Наноматериалы

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, в частности 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. Для студентов и аспирантов, специализирующихся в области нанотехнологии и наноматериалов, а также для преподавателей.

Учебное пособие предназначено для подготовки специалистов в области наукоемких технологий, связанных с квантовой физикой микромира, в частности для подготовки студентов по направлению «Наноматериалы и нанотехнологии». В книге подробно изложены основные виды формализма квантовой механики, включая операторную алгебру, матричную механику и скобочный аппарат Дирака. Значительное внимание уделено приближенным квантово-механическим методам, широко применяемым в квантовой химии. В соответствии с требованиями новых образовательных стандартов в книгу включены элементы развивающегося направления квантовой механики, а именно квантовой теории кубитов, которое связано с проектированием и созданием в будущем квантовых компьютеров. Достаточное место отведено технике конкретных квантово-механических вычислений. Для студентов и аспирантов высших технических учебных заведений, а также преподавателей физики и других естественнонаучных дисциплин в технических вузах.

Книга содержит семь аналитических обзоров ведущих ученых Европы и США. Материал дает представление о важных изменениях, произошедших в физике сегнетоэлектриков за последние 20 лет. Рассматриваются концептуальные достижения теории сегнетоэлектричества, новые технологии получения тонких эпитаксиальных пленок оксидных сегнетоэлектриков и сверхрешеток и методы их исследования. Описываются результаты теоретических и экспериментальных исследований размерных эффектов в тонких и сверхтонких сегнетоэлектрических пленках, сегнетоэлектрических наночастицах и нанотрубках. Приводятся результаты изучения доменных стенок в тонких сегнетоэлектрических пленках, а также данные по исследованию мультиферроиков. Полученные сведения позволяют использовать сегнетоэлектрики в электронике и других областях техники, в том числе для создания сегнетоэлектрических энергонезависимых запоминающих устройств (FRAM) и диэлектрических слоев в интегральных схемах. Для студентов, аспирантов, преподавателей вузов, практических специалистов и научных работников.

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. Книга предназначена для широкого круга практических специалистов в сфере нанотехнологий, но будет полезна также студентам вузов и разработчикам новых типов растровых электронных микроскопов.

В монографии освещены важнейшие с точки зрения современного материаловедения вопросы формирования эмиссионных токов в наноструктурах «металл–оксид металла», активно используемых в качестве основы холодных катодов различных электронных устройств. Проведен анализ использования тонкопленочных структур как основы холодных катодов кольцевых лазеров гироскопов, для накачки которых применяется тлеющий газовый разряд. С использованием компьютерного моделирования проведены комплексные исследования механизмов формирования инжекционно-эмиссионных токов в наноструктурах Al–Al2O3 и Be–BeO, процессов модификации их поверхности и объема под действием ионно-электронной бомбардировки. Рассмотрены вопросы получения и исследования физико-технических параметров холодных катодов на основе наноструктур Al–Al2O3 и Be–BeO. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области электронного материаловедения, радиоэлектроники, физики твердого тела. Она также может служить учебником, полезным преподавателям, аспирантам, магистрантам и студентам-старшекурсникам соответствующих физико-технических и естественнонаучных специальностей.

Дано систематическое изложение современного состояния исследований нанокристаллических материалов. Обобщены экспериментальные результаты по влиянию нанокристаллического состояния на микроструктуру и механические, теплофизические, оптические, магнитные свойства металлов, сплавов и твердофазных соединений. Рассмотрены основные методы получения изолированных наночастиц, ультрадисперсных порошков и компактных нанокристаллических материалов. Для специалистов в области физики твердого тела, физической химии и химии твердого тела, материаловедения, для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Нанохимия – быстро развивающаяся область науки, направленная на получение и изучение физико-химических свойств частиц вещества, имеющих размеры в несколько нанометров, и материалов на их основе. Подобные частицы обладают высокой реакционной способностью в широком интервале температур и размерной зависимостью свойств. Исследования в области нанохимии открывают перспективы для синтеза химических веществ и функциональных материалов с принципиально новыми и необычными свойствами. Настоящее пособие может рассматриваться как введение в область нанохимии и служить для студентов определенным указателем и справочным руководством в обширном мире наносистем, наноструктур и наноматериалов. Специальные разделы посвящены способам получения и свойствам наночастиц металлов и оксидов металлов, углерода, нанокомпозитам и искусственным метаматериалам. В пособии приведены четыре примера получения наноматериалов, которые могут быть использованы при постановке отдельных лабораторных работ. Для студентов, аспирантов, преподавателей и научных сотрудников, специализирующихся в области материаловедения, машино- и приборостроения.

Рассмотрены способы получения аморфно-кристаллических материалов (закалка из расплава, контролируемая кристаллизация, деформационное воздействие, импульсная–фотонная, лазерная и ультразвуковая–обработка, напыление тонких пленок, ионная имплантация). Приводится подробная информация о структурных особенностях перехода из аморфного состояния в нанокристаллическое при тепловых и деформационных воздействиях. Проанализированы теоретические и экспериментальные исследования, в которых описаны механизмы пластической деформации и особенности формирующихся физико-механических свойств. Рассмотрены области практического применения аморфно-нанокристаллических сплавов. Для научных работников, инженеров, аспирантов и магистров учебных заведений, интересующимися проблемами нанотехнологий и материаловедения наноматериалов для получения материалов с уникальными свойствами. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 13-02-07007

В книге изложены современные представления о роли поверхностных явлений в структурно-механическом поведении аморфных и кристаллических полимеров. Рассмотрены процессы развития и залечивания межфазной поверхности при разного рода воздействиях и показано, что любые воздействия приводят к ее изменению и сопровождаются транспортом материала из объема в поверхность и/или наоборот. Показано, что такие свойства полимеров, как сдвиговая текучесть, деформационное размягчение и большая обратимая деформация, во многом зависят от уровня межфазной поверхностной энергии. Рассмотрен эффект Ребиндера в полимерах и разного рода модификации поверхности. Заключительный раздел посвящен прикладным аспектам использования поверхностных явлений в разного рода полимерных системах. Для научных сотрудников и инженеров-технологов, занимающихся исследованием, разработкой и применением полимерных материалов, в том числе нанокомпозитов, а также для преподавателей, аспирантов и студентов соответствующих специальностей. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 13-03-07018

В монографии изложено современное состояние фундаментальных исследований карбидов вольфрама, широко применяемых в технике. Проведен симметрийный анализ превращений беспорядок–порядок и порядок–порядок в низших нестехиометрических карбидах вольфрама W C, описаны фазовые равновесия в системе вольфрам–углерод и родственных тройных системах, построена равновесная фазовая диаграмма системы W–C. Впервые описаны методы синтеза карбидов вольфрама с разным размером частиц (зерен) – от крупнозернистых до нанокристаллических, обсужден дифракционный метод оценки размера малых частиц и микронапряжений, рассмотрена зависимость стабильности состава карбидов вольфрама при высоких температурах на воздухе и в вакууме от размера частиц (зерен). Описаны особенности применения нанокристаллического монокарбида вольфрама для получения наноструктурированных твердых сплавов. Для научных работников и специалистов в области физики и химии твердого тела, физического материаловедения, нанокристаллического состояния вещества, а также для аспирантов и студентов соответствующих специальностей. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 03-13-07001, не подлежит продаже.

Нанокластеры, по своей структуре и свойствам, находятся в промежуточном состоянии между небольшими молекулами и массивным материалом. В данной монографии рассказано, как можно получить нанокластеры, описаны их основные физико-химические свойства и возможности управления ими с теоретической точки зрения, а также рассмотрены особенности применения метода рентгеновской спектроскопии поглощения для исследования некоторых типов нанокластеров. Монография снабжена конкретными примерами исследований геометрической и электронной структуры нанокластеров, которые были проведены в Научно-образовательном центре «Наноразмерная структура вещества» Южного федерального университета. Книга может быть полезной как студентам старших курсов и аспирантам, так и научным работникам, ведущим исследования в области нанотехнологий. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 11-02-07050

Монография посвящена обобщению результатов исследований в области технологии получения и применения наноматериалов. Проанализированы как результаты исследований, проведенных с участием авторов монографии и поддержанных проектами РФФИ, так и литературные данные, в том числе отечественные. Рассмотрены перспективы применения наноматериалов, причины их специфики, проанализированы основные подходы к терминологии и классификации, приведены основные методы получения наноматериалов с привязкой к свойствам и использованию получаемых материалов и изделий, проведено обобщение основных областей применения и возможных ограничений. Монография представляет интерес для научных и инженерных работников, а также аспирантов и студентов старших курсов. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 12-03-07000

Подробно и систематически рассмотрены наноструктурные состояния материалов, формирующиеся при закалке из расплава или последующей термической и деформационной обработке, а также физико-механические свойства материалов. Дана новая классификация наноматериалов, основанная на их структуре и механическом поведении. Рассмотрены различные условия формирования наноматериалов при закалке из жидкой фазы: 1) полная кристаллизация жидкой фазы в процессе закалки из расплава; 2) образование аморфного состояния в процессе закалки, с частичной или полной кристаллизацией при последующем охлаждении; 3) образование аморфного состояния при закалке с возникновением нанокристаллов в результате последующих тепловых или деформационных воздействий. Приведены примеры эффективного использования наноматериалов, полученных методом закалки из расплава. Для научных работников, аспирантов и магистров, специализирующихся в области нанотехнологий и наноматериалов. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 11-02-07016

Эта книга об одном из наиболее ранних и активно развивающихся направлений нанотехнологии – создании вычислительных устройств, в которых в качестве элементной базы используются отдельные молекулы или же их сравнительно небольшие ансамбли. Изложены основные принципы обработки информации на молекулярном уровне, сложная и во многом противоречивая история разработки молекулярных вычислительных устройств и последние результаты, которые позволяют надеяться на новый прорыв в современной вычислительной технике. Рассматриваются цифровые молекулярные системы, сходные по своей архитектуре с современными компьютерами, а также устройства, имитирующие биологические принципы обработки информации, которые, по-видимому, смогут эффективно решать задачи искусственного интеллекта. Для студентов, аспирантов и научных работников, создающих новые перспективные средства обработки информации, а также для широкого круга читателей, интересующихся этой проблемой. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 07-08-07015д

Монография «Нанотехнология» подготовлена коллективом авторов на основе исследований и разработок, выполненных на кафедре микроэлектроники и в Центре микротехнологии и диагностики Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета. Систематически излагается материал, охватывающий проблемы физики квантоворазмерных неорганических и биоорганических наноструктур; процессы нанотехнологии, ориентированные на формирование нанослойных систем и нанокомпозиций неорганической и органической природы, а также 3D-обработку с использованием наноразмерных пучков. Рассмотрены электронографический, оптические, электрические, электронно- и атомно-зондовые методы диагностики нанокомпозиций и анализа поверхности твердого тела с наноразмерным разрешением. Представлены практические результаты создания реальных востребованных устройств оптоэлектроники, микро- и наносистемной техники на основе гетеронаноструктур, нанопористых и наноструктурированных материалов, наноразмерных органических и неорганических мембран. Значительное внимание уделено микро- и наноаналитическим системам для экспресс-анализа наноколичеств вещества и контроля биоорганических макромолекул и комплексов. Для научных работников и инженеров, занимающихся нанотехнологиями. Может быть полезна для подготовки специалистов, магистров и аспирантов по направлениям: «Нанотехнология» и «Электроника и микроэлектроника».

Учебное пособие освещает актуальные проблемы развития, обработки, создания и исследования конструкционных и функциональных материалов на металлической основе. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 150100 – «Материаловедение и технологии материалов» и 150400 – «Металлургия». Глава 1 написана авторами: В. М. Фарбер, Н. В. Лежнин, В. А. Хотинов, О. В. Селиванова, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина. Глава 2 написана автором: М. Л. Лобанов, ООО «ВИЗ–Сталь», УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина. Глава 3 написана автором: В. Р. Бараз, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина». Глава 4 написана автором: А. В. Макаров, Институт машиноведения УрО РАН, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина. Глава 5 написана авторами: Г. А. Салищев, С. В. Жеребцов, Белгородский государственный национальный исследовательский университет. Глава 6 написана авторами: В. Г. Пушин, Н. Н. Куранова, А. В. Пушин, Институт физики металлов УрО РАН.

В монографии обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований в области физики контактного плавления твердых растворов с металлами и электропереноса в контактных прослойках. Рассмотрен механизм начальной стадии контактного плавления на наноуровне. Описано влияние малых примесей щелочных металлов и постоянного электрического тока на скорость контактного плавления. Для специалистов в области физики конденсированного состояния, теплофизики, материаловедения и металлургии, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

В доступной для широкого круга читателей форме рассматриваются история возникновения, основные направления и физико-химические принципы современных нанотехнологий, включая планарную технологию, супрамолекулярную химию, молекулярную электронику, получение наночастиц и наноструктурированных материалов. Подробно обсуждаются два основных пути создания наноматериалов: «снизу–вверх» и «сверху–вниз», а также методы изучения наноструктур и влияния размерных эффектов на их свойства. В основу книги положен курс лекций, которые в течение нескольких лет читаются одним из авторов на кафедре физики полимеров и кристаллов физического факультета Московского государственного университета. Книга адресована студентам, аспирантам и специалистам, интересующимся вопросами нанотехнологий.

Обобщены и систематизированы данные о синтезе и реакционной способности карбоксилатов металлов на основе моно- и дикарбоновых непредельных кислот с двойными и тройными связами, а именно моно- и полиядерных, а также кластерных комплексов, в реакциях раскрытия кратной связи (полимеризации, сополимеризации) и в термических превращениях. Представлены сведения об основных параметрах соединений и об их реакциях (константы скорости, активационные и термодинамические параметры, константы относительной реакционной способности и Q-e-параметры Алфрея–Прайса). Предложены основные подходы к продуктивному использованию экспериментального материала с целью поиска путей синтеза металлополимеров и наноматериалов на их основе, металлокомплексных и наноструктурированных катализаторов, а также к изучению полимераналогичных превращений с участием функциональных карбоксилатных групп. Для специалистов в области химии высокомолекулярных соединений, физикохимиков и широкого круга специалистов в области химии. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 09-03-07035

В монографии рассмотрен круг вопросов, связанных с проблемами описания и экспериментальной аттестации отдельных границ и ансамблей границ зерен в поликристаллах, а также исследования их роли в таких процессах, как зернограничная диффузия, релаксация и рост зерен. Предпринята попытка построить достаточно общую модель сверхпластичности, основанную на экспериментально установленных закономерностях, касающихся полос кооперированного зернограничного проскальзывания. Рассмотрены вопросы формирования и эволюции микроструктуры, текстуры и ансамбля границ зерен в материалах, полученных методами интенсивной пластической деформации. Книга может быть рекомендована аспирантам и студентам старших курсов, занимающимся проблемами наноматериалов и нанотехнологий.