ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 23
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Доклад
по дисциплине «Конструкционные и биоматериалы»
Тема: Наноструктурные материалы
| Студент | | --------------- |
| Преподаватель | | ----------------- |
--------------------
-----------------
Аннотация
В данном реферате приведены теоретические сведения о типах наноконструкционных материалов, их структуре и применении в различных отраслях. Также, будут представлены изображения перечисленных наноструктур и материалов.
SUMMARY
This report provides theoretical information about the types of nanoconstructive materials, their structure and application in various industries. Also, images of the listed nanostructures and materials will be presented.
содержание
| | Введение | 4 |
| 1. | Классификация наноструктурных материалов | 6 |
| 1.1. | Наночастицы | 6 |
| 1.2. 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 | Нановолокна Нанотрубки Наноленты Нанодисперсии Наноструктурированные плёнки Нанопористые структуры Нанокристаллы Кластер | 7 8 9 10 10 11 12 13 |
| | Заключение | 13 |
| | Список использованных источников | 14 |
| | | |
введение
Наноматериалы — материалы, созданные с использованием наночастиц и/или посредством нанотехнологий, обладающие какими-либо уникальными свойствами, обусловленными присутствием этих частиц в материале. К наноматериалам относят объекты, один из характерных размеров которых лежит в интервале от 1 до 100 нм. Под наноструктурными материалами понимают материалы, в которых размеры основных структурных элементов (кристаллитов, волокон, слоёв, пор) не превышают 100 нм, по крайней мере, в одном направлении.
К нанотехнологиям относят технологии, обеспечивающие возможность контролируемым образом создавать и модифицировать наноматериалы, а также осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.
Развитие нанотехнологий и наноматериалов начинается с 1931 года, когда немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.
В 1974 году японский физик Норио Танигучи ввел термин «нанотехнология», предложив описывать им механизмы размером менее одного микрона.
В 1981 году, немецкими физиками Гердом Бинниг и Генрихом Рорером был создан первый сканирующий туннельный микроскоп, который позволил манипулировать веществом на атомарном уровне. За данную разработку, они были удостоены Нобелевской премии.
В 1985 году Роберт Керл, Харольд Крото, и Ричард Смолли открыли новый класс соединений — фуллерены. Фуллерен — молекулярное соединение, представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из трёхкоординированных атомов углерода
В 1988 году независимо друг от друга французский и немецкий ученые Альберт Ферт и Петер Грюнберг открыли эффект гигантского магнетосопротивления.
В 1991 году, японский исследователь Сумио Ииджимою открыл углеродные нанотрубки.
В 1998 году впервые создан транзистор на основе нанотрубок Сизом Деккером, голландским физиком.
В 2004 году, Сиз Деккер соединил углеродную нанотрубку с ДНК, впервые получив полноценный наномеханизм, открыв тем самым путь к развитию бионанотехнологии.
2004 год — открытие графена. За исследования его свойств, британским учёным Андрею Гейму и Константину Новоселову в 2010 г. была присуждена Нобелевская премия по физике.
-
Классификация наноструктурных материалов
Согласно 7-й Международной конференции по нанотехнологиям, выделяют следующие типы наноматериалов:
-
нанопористые структуры; -
наночастицы; -
нанотрубки, -
нановолокна -
наноленты; -
нанодисперсии; -
наноструктурированные плёнки; -
нанокристаллы -
нанокластеры.
Сами наноматериалы делят по назначению на:
-
Функциональные -
Композиционные -
Конструкционные.
По составу наноматериалы делятся на неорганические (керамика, металлы и сплавы) и органические (полимерные и биологические наноструктуры) и органо-неорганические (металлорганические и металлполимерные).
По фазовому состоянию они делятся на:
-однофазные (нанокристаллиты, разделенные межкристальными границами, кристаллы с наноразмерными дефектами (порами, островковые пленки);
-двухфазные однокомпонентные системы (аморфно-кристаллические, микродоменные сополимерные структуры).
-
Наночастицы
Наночастицы — это частицы с размером между 1 и 100 нанометров. В нанотехнологии частицы определяются как небольшие объекты, которые ведут себя как единое целое, с учетом их транспортабельности и свойств. Частицы классифицируются в зависимости от диаметра.
Наночастицы — один из наиболее общих терминов для обозначения изолированных ультрадисперсных объектов (Ультрадисперсные частицы — наномасштабные частицы, размеры которых менее 100 нанометров), но отличающийся от них чётко определёнными размерными границами.
В биомедицинских нанотехнологиях наночастицами зачастую условно называют и объекты диаметром до нескольких сотен нанометров, малый размер которых также играет значительную роль в их свойствах и применении.
Cотрудники Университета Брауна смогли, используя подход «снизу вверх», получить сверхтвердые материалы из наночастиц золота, серебра, палладия и других металлов.
Из наночастиц металлов ученые изготовили «монеты» небольшого размера. Такие небольшие изделия могут быть полезны для изготовления высокоэффективных лакокрасочных материалов, электродов или термоэлектрических генераторов
В основе этого процесса лежит химическая обработка строительных блоков наночастиц. Металлические наночастицы обычно покрыты остатками органических соединений — лигандами, — которые обычно предотвращают образование связей металл-металл между частицами.
Исследование показало, что металлические монеты, изготовленные по этой методике, были значительно тверже обычных металлов. Золотые монеты, например, были в два-четыре раза прочнее обычных. Другие свойства, такие как электропроводность и светоотражение, оказались у новых материалов почти такими же, как у обычных.
-
Нановолокна
Углеродные нановолокна (они же карбоновые нановолокна) — углеродные цилиндрические наноструктуры, представляющие собой сложенные стопкой слои графена в виде конусов, «чашек» или пластин.
Углерод может существовать в форме трубчатых микроструктур, называемых нитями или волокнами. В последние десятилетия уникальные свойства углеродных волокон расширили научную базу и технологию композитных материалов.
Углеродные нановолокна представляют собой класс таких материалов, в которых изогнутые графеновые слои или наноконусы сложены в форме квази-одномерной нити, чья внутренняя структура может быть охарактеризована углом α между слоями графена и осью волокна. Одно из распространённых различий отмечается между двумя основными типами волокон: «Ёлочка», с плотно уложенными коническими графеновыми слоями и большими α, и «Бамбук», с цилиндрическими чашеподобными графеновыми слоями и малыми α, которые больше похожи на многослойные углеродные нанотрубки.
Области применения:
Доставка лекарств: различные типы лекарств активно доставляются с использованием нановолокон, потому что нановолокна имеют ряд отличительных особенностей в сфере доставки лекарств,
Тканевая инженерия. В последние дни тканевая инженерия вызвала большой интерес и стала важной и разносторонней областью исследований. Целью каркасов тканевой инженерии является восстановление, замена, поддержка или усиление функции определенной ткани или органа.
Перевязка раны: Процесс заживления ран представляет собой преднамеренный процесс, представляющий собой комбинацию воспаления, пролиферации, фазы ремоделирования и эпителизации. Раневая повязка обычно требует размера пор от 500 до 1000 нм, что достаточно для защиты раны от внешней среды или микроорганизмов.
Косметика: существует множество косметических препаратов с нановолокнами, которые в последнее время продаются как маски для лица, они также используются для лечения дефектов кожи или лечения различных типов проблем с кожей, а также используются в качестве очищающих средств для кожи с добавлением различных ингредиентов.
-
Нанотрубки
Углеродные нанотрубки представляют собой цилиндрические молекулы, изготовленные из свернутых листов графена. Это самые жесткие и прочные материалы, которые были синтезированы. Они имеют уникальные электрические и тепловые свойства. Эти нанотрубки могут иметь множество применений, от электроники до материаловедения.
Углеродные нанотрубки - интригующий аллотроп углерода. У них есть множество уникальных, никогда не встречавшихся ранее свойств. Например, они могут быть плотными и жёсткими, будучи тоньше человеческого волоса. Углеродная нанотрубка представляет собой чрезвычайно маленькую цилиндрическую структуру, изготовленную из графена. Они могут быть изготовлены различной длины в соответствии с требованиями. Эти конструкции невероятно легкие, стабильные и обладают потенциалом для разработки удивительных материалов будущего. На самом деле, они считаются лучшим кандидатом на материал для строительства космического лифта. Ниже мы подробно остановились на процессе производства, свойствах и применениях углеродных нанотрубок.
Материалы из нанотрубок
Форма нанотрубок позволяет укладывать их двояко: хаотично или упорядоченно, — что влияет на свойства материалов. Нанотрубки можно модифицировать, присоединять к ним различные химические группы и наночастицы.
К материалам первой группы относятся «монолитные» структуры из нанотрубок; покрытия, пленки и нанобумага из трубок; волокна из трубок; «лес» — нанотрубки, расположенные параллельно друг другу и перпендикулярно подложке. «Монолитные» материалы не получили широкого распространения.
Из нанобумаги делают фильтры (в том числе для удаления вирусов или обессоливания воды), защиту от электромагнитного излучения, детали нагревателей, сенсоры, актюаторы, полевые эмиттеры, электроды электрохимических устройств, носители катализаторов и др.
Материалы с примесью нанотрубок
Резко растет производство материалов второй группы — нанокомпозитов, главным образом полимерных
Введение даже небольших количеств углеродных нанотрубок заметно меняет свойства полимеров, придает электропроводность, повышает теплопроводность, улучшает механические характеристики, химическую и термическую устойчивость.
-
Наноленты
Графеновые наноленты — узкие полоски графена с шириной порядка 10—100 нм. По своим физическим свойствам отличаются от более широких образцов, которые имеют линейный закон дисперсии, как в бесконечном графене. Наноленты интересны тем, что обладают нелинейным законом дисперсии и полупроводниковыми свойствами из-за наличия запрещённой зоны, которая зависит от ширины ленты и расположения атомов на границах. Графеновые наноленты благодаря этому рассматриваются как важный шаг в создании транзистора на основе графена, который будет работать при комнатной температуре.
Применение:
Ученые и инженеры из университетов Небраски-Линкольна и Иллинойса, США, Саратовского государственного технического университета имени Ю.А. Гагарина, разработали специальный вид графеновой наноленты. Газовые датчики, в структуру которых включены графеновые наноленты особой формы, могут значительно превосходить по точности и чувствительности самые лучшие экземпляры своих «обычных» аналогов. Множество таких нанолент, установленных вертикально на поверхности датчика обычного газового анализатора, позволили этому датчику реагировать на наличие молекул определенного типа в 100 раз сильней, чем это могут делать наилучшие образцы существующих газовых датчиков на основе углерода.