APROBA

Prorector pentru Afaceri Academice

V.V. Lyubimtsev

„_____” _________________ 2011

Știința materialelor nanomaterialelor și nanosistemelor

Cod, direcție de pregătire

152200 Nanoinginerie

Profil de formare

Nanomateriale

Ciclu, cod

Matematice și științe naturale (B.3.1-3a)

Semestre

Calificarea (gradul) absolventului

burlac

Forma de studiu

cu normă întreagă

Facultate

industria modei

Tipul muncii de studiu

Total ore/credite

Numărul semestrului

Activități la clasă (total)

Inclusiv:

Cursuri practice (seminarii)

Muncă independentă (total)

Pregătire pentru orele practice (seminarii)

Studiul problemelor teoretice depuse spre studiu independent

Pregătirea pentru test

Tipul de certificare intermediară (test, examen)

Intensitatea totală a muncii: ore

unități de credit

A.K. Izgorodin

Materialele au jucat întotdeauna un rol important în dezvoltarea civilizației. Oamenii de știință spun că istoria omenirii poate fi descrisă ca o schimbare a materialelor folosite. Epocile istoriei civilizației au fost denumite după materialele: Epoca de piatră, bronz și fier. Poate că epoca actuală va fi numită secolul materialelor compozite. În țările dezvoltate, știința materialelor este clasată printre primele trei domenii de cunoaștere, împreună cu tehnologia informației și biotehnologia.

Fiecare ramură a tehnologiei, pe măsură ce se dezvoltă, face cerințe din ce în ce mai diverse și mai mari la materiale. De exemplu, materialele structurale pentru sateliți și nave spațiale, pe lângă temperatură (temperaturi înalte și ultra-scăzute) și rezistența la cicluri termice, trebuie să aibă etanșeitate în vid absolut, rezistență la vibrații, accelerații mari (de zeci de mii de ori mai mari decât accelerația). de gravitație), bombardament cu meteoriți, expunere prelungită la plasmă, radiații, imponderabilitate etc. Doar materialele compozite constând din mai multe componente cu proprietăți radical diferite pot satisface astfel de cerințe contradictorii.

Compozit intermetalic stratificat cu rezistență crescută la căldură

Compozit din fibre supraconductoare

Material compozit rezistent la uzură, întărit la dispersie

Dezvoltarea nanotehnologiilor (una dintre secțiunile științei materialelor moderne), conform previziunilor majorității experților, va determina fața secolului XXI. Acest lucru este confirmat de acordarea a patru premii Nobel pentru chimie și fizică în ultimii 15 ani: pentru descoperirea de noi forme de carbon - fulerene (1996) și grafen (2010), pentru evoluțiile în domeniul tehnologiei semiconductoarelor și al circuitelor integrate. (2000), senzori optici cu semiconductor (2009). Rusia se află pe locul doi în lume în ceea ce privește investițiile în nanotehnologie, pe locul doi după Statele Unite (în 2011, investițiile s-au ridicat la aproximativ 2 miliarde de dolari). În prezent, știința se confruntă cu un adevărat boom al materialelor noi. În acest sens, oamenii de știință din materiale sunt solicitați în multe industrii: în energia nucleară, medicină, producția de petrol, auto, aviație, spațiu, apărare, industria energetică, industria sportului de elită, institute de cercetare și companii inovatoare care produc produse intensive în știință.

Piese și ansambluri ale Sukhoi Superjet 100 din materiale compozite

Afișaje flexibile bazate pe grafen

Echipament sportiv modern din materiale compozite

Oamenii de știință în materie de materiale sunt angajați în dezvoltarea, cercetarea și modificarea materialelor organice și anorganice în diverse scopuri; procesele de producere a acestora, formarea structurii, transformarea în etapele de producție, prelucrare și exploatare; probleme de fiabilitate și eficiență a materialelor; simularea computerizată a comportării pieselor și ansamblurilor sub diferite tipuri de încărcare; acorda suport tehnic diferitelor departamente de productie in materie de materiale pentru fabricarea unitatilor si componentelor echipamentelor, participa la selectia si evaluarea potentialilor furnizori ai companiei.

Absolvenții direcției „Știința materialelor” a VolgGTU sunt solicitați care lucrează în companii și întreprinderi mari: filiala OJSC SUAL a VgAZ-SUAL, LLC LUKOIL - Volgogradneftepererabotka, OJSC VNIKTIneftekhimoborudovaniye, OJSC Volgogradneftemash, JSC Central Design Bureauft Titan, OJSC Neftemash, JSC Central Design Bureauft Titan, OJSC. VMK Krasny Oktyabr, JSC Volga Pipe Plant, JSC TK Neftekhimgaz, JSC Expertise, LLC Volgogradnefteproekt, JSC Kaustik, LLC Konstanta-2 și multe altele.

Formarea absolvenților de licență și masterat se desfășoară în cadrul direcției „Știința Materialelor și Tehnologia Materialelor” la

Model de nanotuburi de carbon

Sfârșitul unui an și începutul următorului este un moment special în care omenirea este vizitată de dorința de a analiza trecutul și de a reflecta asupra a ceea ce urmează. Și la începutul noului an, ne dorim să trecem în revistă cele mai importante 10 dezvoltări din nanotehnologie de la începutul dezvoltării lor, legate de știința materialelor.

Așa își începe publicarea J.Wood, unul dintre editorii săi, în numărul de post-Anul Nou a revistei Materials Today, întrebându-se ce evenimente din ultimii 50 de ani au determinat dinamica înaltă de astăzi în dezvoltarea științei materialelor. Wood identifică 10 evenimente (fără a include aici descoperirea supraconductivității la temperatură înaltă, evident, ca un eveniment mai semnificativ pentru fizicieni decât pentru oamenii de știință din materiale).

La primul loc- „International Technology Roadmap for Semiconductors” (International Technology Roadmap for Semiconductors - ITRS), nu o descoperire științifică, ci, de fapt, un document (revizuire analitică) întocmit de un mare grup internațional de experți (în 1994, peste 400 de tehnologi). au fost implicați în alcătuirea Hărții, iar în 2007 peste 1200 de specialiști din industrie, laboratoare naționale și instituții academice). Combinând știința, tehnologia și economia, Harta stabilește obiectivele care pot fi atinse într-o anumită perioadă de timp și cele mai bune modalități de a le atinge. Raportul final (în 2007 conține 18 capitole și 1000 de pagini de text) este rezultatul unui consens în rândul majorității experților, la care sa ajuns în urma unor discuții îndelungate. Organizatorii ruși ai nanocercetării s-au confruntat cu o problemă similară atunci când au ales scopul nanodezvoltării. Aceștia încearcă în scurt timp să „inventarieze” ceea ce deja „inflige” în Rusia și, apelând la consiliile de experți create în grabă, să găsească direcția optimă a canalului de dezvoltare. Familiarizarea cu conținutul raportului ITRS și experiența organizării acestor studii ar fi în mod evident utile.

Orez. 1. Cercetarea semiconductorilor bazată pe ITRS

Locul doi- microscopia de scanare cu tunel - nu este surprinzător, deoarece această invenție (1981) a servit drept imbold pentru nanocercetări și nanotehnologii.

Locul al treilea- efectul magnetoresistenței gigantice în structurile multistrat de materiale magnetice și nemagnetice (1988), pe baza căruia au fost create capete de citire pentru hard disk-uri, care sunt acum echipate cu toate computerele personale.

Locul patru- lasere semiconductoare și LED-uri pe GaAs (prima dezvoltare datează din 1962), principalele componente ale sistemelor de telecomunicații, playere CD și DVD, imprimante laser.

Locul cinci- se referă din nou nu la o descoperire științifică, ci la un eveniment bine organizat în 2000 pentru a promova cercetarea științifică avansată masivă - așa-numita. Inițiativa națională de nanotehnologie din SUA. Știința din întreaga lume datorează acum mult pasionaților acestei inițiative – atunci președintele B. Clinton și Dr. M. Roko (Mihail C. Roco) de la Fundația Națională pentru Știință din SUA. În 2007, finanțarea globală pentru nanocercetare a depășit 12 miliarde de dolari.Programe științifice relevante au fost lansate în 60 (!) țări ale lumii. Apropo, poziția unor oameni de știință ruși care sunt nemulțumiți de „nanoblizzard” [de exemplu, 2] este puțin de neînțeles, deoarece această furtună de zăpadă a forțat guvernul rus să se îndrepte în cele din urmă către știință.

Orez. 2. Bicicleta armata cu nanofibre

Locul șase– materiale plastice armate cu fibre de carbon. Materialele compozite - ușoare și puternice - au transformat multe industrii: aeronave, tehnologie spațială, transporturi, ambalaje, echipamente sportive.

Locul șapte– materiale pentru baterii litiu-ion. Este greu de imaginat că până nu demult făceam fără laptopuri și telefoane mobile. Această „revoluție mobilă” nu ar fi fost posibilă fără trecerea de la bateriile reîncărcabile care utilizează electroliți apos la baterii cu ioni de litiu mai consumatoare de energie (catod - LiCoO__2__ sau LiFeO__4__, anod - carbon).

Locul opt– nanotuburi de carbon (1991), descoperirea lor a fost precedată de descoperirea nu mai puțin senzațională în 1985 a fulerenelor C__60__. Astăzi, proprietățile uimitoare, unice și promițătoare ale nanostructurilor de carbon se află în centrul celor mai populare publicații. Cu toate acestea, există încă multe întrebări cu privire la metodele de sinteză în masă a acestora cu proprietăți uniforme, metode de purificare și tehnologii pentru includerea lor în nanodispozitive.

Orez. 3. Metamaterial care absoarbe radiația electromagnetică

locul noua– materiale pentru litografie imprimată moale. Procesele litografice ocupă un loc central în producția de dispozitive și circuite microelectronice de astăzi, medii de stocare și alte produse și nu există nicio alternativă în viitorul apropiat. Litografia imprimată moale folosește o ștampilă elastică din polidimetiloxisilan care poate fi folosită de mai multe ori. Metoda poate fi utilizată pe substraturi plate, curbe și flexibile, cu o rezoluție de până la 30 nm atinsă astăzi.

Recomandat pentru publicare de către Institutul de Metalurgie și Știința Materialelor (IMET) im. A.A. Baykov RAS (Laboratorul de chimie fizică și tehnologie de acoperire - șef de laborator V.I. Kalita, doctor în științe tehnice, profesor) și Universitatea de Inginerie și Economie din Sankt Petersburg (Departamentul de inginerie și științe tehnice - șef de departament V.K. Fedyukin, doctor în tehnică Științe, profesor, membru corespondent al Academiei Internaționale de Învățământ Superior) ca suport didactic pentru studenții universitari care studiază în domenii tehnologice de formare în cadrul cursului „Tehnologii și materiale moderne pentru industrii”.

A primit Graficul UMO pentru PPO Nr. 04-01 (Aprobat de Asociația Educațională și Metodologică pentru Învățământul Pedagogic Profesional ca suport didactic pentru studenții instituțiilor de învățământ superior).

Progresul științific și tehnologic în domeniul înaltelor tehnologii - în știința materialelor, electronică, micromecanică, medicină și alte domenii ale activității umane este asociat cu rezultatele cercetării fundamentale și aplicate, proiectarea și utilizarea practică a structurilor, materialelor și dispozitivelor, elementele dintre care au dimensiuni în domeniul nanometric (1 nm = 10-9m), și dezvoltarea de tehnologii pentru fabricarea lor (nanotehnologie) și metode de diagnosticare. Obiectele nanotehnologiei în știința materialelor sunt materiale dispersate, filme și materiale nanocristaline.

Scopul manualului este de a familiariza studenții și specialiștii cu o nouă direcție eficientă în dezvoltarea științei și tehnologiei în domeniul nanomaterialelor și nanotehnologiilor, în special, sinteza materialelor structurale nanocristaline cu proprietăți unice și exemple de utilizare a acestora în industrie. .

Manualul discută bazele teoretice și tehnologice, problemele și perspectivele nanoștiinței și nanoindustriei. Sunt propuse definiții ale conceptelor de bază ale nanoștiinței. Datele despre nanomateriale și nanostructuri sunt sistematizate și este dată clasificarea acestora. Sunt descrise metode de cercetare și proiectare a nanostructurilor. Este prezentată o analiză a metodelor de sinteză a materialelor nanostructurate și o serie de exemple de aplicare a acestora în tehnologiile tradiționale și noi din diverse industrii. Sunt luate în considerare caracteristicile modificărilor proprietăților fizice, mecanice și tehnologice ale nanomaterialelor structurale și funcționale.

Manualul este conceput pentru studenții instituțiilor de învățământ superior care studiază în diferite specialități, care studiază cursuri de știința materialelor și tehnologia materialelor structurale. Poate fi util pentru studenții absolvenți, specialiști și cercetători care se ocupă de nanomateriale și nanotehnologii.

Structura tutorialului:

Introducere.

Capitolul 1. Fundamentele și aspectele dezvoltării științei nanomaterialelor și nanotehnologiilor.

Capitolul 2. Nanomateriale și nanostructuri.

Capitolul 3. Metode de studiu și proiectare a nanostructurilor.

Capitolul 4. Tehnologii pentru obținerea materialelor nanostructurate și fabricarea nanoproduselor.

Capitolul 5. Proprietăţile mecanice ale nanomaterialelor.

Concluzie.

Lista bibliografică.

Lista de termeni.

Anexă: Expoziție specializată de nanotehnologii și nanomateriale.

Link bibliografic