Материалы. Материаловедение. Наноматериалы (Нанотехнологии - см.621.3.049.76)

В сборнике статей представлены материалы IX Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности», где отражены новые направления работ.

Представлены тезисы победителей I тура XXIII Менделеевского конкурса научно исследовательских работ студентов-химиков по номинациям: « Исследования по химии» и исследования по химической технологии», принявшим участие в работе XXIII Менделеевской конференции молодых ученых.

Систематизированы и обобщены данные о влиянии термических, радиационных, деформационных и коррозионных воздействий на структуру и свойства консолидированных наноматериалов на основе металлов, сплавов и тугоплавких соединений. Описаны основные теоретические подходы к моделированию стабильности наноструктур в экстремальных условиях. Приводятся сведения об использовании наноматериалов и перспективах их применения в установках атомной и авиационно-космической техники, общего и химического машиностроения, системах энергетики, устройствах электроники, а также в медицине и биологии.

Содержит материалы X Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых с элементами научной школы «Новые технологии и материалы легкой промышленности», в которых отражены новые направления работ.

Монография обобщает научный и практический опыт, накопленный в области химии и технологии нанодисперсного кремнезема в нашей стране и в мировой практике. Внимание автора направлено на рассмотрение коллоидно-химических основ золь-гель технологий синтеза гибридных органо-неорганических наночастиц и пористых материалов, частиц с полой структурой, легированных оксидами элементов и металлами, покрытий, мембран, объемных непористых тел. Анализ различных вариантов проведения золь-гель процесса представлен с учетом реакционной способности кремнезема, современных теорий фазообразования и агрегативной устойчивости дисперсных систем. Приведены рецептуры и основные технологические параметры золь-гель синтеза функциональных наноматериалов с различными параметрами состава, дисперсности, пористости, структуры и морфологии.

Изложены теоретические основы конструирования и функционирования энантиоселективных химических и биологических сенсоров, приведены примеры их практического применения. Рассмотрены возможности сенсоров в решении задач химии, биологии, медицины, фармацевтического анализа. Большое внимание уделено новым направлениям в конструировании и применении энантиоселективных сенсоров — использованию углеродных и композитных материалов на основе фуллеренов, графена и нанотрубок, наночастиц металлов, ионных жидкостей, биоматериалов, полимеров, самоорганизующихся и мультиэлектродных систем типа «электронный язык», детектированию оптически чистых соединений в биологических жидкостях и лекарственных средствах.

Пособие представляет лабораторный практикум, составленный в соответствии с требованиями собственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. В нем содержатся задания для работы на занятии, теоретическое обоснование, указания по порядку выполнения лабораторных работ, указания по технике безопасности по темам лабораторных работ, контрольные вопросы и литература.

Рассматривается моноатомная наноуглеродная структура — графен, который предопределяет развитие многих инновационных сфер научной и промышленной деятельности. Техника графена составляет базис индустрии будущего — Шестого технологического уклада: плазмоники, фотоники, спинтроники, биоинформатики, терагерцевой наноэлектроники. Книга является первым систематизированным изложением графеновой нанотехники и содержит информацию, адаптированную для изучения текстов, касающихся графена.

В учебном пособии, подготовленном учеными Южного федерального университета, содержится краткая история развития нанотехнологий и 14 оригинальных проектных работ, иллюстрирующих важнейшие понятия нанотехнологии.

В книге описываются концепции, которые, по мнению автора, занимают центральное место в науке о материалах. Адриан Саттон, почетный профессор Имперского колледжа Лондона, показывает развитие научного подхода в материаловедении от классической термодинамики XVIII века к наноструктурам, метаматериалам и активной материи XXI века. На простых моделях объясняются причины стабильности материала, особенности фазовых переходов, влияние дефектов структуры и их виды. Просто и доходчиво раскрывается роль квантовой механики в науке о материалах. Читатель узнает о практических направлениях работы ученых по созданию материалов, которые не существуют в естественных условиях, метаматериалов, и о том, какую роль играет материаловедение применительно к живой материи. Для изучения ряда тем понадобится знание физики, химии и математики на школьном уровне.

В данном издании представлены материалы, подготовленные участниками Международной научно-практической конференции «Сотрудничество стран БРИКС для устойчивого развития», состоявшейся 24-26 сентября 2015 г. Молодые ученые исследуют развитие стран БРИКС и их регионов в мировом взаимодействии, особенности малого и среднего бизнеса, действия региональных коммерческих банков в этих странах. Предметом изучения стали также современные технологии: наноматериалы, энергоэффективность, ИТ, биотехнологии, инновационные формы ведения сельского хозяйства, опыт «зеленой экономики» как важнейший фактор развития стран БРИКС. Исследуются также особенности, взаимодействие национальных языков, задачи и пути развития цивилизационного туризма.

Рассмотрены основные направления развития современной электроники, использующей физические эффекты, имеющие место в наноструктурах. Проанализированы пути перехода от микро- к наноэлектронным приборам, приведены описания нанотехнологических процессов, элементов и приборов наноэлектроники и новых материалов, с которыми тесно связано развитие приоритетной области нанонауки и нанотехнологии.

Рассмотрено современное состояние науки и техники в области проектирования и производства композиционных текстильных материалов специального и технического назначения, их классификация и области применения. Проанализированы способы модификации текстильных материалов, в том числе плазменная модификация. Рассмотрены классификация конструкционных композиционных материалов и технология их получения. Показаны возможности применения композитов на основе текстильных материалов в различных отраслях промышленности.

В книге систематизированы нанообъекты, методы их получения и исследования, описаны магистральные направления развития науки о наноструктурах и важнейшие сферы применения нанопродуктов: электроника, аэрокосмическая техника, медицина и здравоохранение, оборона и национальная безопасность, потребительские товары. Обсуждаются морально-этические проблемы и социально-экономические последствия нанореволюции.

Монография всеобъемлюще отражает самые последние сведения в области изучения и применения нанотрубок за последние двадцать лет. Приведена информация о методах их получения, структуре, электронных, оптических, механических, магнитных и эмиссионных свойствах. Описаны во многом удивительные изобретения, полученные с помощью этих новых материалов: одноэлектронный, полевой и квантовый нанотранзисторы, химические сенсоры, источники оптического и рентгеновского излучения, логические элементы, ячейки памяти и даже радиоприемник на одной-единственной углеродной нанотрубке. Значительное внимание уделено расчетам электронного строения нанотрубок с помощью метода линеаризованных присоединенных цилиндрических волн. Один из разделов книги посвящен новому направлению в науке — наноэлектромагнетизму.

Содержит материалы X Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых с элементами научной школы «Новые технологии и материалы легкой промышленности», в которых отражены новые направления работ.

Представлены материалы VIII Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности», где отражены новые направления работ.

В данном сборнике статей представлены материалы VI международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» в котором отражены новые направления работ студентов и молодых ученых в области легкой промышленности.

В учебном пособии кратко изложены теоретические основы способов исследования и особенностей нано- и микроструктуры конструкционных и запечатываемых полимерных материалов. При создании пособия использованы результаты оригинальных диссертационных и дипломных работ, выполненных в рамках госзадания Минобрнауки Российской Федерации № 7.1691.11 от 24 ноября 2011 г. «Объемная модификация наноструктуры полимерных пленок для создания новых полиграфических материалов на основе термопластов». Разработаны адаптированные к условиям обучения в Московском государственном университете лабораторные работы, создающие предпосылки к формированию у студентов навыков самостоятельных поисковых исследований структуры и свойств современных упаковочных и полиграфических материалов.

Лабораторный практикум составлен в соответствии с требованиями собственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, содержит задания для работы на занятии, теоретическое обоснование, указания по порядку выполнения лабораторных работ, указания по технике безопасности по темам лабораторных работ, контрольные вопросы, список литературы.

В учебном пособии рассмотрены вопросы прочности полимерных композиционных материалов в условиях повторно-переменных напряжений, а также представлены результаты исследований их циклической долговечности в изделиях строительного назначения.

Рассмотрены основные методы компактирования и консолидации порошковых наноматериалов для получения из них изделий. В большей части внимание уделено объемным наноструктурным материалам и изготовленным на их основе керамическим изделиям конструкционного и функционального назначения. Подробно изложены метод УЗ-компактирования порошков, коллекторный метод прессования, приведены конструкции коллекторных пресс-форм для производства порошковых изделий различной геометрической формы. Проанализированы характеристики напряженно-деформированного состояния и реологические свойства уплотняемого порошкового материала, определяющие качество изделий.

Представлены рекомендации для выполнения выпускной квалификационной работы (ВКР) магистра по направлению 22.04.01 «Материаловедение и технологии материалов». Обоснована важность способности студента к самостоятельной работе. Показана роль научного руководителя ВКР, заключающаяся в формировании у магистранта способностей самостоятельно вести научный поиск, ставить и решать профессиональные задачи, профессионально излагать специальную информацию, научно аргументировать и защищать свою точку зрения, опираясь на сформированные компетенции.

Монография посвящена результатам исследования морфологии, структуры и физико-химических свойств нанокомпозитных материалов на основе оксидов 3d-металлов с углеродной и кремниевой матрицами.

В монографии изложены современные тенденции в наноструктурном материаловедении, сформулированы нерешенные проблемы. Систематизированы многочисленные данные о влиянии размерных эффектов и поверхностей раздела на физические, физико-химические и механические свойства наноматериалов, обобщены и проанализированы сведения о термической, радиационной, деформационной и коррозионной стабильности. Рассмотрены особенности наиболее характерных наноматериалов на основе соединений титана, кремния и их сплавов.

Книга представляет собой обзор исследований, посвященных вопросам применения наноструктурированных материалов в целях ранней диагностики опасных болезней, адресной доставки лекарств к пораженным тканям и органам, разработок принципиально новых методов терапии и хирургии, создания молекулярных инструментов и нанохирургии, протезирования, трансплантации и регенерации тканей и решения других биомедицинских задач. Авторский коллектив объединил ученых США, Великобритании, Индии и Кореи.

Изучение нелинейных явлений в многокомпонентных гетерогенных системах, находящихся в аморфном, нано- и микрокристаллическом состояниях, способствует установлению физической природы многих происходящих в них явлений и совершенствованию существующих теоретических положений, а следовательно, и разработке новых материалов, обладающих комплексом уникальных физических свойств. Для успешного решения этих задач большое значение имеет знание особенностей пространственного расположения атомов в аморфных, нано- и микрокристаллических твердых телах и многокомпонентных гетерогенных системах, основных механизмов электронного транспорта в гетерогенных системах металл—диэлектрик и механизмов формирования магнитной анизотропии в нанокомпозитах ферромагнетик—диэлектрик, магнитоэлектрических явлений в системах ферромагнетик—пьезоэлектрик, рассмотренных в этой книге.

В рабочей тетради для каждой лабораторной работы сформулированы цели и учебные задачи проведения лабораторных исследований, приведены необходимые схемы, рисунки и справочный материал, представлены протоколы отчетов по лабораторным работам, которые позволяют четко организовать самостоятельную работу первокурсников при подготовке к лабораторной работе, способствуют ее успешному выполнению, оформлению отчета и написанию выводов по результатам проделанной работы. Основная цель рабочей тетради – закрепление основ теоретических знаний и практических умений по изучаемой дисциплине, а также развитие творческих способностей студентов в процессе обучения.

Рассмотрено аналитическое решение задач оптимального проектирования элементов несущих конструкций в виде сжатых стержней.

Рассмотрены актуальные вопросы нанохимии, нанофизики, наноматериаловедения и нанотехнологии. Основное внимание уделяется рассмотрению процессов формирования и превращений наноструктур и наносистем. Приводится обзорный материал по некоторым свойствам наноструктур и наноматериалов, а также по модификации композитов наноструктурами. Рассмотрены методы моделирования наноскопических объектов.

Лабораторная работа исследовательского характера посвящена изучению методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрических образцов.

Приведены необходимые данные для выполнения домашнего задания по курсу «Материаловедение». Указаны цели, содержание, порядок выполнения и защиты задания, а также требования к оформлению отчета. Представлен пример выполнения домашнего задания.

В пособии рассмотрены способы, используемые для оценки твердости нанопокрытий. Для студентов специальности «Материаловедение в машиностроении», специализации «Наноматериалы» и слушателей Межотраслевого института повышения квалификации кадров по новым направлениям развития техники и технологии МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также специалистов, занимающихся разработкой нанопокрытий и оценкой их свойств.

Дана характеристика мирового и российского рынков синтетических каучуков базового и специального назначения, рассмотрены инновационные направления развития промышленности синтетических каучуков в мире и России. В конце каждой главы даны контрольные вопросы и список литературы.

Рассмотрены классификация, принципы маркировки сталей чугунов, алюминия, меди, титана, магния, сплавов, а также их микроструктура. Предназначены для студентов механических и технологических специальностей изучающих курс «Материаловедение».

В книге в легкой и непринужденной форме рассказывается о совсем непростых и серьезных вещах о рисках нанотехнологий. Серая слизь и боевые нанороботы вот всё, что знает рядовой потребитель об угрозах, связанных с нанотехнологиями. Но это лишь капля в море. Велик разрыв между миром «нано» и миром «макро», по этому понять характер угроз, исходящих от этого мира, очень сложно. Но именно от этого понимания зависит, насколько человек сможет овладеть нанотехнологиями, научиться безопасно обращаться с наноматериалами, контролировать распространение нанопродуктов, не допускать использования результатов научно технического прогресса во вред себе и окружающей среде.

Приведены сведения об основных типах силоизмерителей, широко применяемых в испытательной технике. Даны описания принципов действия силоизмерительных приборов, их технические характеристики и конструктивное оформление. Приведены рекомендации по расчету на прочность и жесткость основных деталей этих устройств, оценены погрешности,возникающие при использовании силоизмерителей.

Лабораторный практикум позволит студентам ознакомиться с методами экспериментального и теоретического исследований распределения температур в низкотемпературных печах. Приведены статистические характеристики надежности материалов, рассмотрены задачи прогнозирования структурных составляющих материала детали при закалке, а также методы многокритериальной оптимизации в задачах выбора материалов.

Работа посвящена модификации поверхностного нанослоя металлов, их сплавов, полупроводников, диэлектриков, тонкопленочных покрытий с помощью высокочастотных разрядов индукционного и емкостного типов при пониженном давлении. Описывается физическая и математическая модели модификации поверхности материалов в высокочастотной плазме пониженного давления, а также результаты теоретического исследования закономерностей формирования основных параметров процесса модификации.

Рассмотрены анализ оптимальных перекрестно армированных структур композитных стержней и выбор оптимальных параметров структуры исходя из требований к свойствам конструкции. Изложены теоретические основы решения задачи оптимального проектирования, методика выполнения домашнего задания и примеры его выполнения.

Рассмотрены основные показатели прочности, надежности и долговечности валов и осей, которые следует учитывать при выборе материала для их изготовления и метода дополнительного упрочнения. Обоснована необходимость рассмотрения критериев конструкционной прочности материалов для обеспечения надежной и долговечной работы валов.

Дано краткое описание работ по исследованию электрических и эксплуатационных свойств электроматериалов. Для каждой работы приведены краткие теоретические сведения об основных физических процессах, происходящих в исследуемых материалах, дано описание лабораторной установки, изложены методы испытаний и обработки экспериментальных данных, указаны требования к отчету. В конце описания каждой работы приведены контрольные вопросы для самоподготовки студентов.

Рассмотрена история материаловедения от каменного века до бронзового включительно и частично даже в более поздний период.

В книге под редакцией известных ученых собраны статьи и обзоры видных специалистов в области нанотехнологий, посвященные растровой электронной микроскопии (РЭМ). С помощью РЭМ можно изучать свойства наночастиц, нанопроволок, нанотрубок, трехмерных наноструктур, квантовых точек, магнитных наноматериалов, фотонных кристаллов и биологических наноструктур. Рассмотрены различные типы РЭМ, включая просвечивающие микроскопы с высоким разрешением, рентгеновский микроанализ, новейшие методы получения изображения посредством обратно рассеянных электронов, а также методы электронной криомикроскопии для исследования биообъектов.

Представлены описания лабораторных работ для студентов 2–3-х курсов, обучающихся по специальностям «Нанотехнологии в электронике» и «Квантовая электроника». В ходе выполнения работ студенты ознакомятся с некоторыми методами получения наночастиц и нанокомпозитов, приобретут навыки работы с объектами нанометрового размера и овладеют современными физико-химическими методами исследования. Каждый цикл работ предваряется теоретическим введением, которое может играть роль краткого конспекта лекций.

Уникальность данного учебного пособия о получении, свойствах и применении неорганических наноматериалов состоит в том, что оно учитывает специфику и программу подготовки в России химиков-технологов, особенно специализирующихся на материалах для энергетики. Особое внимание уделено терминологии в области нанонауки и нанотехнологии. Приведены сведения о необычных, нетипичных веществах, материалах и способах их получения с целью помочь читателям выработать собственные идеи.

Изложены основы метода асимптотического осреднения (метода Бахвалова — Победри) для задач теории упругости, а также основы метода конечных элементов для решения локальных задач теории упругости на «ячейке периодичности» и расчета эффективных упругих характеристик композитов. Даны вариационные формулировки задач теории упругости и задач на «ячейке периодичности». Представлены оригинальные результаты относительно метода решения локальных задач. Приведены примеры численного решения локальных задач и результаты моделирования полей микронапряжений для различных типов композиционных материалов: однонаправленно-армированных, 3D ортогонально-армированных, армированных по диагоналям куба и тканевых. Представлены результаты численного расчета полей концентрации микронапряжений в компонентах композитов.

Рассмотрены вопросы тепловых испытаний стержневых космических конструкций. Дано теоретическое обоснование условий испытаний. Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки специалистов «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов» и направлениям подготовки магистров «Материаловедение и технология материалов», «Ракетные комплексы и космонавтика».

В методических указаниях даны базовые понятия, определения и представлены основные объекты нанотехнологий в целом и нанохимии в частности.

Приведены сведения о процессах модификации свойств основных материалов, применяемых для изготовления деталей и узлов приборов ориентации, стабилизации и навигации (ОСиН), а также о физико-химических процессах, происходящих в материалах при нагреве в ходе термической обработки, и о связанных с этим изменениях физико-химических характеристик материалов. В таблице приложения представлены данные о режимах процессов термической обработки материалов и сплавов, наиболее часто используемых для изготовления деталей приборов ОСиН.