, оставляя одну металлическую нить. Использованные в этом опыте вирусы состоят всего из шести белков, два из которых соединяются с неорганикой. Исследователи хотят продолжить эксперименты с более сложными (в белковом составе) вирусами для того, чтобы получить трехмерные проводящие структуры.
Вирусный наноматериал
Живая материя часто самособирается в сложные структуры и организмы, которые состоят из миллиардов клеток. Исследователи давно пытаются на базе молекул ДНК, клеточных мембран и вирусов создать новые виды полезных наноматериалов. Ученые из университета Иллинойса показали, что механизмы самосборки, такие необходимые при построении наносистем, могут быть полезны при создании организованных биологических структур на основе вирусов и клеточных мембран. Новый наноматериал характеризуется малыми размерами пор, поэтому может использоваться в различных биологических сенсорах, а также при точной доставке лекарств. Механизм самосборки в данном случае работает на основе электростатического взаимодействия положительно заряженных клеточных мембран и отрицательно - биологических полимеров. Эти полимеры находятся в составе вирусных оболочек. Вирусы и клеточные мембраны собираются в «слоеный пирог» (рис. 51.4), в котором слои клеточной мембраны перемежаются с вирусами.
Существующие мембранные ДНК-структуры имеют поры нанометровых размеров. Эти поры не могут сортировать большие молекулы, например, белковые. Поры же нового наноматериала (на основе вируса), имеют размер около 10 нм. Это в 10 раз больше размера пор обычных мембранных ДНК-структур. Исследователи использовали новую структуру для того, чтобы сортировать и упорядочить рутениевые ионы размерами 1,2 нанометра.
Рисунок 15.4 - Структура вирусного наноматериала (длинные зеленые трубки - вирусы)
Ионы использовались в качестве флуоресцентных меток. Так что новый материал можно будет использовать и в качестве высокоточного фильтра, который отделяет молекулы определенного размера. Этим отчасти решается проблема «захвата» молекул, которая так актуальна в современной нанотехнологии. Как говорят исследователи, практическое применение вирусно-мембранных систем будет не ранее чем через 10-20 лет. Но, тем не менее, исследования по самосборке материалов важны для нанотехнологий, так как они открывают новые методы в создании наносистем.
2. Нанотрубки и родственные структуры оксидов металлов и других соединений
Открытие в 1991 г. углеродных нанотрубок - макромолекулярных объектов, близких по структуре к идеальным квазиодномерным системам, стало одним из наиболее выдающихся достижений физико-химии последнего периода.
Уникальный набор свойств, присущий углеродным нанотрубкам, определил их широчайшие перспективы для производства изделий микро- и наноэлектроники (нанодиодов, транзисторов, элементов памяти, логических схем и др.), что обусловило постановку крупномасштабных прикладных проектов в области создания принципиально новых наноматериалов, многие из которых уже сегодня нашли широкое практическое применение, стали коммерческими продуктами и объектами маркетинговых исследований.
Синтез нанотрубок послужил основой развития совершенно новых направлений фундаментальных исследований в области физико-химии наноматериалов. Например, нанотрубки стали идеальными модельными системами для изучения одномерных процессов диффузии, фазовых превращений и химических реакций ("химия в трубках") Значительные успехи достигнуты в получении обширного класса новых нанотубулярных материалов на основе или с участием С НТ: плотных пленок (т.н. "нанобумага"), различных композитов.
Вскоре после открытия углеродных нанотрубок были начаты интенсивные работы по поиску и получению их аналогов на основе иных веществ и неорганических соединений. К сегодняшнему дню синтезированы (или предсказаны) нанотрубки большого числа неорганических веществ. Ближайшими аналогами углеродных трубок стали трубки слоистых нитрида, карбидов и карбонитридов бора. Синтезирована обширная группа нанотубулярных структур дихалькогенидов (М = Ti, Zr, Hf, Nb, Mo W Та Re; X = S, Se, Те), а также халькогенидов InS, ZnS, Bi2S3, CdS, CdSe, Ag2b. Успешно получены и исследуются свойства нанотрубок дигалогенидов Ni Fe большого набора тубулярных форм полупроводниковых материалов: SiGe, InAs/GaAs, InGaAs/GaAs, SiGe/Si, InGeAs/GaAs.
Синтезированы нанотрубки кобальта, сурьмы, теллура, висмута, благородных металлов. Выполнен теоретический прогноз атомной структуры, электронных свойств, факторов стабильности и возможных способов получения нанотрубок бора, кремния, диборидов металлов и тройных силицидов, слоистых галоидонитридов металлов, сложных ВТСП керамик. нанотрубка оксид металл порошковый
Представление о масштабах и динамике развития работ по неорганическим нанотрубках могут дать сведения об общем числе публикаций, представленные в базе данных Международного института научной информации (ISI).
Опубликован ряд фундаментальных монографий, посвященных углеродным нанотрубкам и материалам на их основе.
Оксиды металлов давно находятся в центре внимания физиков, химиков, материаловедов и технологов; исследования этих систем позволили открыть высокотемпературную сверхпроводимость, "колоссальное" магнетосопротивление, другие интереснейшие эффекты. Этот класс соединений составляет основу множества материалов современных технологий. Вполне естественно, что большие надежды при создании новых наноструктурированных функциональных мате-риалов в виде пленок, наностержней, мезо-пористых систем, нанокластеров и нанокристаллитов, а также их разнообразных ассоциатов связывают с получением наноформ оксидов металлов.
Некоторые из этих нанообъектов удается изготовить с использованием углеродных НТ. Например, заполняя внутренние (и межтубулярные) полости углеродных трубок (или их "связок") оксидами V2O5, MoO3, PbO, Bi2O3 с последующим химическим удалением углеродной оболочки, получили эти соединения в виде нановолокон и "нанотубулярной керамики". Большое внимание уделяют созданию разнообразных нанокомпозитов на основе или с участием оксидов металлов.
На текущем этапе исследований нанотрубок оксидов металлов и родственных наноматериалов идет поиск методов их получения, совершенствование отдельных синтетических схем, делаются попытки по дальнейшему расширения числа оксидов в нанотубулярной форме, изучению их свойств, а также технологического применения этих материалов. В подавляющем большинстве оригинальных работ сообщается метод получения нанотрубок конкретного оксида, и приводятся некоторые характеристики продукта. Как правило, это - элементный состав, морфология, структурные данные. Происходящий в настоящее время процесс накопления экспериментального материала не позволяет пока уверенно выделить наиболее эффективные и универсальные синтетические приемы, а также выявить общие закономерности образования определенных структур.
Тем не менее, уже сейчас можно утверждать, что в качестве основных при синтезе наноразмерных форм простых и сложных оксидов выступают две группы методов, которые можно условно определить как химические и темплатные. При химическом способе образование наноструктур происходит в результате взаимодействия исходных веществ в водных или водно-органических средах, в твердой и парогазовой фазе, в результате термолиза солей. Темплатный метод заключается в осаждении наночастиц на поверхности твердых веществ (органических и неорганических), задающих определенную форму и размер нанопродукта. Роль темплата могут играть молекулы органических веществ, которые, внедряясь в слоистую структуру оксида, позволяют регулировать дизайн нанотрубок при их образовании. Эффективны также процессы конденсации паров оксидов и электрохимического осаждения.
За относительно короткий период, прошедший с начала исследований оксидных нанотрубок, накоплен значительный объем сведений об этих и родственных наноструктурах. Предложены методы синтеза, изучены морфология, некоторые свойства, развиты атомные модели структуры и определен ряд особенностей электронного строения и химической связи в оксидных нанотрубках. Получен большой набор разнообразных "нанотубулярных композитов", нанопроволок, нанолент, намечены пути направленной модификации их свойств и даль-нейших поисков новых оксидных наноструктур.
Отмеченные результаты имеют важное значение для развития химии оксидов металлов в наноразмерном масштабе, понимания специфики свойств нанотубулярных оксидов в сравнении с их кристаллическими формами, так и открывают привлекательные перспективы их технологического использования.
Тонкопленочные наноструктурированные материалы (ТНМ)
Они могут использоваться в качестве:
функционально-ориентированных наноструктури-рованных мембран (с заданной тонкостью очистки, сорбционно-активных, антибактериальных и др.);
высокоэффективных наносорбентов для очистки:- жидких радиоактивных отходов АЭС до норм радиационной безопасности,- техногенных жидкос-тей,
- питьевой воды,
- воздуха от радиоактивного йода.
платинозамещающих нанокатализаторов в систе-мах водородной безопасности.
Рисунок 15.5 - Тонкопленочные наноструктурированные материалы
Рисунок 15.6 - Области применения тонкопленочных наноструктурированных материалов
ТНМ получают путем осаждения частиц эрозионной плазмы на различные пористые подложки (органические и неорганические). Материалами ТНМ могут быть чистые металлы (Ti, Zr, Cr, Al) и различные керамики (оксиды, нитриды, карбиды) на их основе. На фотографиях показаны наноструктуры поверхностей некоторых тонкопленочных наноструктурированных материалов.
В таблицах 15.1 и 15.2 приведены результаты испытаний тонкопленочных наноструктурированных материалов.
В процессе оптимального выбора композиции «активированный сорбент - ТНМ» эффективность наносорбента может быть улучшена не на порядок, как представлено в таблице, а на 3-5 порядков.
Таблица 15.1 - Эффективность очистки питьевой воды наномембранами
Материал |
Удельная скорость |
Эффективность, % |
Ресурс, м3/м2 |
|
Cu, Ti |
0.85-0.95 |
95-96 |
250 |
|
AlN |
0.80-0.85 |
98-99 |
250-300 |
|
(Cu, Ti) + AlN |
~ 0.85 |
~ 99 |
250-300 |
|
Fe, Cr, Ni, … |
~ 0.83 |
~ 99.1 |
180-210 |
|
Нитриды Fe, Cr, Ni, |
~ 0.75 |
~ 99.85 |
~ 190 |
Таблица 15.2 - Очистка водно-солевого раствора от радионуклидов наносорбентами
Сорбент |
137Cs |
90Sr |
|
Коэффициент очистки, Коч = Аисх / Акон |
|||
Цеолит исходный |
8,1 |
11,0 |
|
Цеолит с TiO2 покрытием |
22,7 |
9,5 |
|
Трепел модифицированный |
24,3 |
13 |
|
Трепел модифицированный с TiO2 покрытием |
106 |
180 |
Таблица 15.3 - Дожигание водорода в системе водородной безопасности АЭС платинозамещающим нанокатализатором
Нанокатализатор |
Коэффициент конверсии (%) водорода при различной температуре нанокатализатора, °С |
||||
100 |
300 |
350 |
500 |
||
Расход воздушной смеси с 6 об. % водорода - 100 мл/мин |
|||||
ТНМ - оксид меди, |
11 |
33 |
70 |
99 |
3. Нанопорошковая металлургия
Использование нанопорошков в порошковой металлургии - весьма перспективное, но пока еще мало изученное направление. Сегодня производство нанопорошков в промышленных масштабах сдерживает необходимость использования достаточно дорогостоящего оборудования. Однако наука не стоит на месте. Как считают эксперты, уже в самом ближайшем будущем нанопорошковая металлургия станет достаточно распространенным направлением промышленности.
В настоящее время в порошковой металлургии все чаще находят свое применение нанопорошки, используемые в качестве наполнителей для новых материалов и композитов, компонентов многих покрытий, катализаторов, материалов для электроники.
Их использование предполагает ряд преимуществ, среди которых: спекание (термическая обработка) при более низких температурах, равномерное распределение фаз, обеспечение более высокой удельной плотности, ударной прочности и твердости. А также высокая дисперсность структуры и получение металлокомпо-зитных структур, несовместимых при использовании других технологий.
В промышленных масштабах производство большинства видов нанопорошков началось лишь около 10 лет тому назад. До этого нанопорошки в небольших количествах выпускали лишь научно-исследовательские институты и университеты с целью применения их в дальнейших исследованиях .
По определению, наночастицы должны иметь диаметр менее 100 нм. Почти половина нанопорошков имеет диаметр менее 30 нм. Девять процентов порошков, относящихся к группе «нано», имеют диаметр более 100 нм. Большинство производителей предлагают порошки диаметром от 5 до 100 нм. При определении цены не столь важен размер частиц, сколько важна чистота и однородность.
В настоящее время доступен достаточно широкий ассортимент нанопорошков. Все их можно условно разделить на 4 группы: оксиды металлов (составляют около 80% всех производимых нанопрошоков), сложные оксиды, порошки чистых металлов и смеси.
Среди оксидов металлов наиболее распространен кремнезем, которого выпускается больше всего в мире - около 50 % всего производства нанопорошоков или 25 тыс. т в год. Глинозем составляет приблизительно 20% годового объема производства нанопорошков, его выпускается около 9 тыс. т в год, наконец, третье место занимает диоксид титана (титания), на долю которого приходится около 10% мирового производства (5 тыс. т в год).
Порошки чистых металлов составляют сегодня достаточно значительную и все возрастающую долю всего объема производства нанопорошков. Однако промышленное применение многих из них нуждается в дальнейшем развитии. Затраты на производство однородных порошков металлов с высокой степенью чистоты намного выше, чем на производство оксидов металлов. По объему производства в мире лидируют пять порошков - железа, алюминия, меди, никеля и титана. Их мировое годовое производство в совокупности составляет чуть больше 9 тыс. т в год.
Сложные оксиды и смеси производятся в настоящее время в ограниченном количестве. Смеси более разнообразны, хотя они в высшей степени специализированы, и объем их производства небольшой по сравнению с оксидами металлов и порошками чистых металлов (всего около 3 тыс. т в год). Однако ожидается, что их использование возрастет в долгосрочной перспективе.
Ведущие производители и потребители
Основные мировые производители нанопорошков сосредоточены в США (более половины), однако большинство из них представляют собой небольшие специализированные компании или научно-исследовательские институты. На американские компании приходится около двух третей всего мирового производства. Большую часть остального объема нанопорошков выпускают Европейский Союз и Азия.
Американская нанопорошковая отрасль отличается наличием высокой поддержки правительства и заинтересованности местных потребителей. Здесь наряду с коммерческим производством нанопорошков не прекращаются и научно исследовательские работы в данном направлении. В США производятся практически все существующие типы нанопорошков. США полностью удовлетворяют собственные потребности в нанопорошках, а также обеспечивают Европу и, в меньшей степени, Азию нанопорошками, необходимыми для промышленности.
В странах Европейского Союза нет крупных месторождений сырья для производства нанопорошков, однако пока это не мешает росту их выпуска. Наиболее продвинутыми считаются Германия и Англия, где интенсивно ведутся научные исследования, работают хорошо финансируемые лаборатории, имеется много высококвалифицированных исследователей. Немецкие производители изготавливают несколько типов высококачественных порошков для биотехнологий.
Азиатских производителей не много, однако они в большинстве своем достаточно крупные. Специализируясь на производстве всего нескольких видов нанопорошков, они не только удовлетворяют внутренний спрос, но и поставляют продукт в соседние страны, конкурируя при этом с американскими поставщиками. Так, в Корее есть большое число фирм, выпускающих продукты, подобные американским. В Японии головные компании зачастую создают дочерние предприятия по производству нанопорошков для внутреннего использования. В Китае же строятся в основном большие региональные заводы с мощным производственным потенциалом. Благодаря наличию значительных залежей редкоземельных металлов, а также крупным внутренним инвестициям и мощному потенциалу трудовых ресурсов в азиатских странах, в частности в Китае, данный регион уже скоро может стать серьезным игроком на рынке нанопорошковой металлургии.
В странах СНГ наибольшего развития нанопорошковая металлургия получила в России. Наиболее значимым здесь является научно-производственное предприятие «Высокодисперсные металлические порошки» («ВМП»), г. Екатеринбург, образованное в 1990 году по инициативе Государственного комитета по Науке и Технике СССР как потенциально инновационное учреждение. К настоящему времени «ВМП» сумело создать промышленные технологии и производство металлических нанопорошков (цинка, меди и бронзы) и уникальных продуктов на их основе (антикоррозионные композиции).
Вопросы для самопроверки:
Что такое нанотехнологии?
Какие материалы относятся к наноматериалам?
Какие материалы относятся к интелектуальным, в чем их особенность?
Области применения ТНМ?
Способы получения ТНМ?
Применение нанопорошковой металлургии?
Перечень ссылок
1. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры,нанотехнологии / А. И. Гусев. - М. : Физматлит, 2005. - 416 с.
2. Сергеев Г. Б. Нанохимия / Г. Б. Сергеев. - М. : Изд-во МГУ, 2003. - 288 с.
3. Азаренков Н. А. Основы нанотехнологий и наноматериалов / Н. А. Азаренков, А. А. Веревкин, Г. П. Ковтун. - Харьков : ХПИ, 2009. - 69 с.
4. Суздалев И. П. Нанотехнология : физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И. П. Суздалев. - М. : КомКнига, 2006. - 592 с.
5. Андриевский Р. А. Наноструктурные материалы / Р. А. Андриевский, А. В. Рагуля.- М. : Aкадемия, 2005. - 192 с.
6. Анищик В. М. Наноматериалы и нанотехнологии / В. М. Анищик и др. - Минск : Изд. центр БГУ, 2008. - 375 с.
7. Гусев А. И. Нанокристаллические материалы / А. И. Гусев, А. А. Ремпель. - М. : Физматлит, 2000. - 224 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Совокупность методов изготовления порошков металлов и сплавов. Преимущества порошковой металлургии. Изготовление пористых материалов. Получение материалов высокой чистоты. Использование продукции порошковой металлургии в других отраслях промышленности.
презентация [495,7 K], добавлен 07.02.2011Классификация композиционных материалов, их геометрические признаки и свойства. Использование металлов и их сплавов, полимеров, керамических материалов в качестве матриц. Особенности порошковой металлургии, свойства и применение магнитодиэлектриков.
презентация [29,9 K], добавлен 14.10.2013Порошковая металлургия. Основными элементами технологии порошковой металлургии. Методы изготовления порошковых материалов. Методы контроля свойств порошков. Химические, физические, технологические свойства. Основные закономерности прессования.
курсовая работа [442,7 K], добавлен 17.10.2008Понятия и классификация нанотехнологий, виды наноструктур. Характеристика способов наноконстуирования. Исследование свойств материалов, применение и ограничения в использовании наноматериалов. Модифицирование сплавов с нанокристаллической решеткой.
курсовая работа [9,1 M], добавлен 14.07.2012Возникновение и развитие нанотехнологии. Общая характеристика технологии консолидированных материалов (порошковых, пластической деформации, кристаллизации из аморфного состояния), технологии полимерных, пористых, трубчатых и биологических наноматериалов.
реферат [3,1 M], добавлен 19.04.2010Основные понятия и технологические процессы порошковой металлургии. Сущность изготовления деталей и заготовок по этому методу. Экономическая целесообразность применения порошковой металлургии в промышленности, основные направления и перспективы развития.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 04.06.2009Материальная основа и функции технического сервиса пути его развития. Современное состояние предприятий ТС, направления их реформирования. Виды и применение наноматериалов и нанотехнологий при изготовлении, восстановлении и упрочнении деталей машин.
реферат [397,6 K], добавлен 23.10.2011Высокопрочные керамики на основе оксидов - перспективные материалы конструкционного и инструментального назначения. Свойства оксидов цинка и меди. Допированные керамики. Основы порошковой металлургии. Технология спекания. Характеристика оборудования.
курсовая работа [923,2 K], добавлен 19.09.2012Анализ методов оценки упругопластических свойств материалов для верха обуви при растяжении. Обоснование выбора методов испытаний и исследуемых материалов. Разработка автоматизированного комплекса для оценки свойств при одноосном и двухосном растяжении.
дипломная работа [4,8 M], добавлен 26.10.2011Использование нанотехнологий в пищевой промышленности. Создание новых пищевых продуктов и контроль за их безопасностью. Метод крупномасштабного фракционирования пищевого сырья. Продукты с использованием нанотехнологий и классификация наноматериалов.
презентация [4,6 M], добавлен 12.12.2013Роль химии в химической технологии текстильных материалов. Подготовка и колорирование текстильных материалов. Основные положения теории отделки текстильных материалов с применением высокомолекулярных соединений. Ухудшение механических свойств материалов.
курсовая работа [43,7 K], добавлен 03.04.2010Физико-химические закономерности формирования; строение и свойства материалов. Типы кристаллических решёток металлов. Испытания на ударный изгиб. Термическая и химико-термическая обработка, контроль качества металлов и сплавов. Конструкционные материалы.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 03.02.2012Обработка металлов и других материалов путем снятия незначительного слоя (опиливания) напильниками. Классификация, виды и критерии выбора напильников. Подготовка к опиливанию и приёмы опиливания, контроль поверхности. Механизация опиловочных работ.
реферат [42,6 K], добавлен 22.04.2014Разработка технологического процесса изготовления вольфрамовой нити методом порошковой металлургии. Достоинства и недостатки вольфрамовой нити, ее применение. Изготовление фюзеляжа самолета из композиционного материала. Описание конструкции фюзеляжа.
контрольная работа [3,8 M], добавлен 02.02.2014Классификация физико-химических способов обработки материалов. Электроэрозионная обработка металлов. Размерная электрохимическая обработка. Ультразвуковая, светолучевая и электроннолучевая обработка материалов. Комбинированные методы обработки металлов.
реферат [7,3 M], добавлен 29.01.2012Понятие, классификация и механизм проявления деформации материалов. Современные представления про теорию разрушения материалов. Факторы, которые влияют на деформацию. Упругопластические деформации металлов и их износ. Особенности разрушения металлов.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.12.2010Определение понятия неразрушающего контроля качества в металлургии. Изучение дефектов металлов, их видов и возможных последствий. Ознакомление с основными методами неразрушающего контроля качества материалов и продукции с разрушением и без разрушения.
реферат [185,0 K], добавлен 28.09.2014Специфика поведения порошковых материалов типа гафний-бор под действием ударного импульса. Модель физико-химических процессов в реагирующей порошковой среде гафний-бор. Рекомендации к промышленному производству диборида гафния с заданием формы детали.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.08.2012Основные компоненты современного ядерного реактора. Общая характеристика коррозионно-стойких материалов: нержавеющих сталей, металлокерамических материалов, конструкционных электротехнических сплавов. Эффективность методов защиты металлов от коррозии.
курсовая работа [616,4 K], добавлен 26.10.2010Распространенность металлов в природе. Содержание металлов в земной коре в свободном состоянии и в виде сплавов. Классификация областей современной металлургии в зависимости от методов выделения металлов. Характеристика металлургических процессов.
презентация [2,4 M], добавлен 19.02.2015