MENYETUJUI

Wakil Rektor Bidang Akademik

V.V. Lyubimtsev

"_____" ______ 2011

Ilmu material dari bahan nano dan sistem nano

Kode, arah persiapan

152200 Nanoengineering

Profil pelatihan

bahan nano

Siklus, kode

Matematika dan IPA (B.3.1-3a)

Semester

Kualifikasi (gelar) lulusan

sarjana

Bentuk studi

waktu penuh

Fakultas

industri mode

Jenis pekerjaan studi

Jumlah jam / kredit

nomor semester

Kegiatan kelas (total)

Termasuk:

Kelas praktikum (seminar)

Pekerjaan mandiri (total)

Persiapan kelas praktik (seminar)

Studi tentang masalah teoretis yang diajukan untuk studi independen

Persiapan ujian

Jenis sertifikasi menengah (tes, ujian)

Intensitas tenaga kerja total: jam

kredit

A.K. Izgorodin

Material selalu memainkan peran penting dalam perkembangan peradaban. Para ilmuwan mengatakan bahwa sejarah umat manusia dapat digambarkan sebagai perubahan bahan yang digunakan. Era sejarah peradaban diberi nama sesuai dengan bahannya: Zaman Batu, Perunggu dan Besi. Mungkin era saat ini akan disebut sebagai abad material komposit. Di negara-negara maju, ilmu material berada di antara tiga bidang pengetahuan teratas bersama dengan teknologi informasi dan bioteknologi.

Setiap cabang teknologi, seiring berkembangnya zaman, membuat tuntutan material semakin beragam dan tinggi. Misalnya, bahan struktural untuk satelit dan pesawat ruang angkasa, selain suhu (suhu tinggi dan ultra-rendah) dan ketahanan siklus termal, harus memiliki kekencangan dalam vakum absolut, ketahanan terhadap getaran, akselerasi tinggi (puluhan ribu kali lebih besar dari percepatan gravitasi), pemboman meteorit, kontak yang terlalu lama dengan plasma, radiasi, tanpa bobot, dll. Hanya material komposit yang terdiri dari beberapa komponen dengan sifat yang sangat berbeda yang dapat memenuhi persyaratan yang saling bertentangan tersebut.

Komposit intermetalik berlapis dengan peningkatan ketahanan panas

Komposit serat superkonduktif

Bahan komposit yang diperkuat dispersi tahan aus

Perkembangan nanoteknologi (salah satu bagian dari ilmu material modern), menurut perkiraan sebagian besar ahli, akan menentukan wajah abad ke-21. Hal ini ditegaskan dengan penganugerahan empat Hadiah Nobel dalam bidang kimia dan fisika selama 15 tahun terakhir: untuk penemuan bentuk baru karbon - fullerene (1996) dan graphene (2010), untuk perkembangan di bidang teknologi semikonduktor dan sirkuit terpadu (2000), sensor semikonduktor optik (2009). Rusia berada di tempat kedua di dunia dalam hal investasi nanoteknologi, kedua setelah Amerika Serikat (pada tahun 2011, investasi berjumlah sekitar $2 miliar). Saat ini, sains sedang mengalami ledakan nyata dalam materi baru. Dalam hal ini, ilmuwan material sangat dibutuhkan di banyak industri: dalam energi nuklir, kedokteran, produksi minyak, otomotif, penerbangan, luar angkasa, pertahanan, industri energi, industri olahraga elit, lembaga penelitian, dan perusahaan inovatif yang memproduksi produk intensif sains.

Bagian dan rakitan Sukhoi Superjet 100 terbuat dari bahan komposit

Tampilan fleksibel berdasarkan graphene

Peralatan olahraga modern yang terbuat dari bahan komposit

Ilmuwan material terlibat dalam pengembangan, penelitian, dan modifikasi material organik dan anorganik untuk berbagai tujuan; proses produksinya, pembentukan struktur, transformasi pada tahap produksi, pemrosesan, dan operasi; masalah keandalan dan efisiensi bahan; simulasi komputer dari perilaku bagian dan rakitan di bawah berbagai jenis pembebanan; memberikan dukungan teknis kepada berbagai departemen produksi dalam hal-hal yang berkaitan dengan bahan untuk pembuatan unit dan komponen peralatan, berpartisipasi dalam pemilihan dan evaluasi calon pemasok perusahaan.

Lulusan arah "Ilmu Bahan" VolgGTU sangat diminati bekerja di perusahaan dan perusahaan besar: OJSC SUAL cabang VgAZ-SUAL, LLC LUKOIL - Volgogradneftepererabotka, OJSC VNIKTIneftekhimoborudovaniye, OJSC Volgogradneftemash, Biro Desain Pusat JSC Titan, OJSC Neftez VMK Krasny Oktyabr, Pabrik Pipa Volga JSC, JSC TK Neftekhimgaz, Keahlian JSC, LLC Volgogradnefteproekt, JSC Kaustik, LLC Konstanta-2 dan banyak lainnya.

Pelatihan sarjana dan magister bersertifikat dilakukan dalam kerangka arahan "Ilmu Bahan dan Teknologi Bahan" di

Model tabung nano karbon

Akhir dari satu tahun dan awal tahun berikutnya adalah waktu khusus ketika umat manusia didatangi oleh keinginan untuk menganalisis masa lalu dan merenungkan apa yang ada di depan. Dan di awal tahun baru, kami ingin mengulas 10 perkembangan terpenting dalam nanoteknologi sejak awal perkembangannya, terkait dengan ilmu material.

Beginilah cara J.Wood, salah satu editornya, memulai publikasinya di Materials Today edisi pasca-Tahun Baru, bertanya-tanya peristiwa apa dalam 50 tahun terakhir yang telah menentukan dinamika tinggi dewasa ini dalam perkembangan ilmu material. Wood mengidentifikasi 10 peristiwa (tidak termasuk penemuan superkonduktivitas suhu tinggi di sini, jelas, sebagai peristiwa yang lebih signifikan bagi fisikawan daripada ilmuwan material).

Di tempat pertama- "Peta Jalan Teknologi Internasional untuk Semikonduktor" (Peta Jalan Teknologi Internasional untuk Semikonduktor - ITRS), bukan penemuan ilmiah, tetapi, pada kenyataannya, sebuah dokumen (tinjauan analitis) yang disusun oleh sekelompok besar pakar internasional (pada tahun 1994, lebih dari 400 ahli teknologi terlibat dalam penyusunan Peta, dan pada tahun 2007 lebih dari 1200 spesialis dari industri, laboratorium nasional dan institusi akademik). Menggabungkan ilmu pengetahuan, teknologi dan ekonomi, Peta menetapkan tujuan yang dapat dicapai dalam jangka waktu tertentu dan cara terbaik untuk mencapainya. Laporan akhir (pada tahun 2007 berisi 18 bab dan 1000 halaman teks) adalah hasil konsensus di antara mayoritas ahli, dicapai setelah diskusi panjang. Penyelenggara penelitian nano Rusia menghadapi masalah yang sama ketika memilih tujuan pengembangan nano. Mereka mencoba dalam waktu singkat untuk "menginventarisir" apa yang sudah "menimbulkan" di Rusia dan, menyerukan dewan ahli yang dibentuk dengan tergesa-gesa, untuk menemukan arah yang optimal dari saluran pengembangan. Keakraban dengan isi laporan ITRS dan pengalaman mengorganisir studi ini jelas akan berguna.

Beras. 1. Riset semikonduktor berbasis ITRS

Tempat kedua- scanning tunneling microscopy - tidak mengherankan, karena penemuan ini (1981) yang berfungsi sebagai dorongan untuk penelitian nano dan teknologi nano.

Posisi ketiga- efek magnetoresistance raksasa dalam struktur multilayer bahan magnetik dan non-magnetik (1988), berdasarkan mana kepala baca untuk hard disk dibuat, yang sekarang dilengkapi dengan semua komputer pribadi.

Tempat keempat- laser semikonduktor dan LED pada GaAs (pengembangan pertama dimulai pada tahun 1962), komponen utama sistem telekomunikasi, pemutar CD dan DVD, printer laser.

Tempat kelima- lagi-lagi mengacu bukan pada penemuan ilmiah, tetapi pada acara yang terorganisir dengan baik pada tahun 2000 untuk mempromosikan penelitian ilmiah maju yang masif - yang disebut. Inisiatif Nanoteknologi Nasional AS. Ilmu pengetahuan di seluruh dunia sekarang berhutang banyak kepada para penggemar inisiatif ini - saat itu Presiden B. Clinton dan Dr. M. Roko (Mihail C. Roco) dari US National Science Foundation. Pada tahun 2007, pendanaan global untuk penelitian nano melebihi $ 12 miliar Program ilmiah yang relevan telah diluncurkan di 60 (!) negara di dunia. Omong-omong, posisi beberapa ilmuwan Rusia yang tidak puas dengan "nanoblizzard" [misalnya, 2] agak tidak dapat dipahami, karena badai salju inilah yang memaksa pemerintah Rusia untuk akhirnya beralih ke sains.

Beras. 2. Sepeda diperkuat dengan nanofibers

Tempat keenam– plastik yang diperkuat dengan serat karbon. Bahan komposit - ringan dan kuat - telah mengubah banyak industri: pesawat terbang, teknologi luar angkasa, transportasi, pengemasan, peralatan olahraga.

Tempat ketujuh– bahan untuk baterai lithium ion. Sulit membayangkan bahwa sampai saat ini kami melakukannya tanpa laptop dan ponsel. "Revolusi seluler" ini tidak akan mungkin terjadi tanpa transisi dari baterai isi ulang menggunakan elektrolit berair ke baterai lithium ion yang lebih intensif energi (katoda - LiCoO__2__ atau LiFeO__4__, anoda - karbon).

Tempat kedelapan– karbon nanotube (1991), penemuan mereka didahului oleh penemuan yang tidak kalah sensasional pada tahun 1985 dari C__60__ fullerene. Saat ini, sifat yang menakjubkan, unik dan menjanjikan dari struktur nano karbon menjadi pusat publikasi terpanas. Namun, masih banyak pertanyaan mengenai metode sintesis massa mereka dengan sifat seragam, metode pemurnian, dan teknologi untuk dimasukkan dalam perangkat nano.

Beras. 3. Metamaterial yang menyerap radiasi elektromagnetik

tempat kesembilan– bahan untuk litografi cetak lunak. Proses litografi menempati tempat sentral dalam produksi perangkat dan sirkuit mikroelektronika saat ini, media penyimpanan, dan produk lainnya, dan tidak ada alternatif dalam waktu dekat. Litografi cetak lunak menggunakan stempel polidimetiloksisilane tangguh yang dapat digunakan beberapa kali. Metode ini dapat digunakan pada substrat datar, melengkung, dan fleksibel dengan resolusi hingga 30 nm yang dicapai saat ini.

Direkomendasikan untuk dipublikasikan oleh Institute of Metallurgy and Materials Science (IMET) im. A A. Baykov RAS (Laboratorium Kimia Fisik dan Teknologi Pelapisan - Kepala Laboratorium V.I. Kalita, Doktor Ilmu Teknik, Profesor) dan Universitas Teknik dan Ekonomi St. Petersburg (Departemen Teknik dan Ilmu Teknik - Kepala Departemen V.K. Fedyukin, Doktor Teknik Sciences, Professor, Corresponding Member of the International Academy of Higher Education) sebagai alat bantu pengajaran untuk mahasiswa yang belajar di bidang teknologi pelatihan sebagai bagian dari kursus "Teknologi modern dan bahan untuk industri."

Menerima Grafik UMO untuk PPO No. 04-01 (Disetujui oleh Educational and Methodological Association for Vocational Pedagogical Education sebagai alat bantu mengajar bagi mahasiswa institusi pendidikan tinggi).

Kemajuan ilmiah dan teknologi di bidang teknologi tinggi - dalam ilmu material, elektronik, mikromekanika, kedokteran, dan bidang aktivitas manusia lainnya dikaitkan dengan hasil penelitian mendasar dan terapan, desain dan penggunaan praktis struktur, bahan dan perangkat, elemen di antaranya memiliki dimensi dalam kisaran nanometer (1 nm = 10-9m), dan pengembangan teknologi untuk pembuatannya (nanoteknologi) dan metode diagnostik. Objek nanoteknologi dalam ilmu material adalah material terdispersi, film dan material nanokristalin.

Tujuan dari manual ini adalah untuk membiasakan siswa dan spesialis dengan arah baru yang efektif dalam pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang bahan nano dan teknologi nano, khususnya, sintesis bahan struktural nanokristalin dengan sifat unik dan contoh penggunaannya dalam industri. .

Manual ini membahas landasan teoretis dan teknologi, masalah dan prospek nanosains dan industri nano. Definisi konsep dasar nanosains diusulkan. Data pada bahan nano dan struktur nano disistematisasikan dan klasifikasinya diberikan. Metode untuk penelitian dan desain struktur nano dijelaskan. Analisis diberikan tentang metode untuk sintesis bahan berstruktur nano dan sejumlah contoh penerapannya dalam teknologi tradisional dan baru di berbagai industri. Fitur perubahan sifat fisik, mekanik dan teknologi bahan nano struktural dan fungsional dipertimbangkan.

Buku teks ini dirancang untuk siswa dari lembaga pendidikan tinggi yang belajar di berbagai spesialisasi, mempelajari kursus dalam ilmu material dan teknologi bahan struktural. Ini mungkin berguna bagi mahasiswa pascasarjana, spesialis dan peneliti yang berurusan dengan nanomaterial dan nanoteknologi.

Struktur tutorialnya:

Pengantar.

Bab 1. Dasar-dasar dan Aspek Perkembangan Ilmu Nanomaterial dan Nanoteknologi.

Bab 2. Nanomaterial dan struktur nano.

Bab 3. Metode untuk mempelajari dan merancang struktur nano.

Bab 4. Teknologi untuk memperoleh bahan berstrukturnano dan membuat produk nano.

Bab 5. Sifat mekanik bahan nano.

Kesimpulan.

Daftar bibliografi.

Daftar istilah.

Lampiran: Pameran Khusus Teknologi Nano dan Material Nano.

Tautan bibliografi