Elektrotechnika
12.01.2024

Nanotechnológia, materiálová veda a mechanika. Náuka o materiáloch nanomateriálov a nanosystémov Náuka o materiáloch a technológie nanomateriálov a nanosystémov

Domov > Dokument

MINISTERSTVO ŠKOLSTVA A VEDY RUSKEJ FEDERÁCIE

Štátna vzdelávacia inštitúcia

vyššie odborné vzdelanie

"Štátna textilná akadémia Ivanovo"

Katedra fyziky a nanotechnológie

SCHVÁLIL SOM

prorektor pre akademické záležitosti

V.V. Lyubimtsev

"_____"______2011

Náuka o materiáloch nanomateriálov a nanosystémov

Kód, smer prípravy

152200 Nanoinžinierstvo

Tréningový profil

Nanomateriály

Slučka, kód

Matematika a prírodné vedy (B.3.1-3a)

semester(y)

Kvalifikácia absolventa (stupeň)

mládenec

Forma štúdia

na plný úväzok

fakulta

módny priemysel

Ivanovo 2011

V dôsledku štúdia odboru „Materiálová veda o nanomateriáloch a nanosystémoch“ musia študenti: vedieť: - vlastnosti a oblasti použitia nanodispergovaného prášku, fullerénových nanoštruktúrnych pevných, kvapalných a gélovitých materiálov, prvkov a predmetov s nanorozmermi, nanosystémov (heterostruktúr); základy nanotechnológie na výrobu nanomateriálov; základy nanotechnológie na výrobu nanoštruktúrovaných a gradientových spevňujúcich, ochranných a funkčných vrstiev a povlakov; základy technologických procesov syntézy kompozitných materiálov; byť schopný: - vybrať nanoštruktúry a spôsoby ich výroby na realizáciu nanoobjektov so špecifikovanými charakteristikami pre špecifické požiadavky na konverziu elektrických, optických, magnetických, tepelných a mechanických signálov; - využívať základné pojmy a definície pri rozvíjaní hlbších znalostí v oblasti nanoinžinierstva; - analyzovať vlastnosti nanoproduktov a nanotechnológií; vypracovávať schémy technologických zariadení a zariadení pre nanotechnologické procesy. vlastniť: - zručnosti pri riešení problémov tvorby vedomostí v oblasti nanoinžinierstva. Pracovný program disciplíny zabezpečuje tieto typy výchovnej práce:

Druh výchovnej práce

Celkový počet hodín/kreditov

Číslo semestra

Hodiny v triede (spolu)

Počítajúc do toho:

Praktické hodiny (semináre)

Samostatná práca (celkom)

Príprava na praktické hodiny (semináre)

Štúdium teoretickej problematiky predložené na samostatné štúdium

Príprava na test

Typ strednej certifikácie (test, skúška)

Celková náročnosť práce: hod

úverových jednotiek
Disciplína zahŕňa nasledujúce sekcie:

    História vzhľadu nanomateriálov, dynamika ich vývoja a implementácie v praxi.

    Základné pojmy a klasifikácia nanoštruktúrnych materiálov.

    Vlastnosti vlastností a hlavné typy nanosystémov.

    Technologické procesy výroby, spracovania a modifikácie nanomateriálov a produktov na nich založených.

Vedúci oddelenia

A.K. Izgorodin
Učiteľ-vývojár

Katedra nanotechnológie, materiálovej vedy a mechaniky vznikla v decembri 2011 na základe dvoch katedier Fyzikálneho a technologického ústavu TSU a má hlboké historické korene. Počiatky katedry boli vedci svetovej úrovne, profesori M.A. Crystal, G.F. Lepin a E.A. Mamontov, ktorý výrazne prispel k vede o fyzikálnych materiáloch a vytvoril základ výskumnej základne pre vedu o materiáloch na univerzite.

Sekcia "Mechanika"; základné oddelenie „Nanomateriály“ (Moskva, Centrálny výskumný ústav Chermet pomenovaný po I.P. Bardinovi), vedecké a vzdelávacie centrum „Veda o fyzikálnych materiáloch a nanotechnológie“;

Viac ako 20 moderných, dobre vybavených vzdelávacích a výskumných laboratórií elektronickej, laserovej, mikroskopie atómových síl, fyzikálneho a mechanického testovania, röntgenovej difrakčnej analýzy, metalografie a akustickej emisie atď., z ktorých tri sú akreditované v systémoch Rostechnadzor a analytické laboratóriá (SAAL);

Medzinárodná škola "Veda o fyzikálnych materiáloch"

Spolupráca s poprednými ruskými a zahraničnými vedeckými školami vrátane univerzít v Nemecku (Freiberg), Japonsku (Osako, Kyoto), Austrálii (Melbourne) atď.

Všetci starší študenti sa venujú plodnej výskumnej práci a každoročne sa stávajú víťazmi a laureátmi súťaží vedeckej práce a absolventských projektov. Takmer 100% absolventov katedry je zamestnaných, z toho 80% pracuje vo svojom odbore vo výskumnom centre a oddelení laboratórnych testov PJSC AVTOVAZ, laboratóriách Regionálneho inovačného a technologického centra Samara, ako aj v odborných organizáciách.

poverený vedúci oddelenia

profesor, doktor technických vied

KlevcovGennadij Vsevolodovič


Oblasti školenia

Bakalársky titul:
– 03/22/01 Náuka o materiáloch a materiálová technológia (profil „Moderné materiály a technológie na ich výrobu“)

Magisterský stupeň:
– 04/22/01 Náuka o materiáloch a materiálová technológia

(profil „Inžinierstvo pokročilých materiálov a diagnostika správania sa materiálov vo výrobkoch“)

Postgraduálne štúdium:
– 03.06.01 Fyzika a astronómia

(profil „Fyzika kondenzovaných látok“)

– 06.22.01 Technológie materiálov (profil „Náuka o kovoch a tepelné spracovanie kovov a zliatin“)

Ciele vzdelávacieho programu 22.4.2001 Náuka o materiáloch a materiálová technológia (Inžinierstvo pokročilých materiálov a diagnostika správania sa materiálov vo výrobkoch):

C 1. Príprava absolventov na výskumnú prácu v oblasti modernej vedy o materiáloch.

Ts2. Príprava absolventov na tvorbu nových materiálov, štúdium ich vlastností a vývoj technológie na ich výrobu.

C3. Príprava absolventov na návrh materiálov so stanovenými vlastnosťami.

C 4. Príprava absolventov pre výrobné a technologické činnosti, ktoré zabezpečujú implementáciu nových high-tech vývojov, ktoré sú žiadané na globálnej úrovni.

Disciplíny

Učitelia odboru „Nanotechnológie, náuka o materiáloch a mechanika“ vyučujú v týchto odboroch:

– teoretická mechanika;

- pevnosť materiálov;

– Teória strojov a mechanizmov;

- Časti strojov;

- Náuka o materiáloch;

– Technológia konštrukčných materiálov;

– Nanotechnológie vo výrobe a ekológii;

– Fyzikálno-chemické základy nanotechnológie;

– veda o materiáloch nanomateriálov a nanosystémov;

– Fyzika kondenzovaných látok;

– Fázová rovnováha a tvorba štruktúry;

– veda o fyzikálnych materiáloch;

– Pevnosť zliatin a kompozitov;

– Nové technológie a materiály;

– Metódy spevňovania konštrukčných materiálov;

– Nedeštruktívne metódy výskumu a pod.

1

Odporúčané na publikovanie Inštitútom metalurgie a materiálových vied (IMET) pomenovaný po. A.A. Baikov RAS (laboratórium fyzikálnej chémie a technológie povlakov - vedúci laboratória V.I. Kalita, doktor technických vied, profesor) a Technická a ekonomická univerzita v Petrohrade (katedra inžinierstva a technických vied - vedúci katedry V.K. Fedyukin, doktor technických vied). vedy, profesor, korešpondent Medzinárodnej akadémie vysokoškolského vzdelávania) ako učebnica pre študentov vysokých škôl študujúcich v technologických oblastiach prípravy v rámci kurzu „Moderné technológie a materiály v priemysle“.

Prijatá pečiatka UMO pre PPO č.04-01 (Schválené Výchovným a metodickým združením pre odborné pedagogické vzdelávanie ako učebná pomôcka pre študentov vysokých škôl).

Vedecko-technický pokrok v oblasti špičkových technológií - v materiálovej vede, elektronike, mikromechanike, medicíne a ďalších oblastiach ľudskej činnosti je spojený s výsledkami základného a aplikovaného výskumu, návrhom a praktickým využitím konštrukcií, materiálov a zariadení, prvkov ktorých rozmery sú v nanometrovom rozsahu (1 nm = 10-9 m), a vývoj technológií na ich výrobu (nanotechnológie) a diagnostických metód. Predmetom nanotechnológie v materiálovej vede sú rozptýlené materiály, filmy a nanokryštalické materiály.

Účelom príručky je oboznámiť študentov a odborníkov s novým efektívnym smerom rozvoja vedy a techniky v oblasti nanomateriálov a nanotechnológií, najmä syntézy nanokryštalických štruktúrnych materiálov s unikátnymi vlastnosťami a príkladov ich využitia v priemysle. .

Príručka skúma teoretické a technologické základy, problémy a perspektívy nanovied a nanopriemyslu. Navrhujú sa definície základných pojmov nanovedy. Údaje o nanomateriáloch a nanoštruktúrach sú systematizované a je uvedená ich klasifikácia. Sú popísané metódy výskumu a konštrukcie nanoštruktúr. Uvádza sa analýza metód syntézy nanoštruktúrnych materiálov a množstvo príkladov ich aplikácie v tradičných a nových technológiách v rôznych priemyselných odvetviach. Zvažujú sa znaky zmien fyzikálnych, mechanických a technologických vlastností štruktúrnych a funkčných nanomateriálov.

Učebnica bola vyvinutá pre študentov vysokých škôl študujúcich v rôznych odboroch, študujúcich odbory materiálová veda a technológia konštrukčných materiálov. Môže byť užitočná pre postgraduálnych študentov, špecialistov a výskumníkov zaoberajúcich sa problematikou nanomateriálov a nanotechnológií.

Štruktúra tutoriálu:

Úvod.

Kapitola 1. Základy a aspekty rozvoja vedy o nanomateriáloch a nanotechnológiách.

Kapitola 2. Nanomateriály a nanoštruktúry.

Kapitola 3. Metódy štúdia a navrhovania nanoštruktúr.

Kapitola 4. Technológie na získavanie nanoštruktúrnych materiálov a výrobu nanoproduktov.

Kapitola 5. Mechanické vlastnosti nanomateriálov.

Záver.

Bibliografický zoznam.

Zoznam pojmov.

Príloha: Odborná výstava nanotechnológií a nanomateriálov.

Bibliografický odkaz

Zabelin S.F., Alymova M.I. VEDA O MATERIÁLOCH A TECHNOLÓGIA NANOŠTRUKTUROVANÝCH MATERIÁLOV (UČITEĽSKÁ PRÍRUČKA) // International Journal of Experimental Education. – 2015. – Číslo 1. – S. 65-66;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=6342 (dátum prístupu: 17.09.2019). Dávame do pozornosti časopisy vydávané vydavateľstvom „Akadémia prírodných vied“

Model uhlíkových nanorúrok

Koniec jedného roka a začiatok nasledujúceho je zvláštny čas, keď ľudstvo navštevuje túžba analyzovať minulosť a premýšľať o tom, čo je pred nami. A na začiatku nového roka chceme zhodnotiť 10 najdôležitejších úspechov v nanotechnológii od začiatku jej vývoja v oblasti materiálovej vedy.

Takto začína J. Wood, jeden z jeho redaktorov, svoju publikáciu v ponovoročnom čísle magazínu Materials Today, kde sa pýta, aké udalosti posledných 50 rokov určili dnešnú vysokú dynamiku rozvoja materiálovej vedy. Wood identifikuje 10 udalostí (okrem objavu vysokoteplotnej supravodivosti, čo je očividne udalosť, ktorá má väčší význam pre fyzikov ako pre vedcov v oblasti materiálov).

Na prvom mieste– „International Technology Roadmap for Semiconductors“ (ITRS), nie je vedecký objav, ale v skutočnosti ide o dokument (analytický prehľad), ktorý zostavila veľká medzinárodná skupina expertov (v roku 1994 sa na vypracovaní návrhu podieľalo viac ako 400 technológov). Mapa av roku 2007 už viac ako 1 200 odborníkov z priemyslu, z národných laboratórií a akademických organizácií). Mapa, ktorá spája vedu, technológiu a ekonomiku, stanovuje ciele dosiahnuteľné v danom časovom období a najlepšie cesty k ich dosiahnutiu. Záverečná správa (v roku 2007 obsahovala 18 kapitol a 1000 strán textu) je výsledkom konsenzu väčšiny odborníkov, ku ktorému sa dospelo po dlhých diskusiách. Ruskí organizátori nanovýskumu čelili podobnému problému pri výbere cieľa nanovývoja. Snažia sa v krátkom čase „inventarizovať“ to, čo už v Rusku „nano-existuje“ a povolávajúc narýchlo vytvorené odborné rady nájsť optimálny smer rozvoja. Oboznámenie sa s obsahom správy ITRS a skúsenosti s organizovaním týchto štúdií by samozrejme boli užitočné.

Ryža. 1. Výskum polovodičov založený na ITRS

Druhé miesto– rastrovacia tunelová mikroskopia – nespôsobuje žiadne prekvapenie, pretože práve tento vynález (1981) poslúžil ako impulz pre nanovýskum a nanotechnológiu.

Tretie miesto– efekt obrej magnetorezistencie vo viacvrstvových štruktúrach z magnetických a nemagnetických materiálov (1988), na jeho základe vznikli čítacie hlavy pre pevné disky, ktorými sú dnes vybavené všetky osobné počítače.

Štvrté miesto– GaAs polovodičové lasery a LED diódy (prvý vývoj sa datuje do roku 1962), hlavné komponenty telekomunikačných systémov, CD a DVD prehrávače, laserové tlačiarne.

Piate miesto– opäť odkazuje nie na vedecký objav, ale na kompetentne zorganizované podujatie v roku 2000 na podporu masívneho sľubného vedeckého výskumu – tzv. „Národná nanotechnologická iniciatíva“ USA. Veda na celom svete teraz veľa dlhuje nadšencom tejto iniciatívy – vtedajšiemu prezidentovi B. Clintonovi a Dr. M. Rocovi z americkej Národnej vedeckej nadácie. Celosvetový objem financií na nanovýskum v roku 2007 presiahol 12 miliárd USD Príslušné vedecké programy boli spustené v 60 (!) krajinách sveta. Mimochodom, postoj niektorých ruských vedcov, ktorí sú nespokojní s „nanoblizzardom“ [napríklad 2], je trochu nejasný, pretože práve táto snehová búrka prinútila ruskú vládu, aby konečne obrátila svoju tvár k vede.

Ryža. 2. Bicykel vystužený nanovláknami

Šieste miesto– plasty vystužené uhlíkovými vláknami. Kompozitné materiály – ľahké a pevné – transformovali mnohé odvetvia: výroba lietadiel, vesmírne technológie, doprava, obalové materiály, športové vybavenie.

Siedme miesto– materiály pre lítium-iónové batérie. Je ťažké si predstaviť, že len nedávno sme sa zaobišli bez notebookov a mobilných telefónov. Táto „mobilná revolúcia“ by nebola možná bez prechodu z nabíjateľných batérií s vodným elektrolytom na energeticky hustejšie lítium-iónové batérie (katóda - LiCoO__2__ alebo LiFeO__4__, anóda - uhlík).

Ôsme miesto– uhlíkové nanorúrky (1991), ich objaveniu predchádzal nemenej senzačný objav C__60__ fullerénov v roku 1985. Dnes sú úžasné, jedinečné a sľubné vlastnosti uhlíkových nanoštruktúr v centre najhorúcejších publikácií. Stále však existuje veľa otázok týkajúcich sa metód ich hromadnej syntézy s jednotnými vlastnosťami, metód čistenia a technológií ich začlenenia do nanozariadení.

Ryža. 3. Metamateriál, ktorý pohlcuje elektromagnetické žiarenie

Deviate miesto– materiály pre mäkkú tlačenú litografiu. Litografické procesy sú ústredným prvkom výroby dnešných mikroelektronických zariadení a obvodov, pamäťových médií a iných produktov, pričom v blízkej budúcnosti nie je žiadna alternatíva. Mäkká tlačová litografia využíva pružnú polydimetyloxysilánovú raznicu, ktorú je možné použiť opakovane. Metódu možno použiť na plochých, zakrivených a flexibilných substrátoch s doteraz dosiahnutým rozlíšením až 30 nm.

Materiály vždy zohrávali zásadnú úlohu vo vývoji civilizácie. Vedci tvrdia, že ľudskú históriu možno opísať ako zmenu použitých materiálov. Éry dejín civilizácie boli pomenované podľa materiálov: doba kamenná, bronzová a železná. Možno sa súčasná doba bude nazývať storočím kompozitných materiálov. Vo vyspelých krajinách je materiálová veda zaradená medzi tri hlavné prioritné oblasti poznania spolu s informačnými technológiami a biotechnológiou.

Každé odvetvie techniky, ako sa vyvíja, kladie čoraz rozmanitejšie a vyššie nároky na materiály. Napríklad konštrukčné materiály pre satelity a kozmické lode musia mať okrem teplotnej (vysoké a ultranízke teploty) a tepelnej cyklickej odolnosti tesnosť v podmienkach absolútneho vákua, odolnosť voči vibráciám, vysoké zrýchlenia (desaťtisíckrát väčšie ako napr. gravitačné zrýchlenie), bombardovanie meteoritmi, dlhodobé vystavenie plazme, žiareniu, beztiaže atď. Takéto protichodné požiadavky môžu uspokojiť iba kompozitné materiály pozostávajúce z niekoľkých komponentov s výrazne odlišnými vlastnosťami.

Vrstvený intermetalický kompozit so zvýšenou tepelnou odolnosťou

Vláknový kompozit so supravodivosťou

Kompozitný materiál spevnený disperziou odolný voči opotrebovaniu

Rozvoj nanotechnológie (jedno z odvetví modernej vedy o materiáloch) podľa prognóz väčšiny odborníkov určí podobu 21. storočia. Potvrdzuje to udelenie štyroch Nobelových cien v oblasti chémie a fyziky za posledných 15 rokov: za objav nových foriem uhlíka - fullerénov (1996) a grafénu (2010), za vývoj v oblasti polovodičovej technológie a integrované obvody (2000). ), optické polovodičové senzory (2009). Rusko je na druhom mieste na svete, pokiaľ ide o investície do nanotechnológií, na druhom mieste za Spojenými štátmi (v roku 2011 investície predstavovali približne 2 miliardy USD). V súčasnosti veda zažíva skutočný boom nových materiálov. V tomto ohľade sú materiáloví vedci žiadaní v mnohých odvetviach: jadrová energetika, medicína, výroba ropy, automobilový priemysel, letectvo, vesmír, obrana, energetický priemysel, elitný športový priemysel, výskumné ústavy, inovatívne spoločnosti vyrábajúce high-tech produkty.

Časti a komponenty lietadla Suchoj Superjet 100 vyrobené z kompozitných materiálov

Flexibilné displeje na báze grafénu

Moderné športové vybavenie vyrobené z kompozitných materiálov

Materiáloví vedci sa zaoberajú vývojom, výskumom a modifikáciou materiálov organickej a anorganickej povahy na rôzne účely; procesy ich výroby, tvorby štruktúry, transformácie v etapách výroby, spracovania a prevádzky; otázky spoľahlivosti a účinnosti materiálov; počítačové modelovanie správania častí a zostáv pri rôznych typoch zaťaženia; poskytovať technickú podporu rôznym výrobným oddeleniam v záležitostiach týkajúcich sa materiálov na výrobu jednotiek a komponentov zariadení a podieľať sa na výbere a hodnotení potenciálnych dodávateľov spoločnosti.

Absolventi odboru „Materiálové vedy“ Volgogradskej štátnej technickej univerzity sú žiadaní a pracujú vo veľkých spoločnostiach a podnikoch: JSC SUAL pobočka VgAZ-SUAL, LLC LUKOIL - Volgogradneftepererabotka, JSC VNIKTIneftekhimoborudovanie, JSC Volgogradneftemash, JSC Central Design Bureau Titan, JSC Ne. ", JSC VMK "Červený október", JSC "Volzhsky Pipe Plant", JSC "TK "Neftekhimgaz", JSC "Expertiza", LLC "Volgogradnefteproekt", JSC "Kaustik", LLC "Konstanta-2" a mnoho ďalších.

Príprava diplomovaných bakalárov a magisterov sa uskutočňuje v rámci smeru „Náuka o materiáloch a technológia materiálov“ na adrese



Náhodné články

rozvodne. Elektronika. Ekológia. Dodávka elektrickej energie