मंजूर

शैक्षणिक मामलों के लिए वाइस रेक्टर

वी.वी. हुसिमत्सेव

"_____" ___________________ 2011

नैनोमैटेरियल्स और नैनोसिस्टम्स की सामग्री विज्ञान

कोड, तैयारी की दिशा

152200 नैनोइंजीनियरिंग

प्रशिक्षण प्रोफ़ाइल

नेनोसामग्री

साइकिल, कोड

गणितीय और प्राकृतिक विज्ञान (बी.3.1-3ए)

सेमेस्टर

स्नातक की योग्यता (डिग्री)

अविवाहित

अध्ययन का रूप

पूरा समय

संकाय

फ़ैशन उद्योग

अध्ययन कार्य का प्रकार

कुल घंटे / क्रेडिट

सेमेस्टर संख्या

कक्षा की गतिविधियाँ (कुल)

शामिल:

व्यावहारिक कक्षाएं (सेमिनार)

स्वतंत्र कार्य (कुल)

व्यावहारिक कक्षाओं की तैयारी (सेमिनार)

स्वतंत्र अध्ययन के लिए प्रस्तुत सैद्धांतिक मुद्दों का अध्ययन

परीक्षा की तैयारी

इंटरमीडिएट प्रमाणन का प्रकार (परीक्षण, परीक्षा)

कुल श्रम तीव्रता: घंटे

क्रेडिट

ए.के. इज़गोरोडिन

सभ्यता के विकास में सामग्रियों ने हमेशा महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। वैज्ञानिकों का कहना है कि मानव जाति के इतिहास को प्रयुक्त सामग्री में परिवर्तन के रूप में वर्णित किया जा सकता है। सभ्यता के इतिहास के युगों को सामग्री के अनुसार नामित किया गया था: पाषाण, कांस्य और लौह युग। शायद वर्तमान युग को मिश्रित सामग्री की सदी कहा जाएगा। विकसित देशों में, सामग्री विज्ञान को सूचना प्रौद्योगिकी और जैव प्रौद्योगिकी के साथ ज्ञान के शीर्ष तीन क्षेत्रों में स्थान दिया गया है।

प्रौद्योगिकी की प्रत्येक शाखा, जैसे-जैसे यह विकसित होती है, सामग्री पर अधिक से अधिक विविध और उच्च मांग करती है। उदाहरण के लिए, तापमान (उच्च और अति-निम्न तापमान) और थर्मल साइकलिंग प्रतिरोध के अलावा उपग्रहों और अंतरिक्ष यान के लिए संरचनात्मक सामग्री, पूर्ण वैक्यूम में मजबूती, कंपन का प्रतिरोध, उच्च त्वरण (त्वरण से हजारों गुना अधिक होना चाहिए) गुरुत्वाकर्षण), उल्कापिंड की बमबारी, प्लाज्मा के लंबे समय तक संपर्क, विकिरण, भारहीनता आदि। केवल मिश्रित सामग्री जिसमें कई घटकों के साथ तेजी से भिन्न गुण होते हैं, ऐसी परस्पर विरोधी आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं।

बढ़ी हुई गर्मी प्रतिरोध के साथ स्तरित इंटरमेटेलिक कम्पोजिट

अतिचालक फाइबर कम्पोजिट

पहनने के लिए प्रतिरोधी फैलाव-मजबूत मिश्रित सामग्री

अधिकांश विशेषज्ञों के पूर्वानुमानों के अनुसार, नैनोटेक्नोलोजी (आधुनिक सामग्री विज्ञान के वर्गों में से एक) का विकास, 21वीं सदी का चेहरा निर्धारित करेगा। पिछले 15 वर्षों में रसायन विज्ञान और भौतिकी में चार नोबेल पुरस्कार प्रदान करने से इसकी पुष्टि होती है: अर्धचालक प्रौद्योगिकी और एकीकृत सर्किट के क्षेत्र में विकास के लिए कार्बन - फुलरीन (1996) और ग्राफीन (2010) के नए रूपों की खोज के लिए। (2000), ऑप्टिकल सेमीकंडक्टर सेंसर (2009)। नैनोटेक्नोलॉजी में निवेश के मामले में रूस दुनिया में दूसरे स्थान पर है, संयुक्त राज्य अमेरिका के बाद दूसरे स्थान पर है (2011 में, निवेश लगभग 2 बिलियन डॉलर था)। वर्तमान में, विज्ञान नई सामग्रियों में वास्तविक उछाल का अनुभव कर रहा है। इस संबंध में, कई उद्योगों में सामग्री वैज्ञानिकों की मांग है: परमाणु ऊर्जा, चिकित्सा, तेल, मोटर वाहन, विमानन, अंतरिक्ष, रक्षा, ऊर्जा उद्योग, कुलीन खेल उद्योग, अनुसंधान संस्थान और विज्ञान-गहन उत्पादों का उत्पादन करने वाली नवीन कंपनियों में।

मिश्रित सामग्री से बने सुखोई सुपरजेट 100 के पुर्जे और असेंबलियां

ग्राफीन पर आधारित लचीले डिस्प्ले

मिश्रित सामग्री से बने आधुनिक खेल उपकरण

सामग्री वैज्ञानिक विभिन्न उद्देश्यों के लिए कार्बनिक और अकार्बनिक प्रकृति की सामग्री के विकास, अनुसंधान और संशोधन में लगे हुए हैं; उनके उत्पादन, संरचना निर्माण, उत्पादन, प्रसंस्करण और संचालन के चरणों में परिवर्तन की प्रक्रियाएं; सामग्री की विश्वसनीयता और दक्षता के मुद्दे; विभिन्न प्रकार के लोडिंग के तहत भागों और विधानसभाओं के व्यवहार का कंप्यूटर सिमुलेशन; इकाइयों और उपकरणों के घटकों के निर्माण के लिए सामग्री से संबंधित मामलों में विभिन्न उत्पादन विभागों को तकनीकी सहायता प्रदान करना, कंपनी के संभावित आपूर्तिकर्ताओं के चयन और मूल्यांकन में भाग लेना।

VolgGTU की "सामग्री विज्ञान" दिशा के स्नातक बड़ी कंपनियों और उद्यमों में काम करने की मांग में हैं: VgAZ-SUAL, LLC LUKOIL की OJSC SUAL शाखा - Volgogradneftepererabotka, OJSC VNIKTIneftekhimoborudovaniye, OJSC Volgogradneftemash, JSC सेंट्रल डिज़ाइन ब्यूरो टाइटन, JSC सेंट्रल डिज़ाइन ब्यूरो टाइटन, OJSC VMK Krasny Oktyabr, JSC वोल्गा पाइप प्लांट, JSC TK Neftekhimgaz, JSC Expertise, LLC Volgogradnefteproekt, JSC Kaustik, LLC Konstanta-2 और कई अन्य।

स्नातक स्नातक और परास्नातक का प्रशिक्षण "सामग्री विज्ञान और सामग्री की प्रौद्योगिकी" दिशा के ढांचे के भीतर किया जाता है

कार्बन नैनोट्यूब मॉडल

एक वर्ष का अंत और अगले की शुरुआत एक विशेष समय होता है जब अतीत का विश्लेषण करने और आगे क्या है, इस पर चिंतन करने की इच्छा से मानवता का दौरा किया जाता है। और नए साल की शुरुआत में, हम सामग्री विज्ञान से संबंधित उनके विकास की शुरुआत के बाद से नैनो टेक्नोलॉजी में 10 सबसे महत्वपूर्ण उपलब्धियों की समीक्षा करना चाहते हैं।

इस तरह से इसके संपादकों में से एक जे.वुड ने मैटेरियल्स टुडे के नए साल के बाद के अंक में अपना प्रकाशन शुरू किया, यह सोचकर कि पिछले 50 वर्षों की किन घटनाओं ने सामग्री विज्ञान के विकास में आज की उच्च गतिशीलता को निर्धारित किया है। लकड़ी 10 घटनाओं की पहचान करती है (यहां उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी की खोज शामिल नहीं है, जाहिर है कि भौतिक वैज्ञानिकों की तुलना में भौतिकविदों के लिए एक घटना अधिक महत्वपूर्ण है)।

पहले स्थान पर- "अर्धचालकों के लिए अंतर्राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी रोडमैप" (अर्धचालकों के लिए अंतर्राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी रोडमैप - आईटीआरएस), एक वैज्ञानिक खोज नहीं है, बल्कि वास्तव में, विशेषज्ञों के एक बड़े अंतरराष्ट्रीय समूह द्वारा संकलित एक दस्तावेज़ (विश्लेषणात्मक समीक्षा) है (1994 में, 400 से अधिक प्रौद्योगिकीविद मानचित्र को संकलित करने में शामिल थे, और 2007 में उद्योग, राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं और शैक्षणिक संस्थानों के 1200 से अधिक विशेषज्ञ)। विज्ञान, प्रौद्योगिकी और अर्थशास्त्र को मिलाकर, मानचित्र उन लक्ष्यों को स्थापित करता है जिन्हें एक निश्चित समय अवधि में प्राप्त किया जा सकता है और उन्हें प्राप्त करने के सर्वोत्तम तरीके। अंतिम रिपोर्ट (2007 में इसमें 18 अध्याय और 1000 पृष्ठ शामिल हैं) अधिकांश विशेषज्ञों के बीच एक आम सहमति का परिणाम है, जो लंबी चर्चा के बाद पहुंची है। नैनो-शोध के रूसी आयोजकों को नैनोडेवलपमेंट के लक्ष्य को चुनते समय इसी तरह की समस्या का सामना करना पड़ा। वे थोड़े समय में "इन्वेंट्री" की कोशिश कर रहे हैं जो रूस में पहले से ही "भड़काऊ" है और विकास चैनल की इष्टतम दिशा खोजने के लिए जल्दबाजी में बनाई गई विशेषज्ञ परिषदों को बुला रही है। आईटीआरएस रिपोर्ट की सामग्री से परिचित होना और इन अध्ययनों को आयोजित करने का अनुभव स्पष्ट रूप से उपयोगी होगा।

चावल। 1. आईटीआरएस पर आधारित सेमीकंडक्टर अनुसंधान

दूसरी जगह- स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी - आश्चर्य की बात नहीं है, क्योंकि यह आविष्कार (1981) था जिसने नैनो-शोध और नैनो-प्रौद्योगिकी के लिए एक प्रोत्साहन के रूप में कार्य किया।

तीसरा स्थान- चुंबकीय और गैर-चुंबकीय सामग्री (1988) की बहुपरत संरचनाओं में विशाल चुंबकत्व का प्रभाव, जिसके आधार पर हार्ड डिस्क के लिए रीड हेड बनाए गए, जो अब सभी व्यक्तिगत कंप्यूटरों से लैस हैं।

चौथे स्थान पर- GaAs पर सेमीकंडक्टर लेजर और एल ई डी (पहला विकास 1962 में हुआ), दूरसंचार प्रणालियों के मुख्य घटक, सीडी और डीवीडी प्लेयर, लेजर प्रिंटर।

पांचवां स्थान- फिर से एक वैज्ञानिक खोज को संदर्भित नहीं करता है, बल्कि 2000 में बड़े पैमाने पर उन्नत वैज्ञानिक अनुसंधान को बढ़ावा देने के लिए एक सुव्यवस्थित घटना को संदर्भित करता है - तथाकथित। यूएस नेशनल नैनोटेक्नोलॉजी इनिशिएटिव। दुनिया भर में विज्ञान अब इस पहल के उत्साही लोगों के लिए बहुत कुछ बकाया है - तत्कालीन राष्ट्रपति बी क्लिंटन और यूएस नेशनल साइंस फाउंडेशन के डॉ एम रोको (मिहेल सी रोको)। 2007 में, nanoresearch के लिए वैश्विक वित्त पोषण 12 अरब डॉलर से अधिक हो गया। दुनिया के 60 (!) देशों में प्रासंगिक वैज्ञानिक कार्यक्रम शुरू किए गए हैं। वैसे, कुछ रूसी वैज्ञानिकों की स्थिति जो "नैनोब्लिज़ार्ड" [उदाहरण के लिए, 2] से असंतुष्ट हैं, थोड़ी समझ से बाहर है, क्योंकि यह बर्फ़ीला तूफ़ान था जिसने रूसी सरकार को अंततः विज्ञान की ओर मुड़ने के लिए मजबूर किया।

चावल। 2. नैनोफाइबर से प्रबलित साइकिल

छठा स्थान- कार्बन फाइबर के साथ प्रबलित प्लास्टिक। मिश्रित सामग्री - प्रकाश और मजबूत - ने कई उद्योगों को बदल दिया है: विमान, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी, परिवहन, पैकेजिंग, खेल उपकरण।

सातवां स्थान- लिथियम आयन बैटरी के लिए सामग्री। यह कल्पना करना कठिन है कि कुछ समय पहले तक हमने लैपटॉप और मोबाइल फोन के बिना नहीं किया था। यह "मोबाइल क्रांति" जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करके रिचार्जेबल बैटरी से अधिक ऊर्जा-गहन लिथियम आयन बैटरी (कैथोड - LiCoO__2__ या LiFeO__4__, एनोड - कार्बन) में संक्रमण के बिना संभव नहीं होता।

आठवां स्थान- कार्बन नैनोट्यूब (1991), उनकी खोज से पहले 1985 में C__60__ फुलरीन की कोई कम सनसनीखेज खोज नहीं हुई थी। आज, कार्बन नैनोस्ट्रक्चर के अद्भुत, अद्वितीय और आशाजनक गुण सबसे लोकप्रिय प्रकाशनों के केंद्र में हैं। हालांकि, नैनो उपकरणों में उनके समावेश के लिए समान गुणों, शुद्धिकरण विधियों और प्रौद्योगिकियों के साथ उनके द्रव्यमान संश्लेषण के तरीकों के बारे में अभी भी कई प्रश्न हैं।

चावल। 3. मेटामटेरियल जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करता है

नौवां स्थान- सॉफ्ट प्रिंटेड लिथोग्राफी के लिए सामग्री। लिथोग्राफिक प्रक्रियाएं आज के माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और सर्किट, भंडारण मीडिया और अन्य उत्पादों के उत्पादन में एक केंद्रीय स्थान रखती हैं, और निकट भविष्य में कोई विकल्प नहीं है। सॉफ्ट प्रिंटेड लिथोग्राफी एक लचीला पॉलीडिमिथाइलोक्सीसिलेन स्टैम्प का उपयोग करती है जिसे कई बार इस्तेमाल किया जा सकता है। विधि का उपयोग फ्लैट, घुमावदार और लचीले सबस्ट्रेट्स पर किया जा सकता है, जो आज प्राप्त 30 एनएम तक के संकल्प के साथ है।

इंस्टिट्यूट ऑफ़ मेटलर्जी एंड मैटेरियल्स साइंस (IMET) द्वारा प्रकाशन के लिए अनुशंसित im. ए.ए. बायकोव आरएएस (भौतिक रसायन विज्ञान और कोटिंग प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला - प्रयोगशाला के प्रमुख वी.आई. कलिता, तकनीकी विज्ञान के डॉक्टर, प्रोफेसर) और सेंट पीटर्सबर्ग यूनिवर्सिटी ऑफ इंजीनियरिंग एंड इकोनॉमिक्स (इंजीनियरिंग और तकनीकी विज्ञान विभाग - विभाग के प्रमुख वी.के. फेड्युकिन, डॉक्टर ऑफ टेक्निकल विज्ञान, प्रोफेसर, अंतर्राष्ट्रीय उच्च शिक्षा अकादमी के संबंधित सदस्य) "आधुनिक प्रौद्योगिकियों और उद्योगों के लिए सामग्री" पाठ्यक्रम के भाग के रूप में प्रशिक्षण के तकनीकी क्षेत्रों में अध्ययन कर रहे विश्वविद्यालय के छात्रों के लिए एक शिक्षण सहायता के रूप में।

पीपीओ नंबर 04-01 के लिए यूएमओ ग्राफ प्राप्त किया (उच्च शिक्षण संस्थानों के छात्रों के लिए शिक्षण सहायता के रूप में व्यावसायिक शैक्षणिक शिक्षा के लिए शैक्षिक और पद्धति संघ द्वारा अनुमोदित)।

उच्च प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में वैज्ञानिक और तकनीकी प्रगति - सामग्री विज्ञान, इलेक्ट्रॉनिक्स, माइक्रोमैकेनिक्स, चिकित्सा और मानव गतिविधि के अन्य क्षेत्रों में संरचनाओं, सामग्रियों और उपकरणों के मौलिक और अनुप्रयुक्त अनुसंधान, डिजाइन और व्यावहारिक उपयोग के परिणामों से जुड़ा हुआ है। जिनमें से नैनोमीटर रेंज (1 एनएम = 10-9 मीटर) में आयाम हैं, और उनके निर्माण (नैनो टेक्नोलॉजी) और नैदानिक ​​​​विधियों के लिए प्रौद्योगिकियों का विकास है। सामग्री विज्ञान में नैनो तकनीक की वस्तुएं बिखरी हुई सामग्री, फिल्म और नैनोक्रिस्टलाइन सामग्री हैं।

मैनुअल का उद्देश्य छात्रों और विशेषज्ञों को नैनोमैटेरियल्स और नैनोटेक्नोलोजी के क्षेत्र में विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास में एक नई प्रभावी दिशा से परिचित कराना है, विशेष रूप से, अद्वितीय गुणों के साथ नैनोक्रिस्टलाइन संरचनात्मक सामग्री का संश्लेषण और उद्योग में उनके उपयोग के उदाहरण। .

मैनुअल नैनोसाइंस और नैनोइंडस्ट्री की सैद्धांतिक और तकनीकी नींव, समस्याओं और संभावनाओं पर चर्चा करता है। नैनोसाइंस की बुनियादी अवधारणाओं की परिभाषाएं प्रस्तावित हैं। नैनोमटेरियल्स और नैनोस्ट्रक्चर पर डेटा व्यवस्थित किया जाता है और उनका वर्गीकरण दिया जाता है। नैनोस्ट्रक्चर के अनुसंधान और डिजाइन के तरीकों का वर्णन किया गया है। नैनोस्ट्रक्चर सामग्री के संश्लेषण के तरीकों और विभिन्न उद्योगों में पारंपरिक और नई प्रौद्योगिकियों में उनके आवेदन के कई उदाहरणों का विश्लेषण दिया गया है। संरचनात्मक और कार्यात्मक नैनोमटेरियल्स के भौतिक, यांत्रिक और तकनीकी गुणों में परिवर्तन की विशेषताओं पर विचार किया जाता है।

पाठ्यपुस्तक को विभिन्न विशिष्टताओं में अध्ययन करने वाले उच्च शिक्षण संस्थानों के छात्रों के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो सामग्री विज्ञान और संरचनात्मक सामग्री की तकनीक में पाठ्यक्रम का अध्ययन कर रहे हैं। यह स्नातक छात्रों, विशेषज्ञों और नैनोमटेरियल्स और नैनोटेक्नोलोजी से संबंधित शोधकर्ताओं के लिए उपयोगी हो सकता है।

ट्यूटोरियल की संरचना:

परिचय।

अध्याय 1. बुनियादी बातों और नैनो सामग्री और नैनो प्रौद्योगिकी के विज्ञान के विकास के पहलू।

अध्याय 2. नैनोमटेरियल्स और नैनोस्ट्रक्चर।

अध्याय 3. नैनोस्ट्रक्चर के अध्ययन और डिजाइन के लिए तरीके।

अध्याय 4. नैनोसंरचित सामग्री प्राप्त करने और नैनो उत्पादों के निर्माण के लिए प्रौद्योगिकियां।

अध्याय 5. नैनो सामग्री के यांत्रिक गुण।

निष्कर्ष।

ग्रंथ सूची सूची।

शर्तों की सूची।

अनुलग्नक: नैनो प्रौद्योगिकी और नैनो सामग्री की विशेष प्रदर्शनी।

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