Наноструктуры

Сергей Воронин рассказал о том что отверстия и поры не всегда являются дефектами, а могут даже быть полезны

Учебное пособие «Наносистемы в строительном материаловедении» представляет собой первую попытку в практике отечественной высшей школы систематического изложения основных положений и вопросов, связанных с применением нанотехно-логических подходов при разработке и производстве строительных материалов. В издании изложены основные понятия о наноразмер-ном состоянии вещества, начальные представления о наномине-ралогии сырья для строительной индустрии, основы аналитических методов исследования наносистем в строительном материаловедении. Рассмотрены вопросы применения наносистем при получении вяжущих различных механизмов твердения и композиционных материалов на их основе. Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов строительных специальностей, а также может представлять интерес для инженеров и научных сотрудников.

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. Для научных работников, преподавателей, инженеров, аспирантов и студентов, специализирующихся в области нанотехнологии и наноматериалов.

В книге обобщаются ключевые наработки в области нанотехнологий и рассматривается их влияние на обработку металлов, полимеров, композитных и керамических материалов. Обсуждаются практические вопросы, связанные с промышленным производством и использованием наноматериалов, методы наноинженерии в создании сплавов на основе стали, алюминия и титана, рассматриваются нанотехнологии, позволяющие использовать гидриды металлов для хранения водорода как источника энергии, а также методики синтеза нанополимеров для аккумуляторных батарей. Эта книга – идеальное введение в нанотехнологии, она представляет широкий обзор их применения при создании новых промышленных материалов. Книга будет полезна для инженерных и научных работников, которые в своей практической деятельности связаны с проблемами создания и применения наноматериалов и нанотехнологий. Благодаря этой книге отечественные специалисты смогут найти решения многих междисциплинарных проблем в области применения наноматериалов и нанотехнологий.

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. Для студентов, аспирантов, докторантов, преподавателей классических, педагогических и технологических университетов, а также специалистов, работающих над проблемами разработки и применения нанотехнологии.

Изложены ранние и современные представления о механизмах формирования теоретической и реальной прочности металлических материалов. Уделено внимание дислокационным моделям формирования высокопрочного состояния сплавов, показан их вклад в обеспечение эксплуатационных свойств при реализации наиболее распространённых промышленных процессов упрочнения. Выполнен подробный количественный анализ характеристик прочности и сопротивления разрушению при суперпозиции различных механизмов упрочнения, в том числе при повышенных температурах. Описана теория вязко-хрупкого перехода. Представлены количественные характеристики энергоёмкости и интенсивности напряжений при разрушении в различных условиях. Для студентов машиностроительных и металлургических направлений подготовки. Может быть полезно работникам научных, проектных и исследовательских организаций, а также специалистам в области машиностроения и металлургии.

Представлены результаты научно-исследовательской работы в области получения и изучения морфологических, магнитных и электрофизических свойств наночастиц вакуумно-дугового синтеза на основе оксидов металлов. Созданы математические модели синтеза наночастиц с учётом процессов расплавления материала катода в катодном пятне. Изучены магнитные свойства полученных образцов наночастиц методами вибрационной магнитометрии и магнитной силовой микроскопии. Методом импедансной спектроскопии исследованы электрофизические и диэлектрические свойства наночастиц. Предназначена для научных работников и инженеров, специализирующихся в области порошковой металлургии и композиционных материалов, физики конденсированного состояния, физики магнитных явлений. Может быть рекомендована для магистрантов и аспирантов физических и физико-технических специальностей.

Рассматриваются основные понятия и характеристики наномира и нанотехнологий, законы квантового мира; наноматериалы; инструменты нанотехнологий. Приведены прогнозы и примеры реализации наноэлек-тромеханических систем; одноэлектроники и наноэлектроники; элементов молекулярной, функциональной и диэлектрической электроники. Рассмотрены прогнозы и примеры реализации мемристорной и полимерной электроники. Освещены вопросы будущего развития наноэлектроники и нанотехнологий и вопросы, затрагивающие аспекты опасности применения нанотехнологий. Для студентов телекоммуникационных и радиотехнических специальностей дневной и заочной формы обучения, а также для инженерно-технических работников, изучающих электронику и схемотехнику.

В учебном пособии, помимо традиционно сложившихся разделов физики твердого тела, отражены некоторые современные направления науки, такие как физика фотонных кристаллов, наномасштабная физика, фрактальные представления о структуре кристаллических тел. Теоретический материал каждой главы книги дополнен задачами с решениями. Для студентов и аспирантов высших технических учебных заведений, а также преподавателей физики и других естественнонаучных дисциплин в технических вузах.

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. Для специалистов в областях химии, физики и материаловедения.

В данном красочном издании собраны точные и удивительно красивые изображения структур разнообразных объектов наномира. Некоторые из них представляются очень простыми, другие же, напротив, весьма сложны. Однако во всех случаях мы видим странные и интересные объекты, иллюстрирующие строение веществ на атомарном уровне. Предлагаемые структуры позволяют читателю оценить неожиданные возможности «наноархитектуры» и уловить взаимосвязь между особенностями строения и известными физико-химическими свойствами веществ. Все иллюстрации снабжены короткими рассказами, написанными на высоком научном уровне. Для широкого круга читателей. Книга может использоваться также и школьными педагогами в качестве учебного пособия, например по химии и физике, так как ее чтение не требует специальных знаний, кроме самых общих представлений о кристаллической решетке, атомах и химических связях.

В книге представлены базовые понятия теории переходной схемотехники, необходимые для разработки новой элементной базы суперкомпьютеров различных типов. Теорию переходной схемотехники отличает новая компонентная концепция синтеза наноструктур, в которой минимальным компонентом для синтеза схем является не транзистор, а материал и переход (связь) между материалами. Приводятся данные экспериментального 2D и 3D моделирования физических и электрических процессов в кремниевых переходных наноструктурах с минимальным топологическим размером 10–20 нм и сравнительный анализ четырех типов схемотехник. Книга может быть рекомендована научным работникам, аспирантам и инженерам, специализирующимся в области разработки элементной базы суперкомпьютеров и альтернативных вычислительных систем, а также бакалаврам и магистрам, обучающимся по специальностям «Нанотехнология и микросистемная техника», «Электроника и наноэлектроника», «Вычислительные системы, комплексы и сети».

Книга, написанная специалистом в области исследования гетерогенных процессов, посвящена проблеме, которая находится на стыке химии, физики, материаловедения и современных высоких технологий (в том числе нанотехнологии). Сформулирован основной эволюционный маршрут твердого вещества, проанализированы его отдельные стадии (зарождение, рост частиц, агломерация, упорядочение, отклик на внешние воздействия и т. д.). Рассмотрены теоретические модели эволюционного процесса на макро-, мезо- и микроуровне. Особое внимание уделено формированию диссипативных структур и характерным чертам эволюции нанодисперсного вещества. Книга хорошо иллюстрирована, содержит обширную библиографию. Для широкого круга специалистов, чьи области научных и практических интересов связаны с синтезом или использованием твердых веществ, а также для преподавателей, аспирантов и студентов химических и химико-технологических специальностей.

Настоящий учебник является одним из наиболее полных современных учебных изданий по материаловедению. В нем систематизированы фундаментальные сведения о строении и физико-химических свойствах, фазовых превращениях и физических процессах широкого спектра материалов, в том числе наноструктурированных, рассмотрены методы исследования их структуры и свойств. Широко проиллюстрированы возможности применения наноструктур для решения разнообразных технических задач. Приведенные в приложении к учебнику тестовые задания с вариативными ответами предназначены для промежуточного и итогового контроля, повышения эффективности усвоения изучаемого материала. Для студентов и аспирантов, специализирующихся в области физики конденсированных сред и материаловедения, а также специалистов различных областей техники и технологий.

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. Для студентов и аспирантов, специализирующихся в области материаловедения, а также специалистов-технологов.

Рассмотрены процессы изготовления наноструктур различных размерностей с помощью их самоорганизации и наносборки, описаны процессы самосборки 2D-наноструктур (нанослоев), 1D-наноструктур (нанонитей) и 0D-наноструктур (наночастиц). Приведены основные понятия и описаны процедуры, необходимые для экспериментального и теоретического изучения процессов самоорганизации наноструктур, применяемых в нанотехнологиях. Для студентов 6-го курса.

Представлены современные достижения в теории и эксперименте метода дифракции электронов в 4D пространственно-временном континууме. Даны основы классической газовой электронографии, в том числе высокотемпературной, на основе понятия поверхности потенциальной энергии. Введение развертки во времени в дифракционные методы с использованием пикосекундных и фемтосекундных электронных диагностирующих импульсов, синхронизированных с импульсами возбуждающего лазерного возбуждения, позволило разработать методы сверхбыстрой электронной кристаллографии, дифракции рентгеновских лучей с временным разрешением и динамической просвечивающей электронной микроскопии, томографии молекулярного состояния. Становится возможной визуализация переходных процессов при фотовозбуждении свободных молекул и биологических объектов, анализ процессов на поверхности и в наноструктурах. Для широкого круга читателей, студентов, аспирантов, научных работников, интересующихся проблемами структуры и динамики наноматериалов, строением вещества.

Процессы в пористых телах составляют основу многих традиционных и современных технологий: каталитических, сорбционных, мембранных, электрохимических, хроматографических, очистки и разделения жидких и газовых смесей, капиллярной конденсации и десорбции, многофазной фильтрации и напыления, смачивания, пропитки и сушки широкого круга дисперсных систем, как синтезированных, так и природных, включая процессы переноса веществ в различных грунтах и т.д. Монография является первым шагом в изложении с единой точки зрения всего круга вопросов по расчету равновесных и динамических характеристик процессов адсорбции в пористых телах на молекулярном уровне. Впервые излагаются два новых направления статистической термодинамики: теория расслаивания молекул в сложных микронеоднородных системах и микроскопическая гидродинамика. Материал ориентирован на специалистов, которые занимаются процессами равновесия и динамики адсорбции в пористых телах, но не являются специалистами в теории и моделировании этих процессов. Изложение материала построено так, чтобы читатель мог последовательно войти в курс проблем, для чего приведено большое количество иллюстраций: фазовые диаграммы, коэффициенты переноса и распределения потоков, которые хорошо знакомы экспериментаторам в случае объемной фазы и в макроскопических порах, но для наноразмерных пористых систем неизвестны. Монография имеет междисциплинарный характер. Она полезна широкому кругу специалистов в области физической химии, занимающихся вопросами статистической термодинамики, физики поверхностных явлений и фазовых переходов, кинетической теории конденсированных фаз и гидродинамики, а также студентам и аспирантам соответствующих специальностей. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 11-03-07026 в пористых телах.

В монографии систематизирован и подробно изложен круг вопросов, которые в совокупности закладывают основы нового научного направления – акустики нанодисперсных сред, направленного на изучение наномасштабной структуры вещества. В монографии рассмотрены известные к настоящему времени особенности распространения звуковых колебаний в намагничивающихся жидкостях и описывающие их модельные теории; акустомагнитный и магнитоакустические эффекты в магнитных жидкостях; специфика магнитожидкостного уплотнения как колебательной системы с магнитожидкостным инерционным элементом; акустомагнитная спектроскопия мод колебаний в системе жидкость–оболочка; акустогранулометрия – новый метод исследования физических параметров магнитных наночастиц, диспергированных в жидкости-носителе; вибрационно-реологические эффекты намагниченной магнитной жидкости и основанная на них акустометрия формы магнитных наноагрегатов и немагнитных микроагрегатов. Монография предназначена научным работникам, инженерам-исследователям в области материаловедения, физической акустики, гидроакустики, магнитной гидродинамики, реологической физики, разработчикам аппаратуры с применением магнитных коллоидов. Книга будет полезна также студентам старших курсов университетов и аспирантам соответствующих физических специальностей. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 11-02-07030 В оформлении обложки использована фотография момента лекционной демонстрации по магнитоуправляемости магнитной жидкости, подготовленной сотрудниками ЮЗГУ Петром Алексеевичем Ряполовым, Ириной Александровной Шабановой, Анастасией Михайловной Стороженко.

Книга посвящена бурно развивающемуся направлению науки и техники – нанофотонике. В дифракционной нанофотонике исследуется дифракция света на макрообъектах с минимальными неоднородностями порядка десятков нанометров, вплоть до квантовых точек размером около 10 нм. Подробно рассмотрены современные численные методы решения задач дифракции в рамках строгой электромагнитной теории. Рассмотрена дифракция света на двумерных и трехмерных фотонных кристаллах, на фотонно-кристаллических волноводах и линзах, на градиентных элементах, на одномерных и двумерных дифракционных решетках, в том числе с металлическими слоями для формирования интерференционной картины поверхностных электромагнитных волн (плазмонов). Рассмотрены магнитооптические свойства двухслойных металлодиэлектрических гетероструктур. Результаты математического моделирования сравниваются с результатами экспериментального исследования созданных устройств дифракционной нанофотоники. Для студентов старших курсов специальностей: прикладные математика и физика, прикладная математика и информатика, оптика, а также для аспирантов, докторантов, научных работников и специалистов, работающих в соответствующих областях. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 10-07-07006-д