Скачать презентацию Наноматериалы  Наноматериалы — материалы, созданные с использованием Скачать презентацию Наноматериалы Наноматериалы — материалы, созданные с использованием

lec_2_1(Нанохимия).ppt

  • Количество слайдов: 16

Наноматериалы Наноматериалы

Наноматериалы — материалы, созданные с использованием наночастиц и/или посредством нанотехнологий, обладающие какими либо уникальными Наноматериалы — материалы, созданные с использованием наночастиц и/или посредством нанотехнологий, обладающие какими либо уникальными свойствами, обусловленными присутствием этих частиц в материале.

Сами по себе наноматериалы в чистом виде, например, углеродные трубки, не нужны: серьезные положительные Сами по себе наноматериалы в чистом виде, например, углеродные трубки, не нужны: серьезные положительные изменения в экономику в том числе и в машиностроение, внесут макроматериалы из нанотрубок или содержащие нанотрубки. • Сами наноматериалы делят по назначению на: • Конструкционные • Композиционные • Функциональные

 Конструкционные материалы. Примеры. Машиностроение является, в основном, потребителем объемных наноструктурированных материалов (стали, титан Конструкционные материалы. Примеры. Машиностроение является, в основном, потребителем объемных наноструктурированных материалов (стали, титан и его сплавы, алюминиевые сплавы, керамика, пластмассы и композиционные материалы), материалов с памятью, порошковых материалов и комплектующих наноизделий (гидро и электрооборудование, анопродукция н приборостроения и др. ). Существенный эффект ожидается от внедрения технологических процессов нанесения износостойких покрытий на режущие инструменты, штампы и пресс формы , а также износо, коррозионно , жаростойких и водооталкивающих покрытий деталей машин. Важное значение имеет наноструктурированная продукция триботехнического направления и оборудование для обработки деталей с нанометровой точностью и для нанесения нанопокрытий.

Конструкционные материалы. • Наноструктурные объемные материалы отличаются большими прочностью, а также твердостью по сравнению Конструкционные материалы. • Наноструктурные объемные материалы отличаются большими прочностью, а также твердостью по сравнению с материалами с обычной величиной зерна. Поэтому основное направление их использования в настоящее время – это получение высокопрочных и износостойких материалов. Так прочностные свойства увеличиваются по сравнению с обычным состоянием в 2, 5 3 раза, а вязкость – либо уменьшается очень незначительно, либо возрастает, особенно, в случае керамических наноматериалов. Композиты, армированные углеродными нановолокнами и фуллеренами, рассматриваются как перспективные материалы для работы в условиях ударных динамических воздействий, в частности для брони и бронежилетов.

 ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ • По определению, композиционными называют материалы, состоящие из двух или более ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ • По определению, композиционными называют материалы, состоящие из двух или более фаз с четкой межфазной границей. На практике же это — системы, которые содержат усиливающие элементы (волокна, пластины) с различным от ношением длины к сечению (что и создает усиливающий эффект), погруженные в полимерную матрицу. Удельные механические характеристики композитов (нормированные на плотность) заметно выше, чем у исходных компонентов.

 ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ • Композиционные материалы различаются типом матрицы (органическая, неорганическая), ее перерабатываемостью (термопласт, ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ • Композиционные материалы различаются типом матрицы (органическая, неорганическая), ее перерабатываемостью (термопласт, термосет), типом уси ливающих элементов, их ориентацией (изотропная, одноосно ориентированная) и не прерыв ностью

ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ • Механические свойства композитов зависят от структуры и свойств меж фазной границы. ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ • Механические свойства композитов зависят от структуры и свойств меж фазной границы. Так, сильное межфазное взаимодействие между матрицей и волокном наполнителем обеспечивает высокую прочность материала, а значительно более слабое — ударную прочность. В обычных композиционных материалах фазы имеют микронные и субмикронные размеры. Наблюдаемая тенденция к улучшению свойств наполнителя (усиливающего элемента) при уменьшении его размеров объясняется снижением его макроскопической дефектности. Однако в целом физические свойства конечного композита не могут превосходить свойств чистых компонентов. Другое дело нанокомпозиты — структурированные материалы со средним размером одной из фаз менее 100 нм.

 Нанокомпозиты из керамики и полимеров • Основные структурные параметры наночастиц — их форма Нанокомпозиты из керамики и полимеров • Основные структурные параметры наночастиц — их форма и размер. Физические, электронные и фотофизические свойства наночастиц и кластеров, определяемые их чрезвычайно высокой удельной поверхностью (отношением поверхности к объему), значительно отлича ются от свойств, как блочного материала, так и индивидуальных атомов. • Очень многие материалы — от металлов и керамик до биоминералов — состоят из неор ганических наночастиц (оксидов, нитридов, карбидов, силикатов и т. д. ). Они входят в состав и нанокомпозитов на основе различной керамики и полимеров. Несовместимость этих неорганических и органических компонентов — основная проблема, которую приходится преодоле вать при создании таких материалов.

 Материалы с сетчатой структурой • Наибольшие успехи в получении этих нанокомпо зитов были Материалы с сетчатой структурой • Наибольшие успехи в получении этих нанокомпо зитов были достигнуты золь гель технологией, в которой исходными компонентами служат алкоголяты некоторых химических элементов и органические олигомеры. Сначала алкоголяты кремния (титана, циркония, алюминия или бора) подвергают гидролизу

 Материалы с сетчатой структурой • А затем проводят реакцию поликонденсации гидроксидов. • В Материалы с сетчатой структурой • А затем проводят реакцию поликонденсации гидроксидов. • В результате образуется керамика из неорганической трехмерной сетки. Поскольку золь гель реакция, протекающая обычно в спиртовых растворах мономера и алкоголятов неоргани ческого предшественника М(OR)n, не требует высокой температуры, в реакционные схемы удается включать органические соединения, как в виде активных олигомеров, так и готовых полимеров.

 Материалы с сетчатой структурой • В качестве органического компонента используют многие соединения (полистирол, Материалы с сетчатой структурой • В качестве органического компонента используют многие соединения (полистирол, по лиимид, полиамид, полибутадиен и полиметилметакрилат) и в зависимости от условий реакции и содержания компонентов получают материалы с разной надмолекулярной организацией. Можно создать, скажем, высокодисперсные нанокомпозиты на основе полидиметилсилок сана и тетраэтоксисилана с включенными в неорганическую сетку олигомерами.

 Материалы с сетчатой структурой • Нанокомпозиты на основе полимеров и керамик сочетают в Материалы с сетчатой структурой • Нанокомпозиты на основе полимеров и керамик сочетают в себе качества составляющих компонентов: гибкость, упругость, перерабатываемость полимеров и характерные для стекол твердость, устойчивость к износу, высокий показатель светопреломления. Благодаря такому сочетанию улучшаются многие свойства материала по сравнению с исходными компонентами.

 Слоистые нанокомпозиты • Их тоже создают на основе керамики и полимеров, но с Слоистые нанокомпозиты • Их тоже создают на основе керамики и полимеров, но с использованием природных слоистых неорганических структур, таких как монтмориллонит или вермикулит, которые встречаются, на пример, в глинах. Слой монтмориллонита толщиной ~1 нм в ходе реакции ионного обмена насыщают мономерным предшественником с активной концевой группой (ε капролактамом, бутадиеном, акрилонитрилом или эпоксидной смолой), а затем проводят полимеризацию

 Слоистые нанокомпозиты • Слоистые нанокомпозиты на основе полимера и силиката монтмориллонита с низким Слоистые нанокомпозиты • Слоистые нанокомпозиты на основе полимера и силиката монтмориллонита с низким его со- держанием (справа вверху) и высоким.

 Слоистые нанокомпозиты • Так получают слоистые нанокомпозиты с высоким содержанием керамики. Эти материалы Слоистые нанокомпозиты • Так получают слоистые нанокомпозиты с высоким содержанием керамики. Эти материалы характеризуются высокими механическими свойствами, термической и химической стабильностью. Но даже и небольшое количество алюмосиликата значительно улучшает механические и барьерные свойства полимера. Так, по сравнению с чистым полиимидом влагопроницаемость полиимидного нанокомпозита, содержащего всего 2 мас. % силиката, снижается на 60%, а коэффициент термического расширения — на 25%. Отметим, основная проблема при создании слоистых нанокомпозитов на основе глин и тому подобных керамик — обеспе чить равномерное раскрытие слоистых структур и распределение мономера по материалу.