1. Порівняльний аналіз деформаційних кривих металу та кераміки.

2. Розмірна залежність кінетики ущільнення порошкової суміші під час гарячого пресування.

3. Електроімпульсне плазмове спікання нанопорошків: схема методу та фізика процесів.

4. Температурна залежність міцності керамічних матеріалів та металів: особливості, основні відмінності та їх причини.

5. Залежність характеристик матеріалів від розміру зерен. Правило Холла-Петча. Особливості правила Холла-Петча для наноматеріалів.

6. Різні структурні форми нанокремнію. Перспективні напрямки використання нанокремнію в приладах різного призначення.

7. Методи синтезу поруватого кремнію. Формування матеріалу методом електрохімічного травлення. Механізми формування поруватого кремнію.

8. Квантові розмірні ефекти в нанокремнії. Люмінесценція.

9. Оптичні властивості нанокомпозитів на основі поруватого кремнію, середовищ з нанокремнієм та щілинних кремнієвих структур.

10. Застосування наноструктурованого кремнію в біомедицині та біотехнологіях.

11. Загальний гамільтоніан кристала. Адіабатичне наближення.

12. Наближення самоузгодженого поля. Рівняння Хартрі та рівняння Хартрі-Фока.

13. Електронні стани кристала. Наближення майже вільних електронів.

14. Електронні стани кристала. Наближення сильно зв’язаних електронів.

15. Експериментальні методи отримання діаграми напруження-деформація.

16. Розмірне квантування та умови його спостереження. Вплив концентрації носіїв заряду на спостереження розмірного квантування.

17. Типи гетеропереходів, структури із квантовими ямами та бар’єрні структури. Область просторового заряду. Побудова зонної діаграми поблизу гетеропереходу.

18. Рівноважна концентрація електронів та положення рівня Фермі у власному напівпровіднику в об’ємному випадку.

19. Густина станів у напівпровідникових квантових ямах та дротах.

20. Рівноважна концентрація електронів та положення рівня Фермі у напівпровідникових квантових ямах та дротах.

21. Балістичний транспорт, квантова інтерференція: умови спостереження. Квант опору.

22. Принципи роботи заломлюючого транзистора, транзистора на відбитих електронах та балістичного випрямляча.

23. Кулонівська блокада у двобар’єрних структурах. Загальний вигляд вольт-амперної характеристики.

24. Принципи роботи одноелектронного насосу та одноелектронної пастки.

25. Молекулярні тригери. Молекулярні логічні елементи.

26. Фототермічне перетворення у напівровідникових системах. Вплив об’ємної та поверхневої рекомбінації фотозбуджених носіїв заряду.

27. Фототермічні методи дослідження теплофізичних властивостей наноструктурованих матеріалів.

28. Фотоакустичний ефект у наноструктурованих матеріалах. Механізми фотоакустичного перетворення в твердих тілах.

29. Особливості поширення тепла в низьковимірних системах. Тепловий опір інтерфейсу.

30. Фізичний базис газо-мікрофонних та п’єзоелектричних фотоакустичних методів реєстрації інформативного відгуку.

31. Основні рівняння теорії гомогенного зародкоутворення в однокомпонентних системах. Вирази для радіуса критичного зародка та роботи утворення критичного зародка.

32. Основні характеристики процесу кристалізації в однокомпонентних системах: частота зародкоутворення, лінійна швидкість росту кристалів, частка кристалічної фази.

33. Кінетика нестаціонарного зародкоутворення. Час затримки при зародкоутворенні.

34. Основні рівняння теорії гетерогенної кристалізації бінарних сплавів: радіус та робота утворення критичного зародка в бінарній системі при гетерогенному зародкоутворенні.

35. Термодинамічний критерій “легкої” аморфізації для бінарних сплавів. Аналіз особливостей процесу кристалізації для модельних бінарних сплавів з різним типом діаграм стану.

36. Структура та властивості аморфних сплавів. Методи отримання сплавів в аморфному стані. Методи дослідження структури та властивостей аморфних сплавів.

37. Температурна та часова стабільність аморфних сплавів. Вплив дифузійних процесів на процеси фазоутворення в аморфних сплавах.

38. Структурна релаксація в аморфних сплавах. Старіння аморфних сплавів.

39. Основні положення термодинамічної теорії високотемпературної стабільності аморфних сплавів.

40. Модель вморожених центрів кристалізації; умова розчинення вморожених центрів кристалізації в аморфній матриці. Висхідна дифузія в аморфних сплавах.

1. Порівняльний аналіз деформаційних кривих металу та кераміки.

Деформа́ція (від лат. deformatio — «спотворення») — зміна розмірів і форми твердого тіла під дією зовнішніх сил (навантажень) або якихось інших впливів (наприклад, температури, електричних чи магнітних полів).

При деформації точки твердого тіла змінюють своє положення. Точка із радіус-вектором r при деформації має нове положення , тобто здійснить переміщення . Поле переміщень є однією з характеристик деформації, але воно незручне для математичного опису, оскільки, наприклад, при видовженні стрижня точки біля його початку зміщуються зовсім мало, а в кінці — доволі значно. Набагато важливіше те, наскільки точка тіла змістилася щодо сусідньої. Тому деформацію математично найзручніше описувати похідними від переміщення, які утворюють тензор, що отримав назву тензора деформації.

Тут показаний типовий графік залежності напруження, яке виникає в тілі при деформації від величини відносного видовження.

При малих деформаціях напруження зростає лінійно із видовженням. Цю область кривої називають областю пружних деформацій. Якщо зняти прикладену силу, то тіло повертає свої розміри й форму. При зростанні деформації реакція тіла втрачає лінійність, а ще при більшій деформації починається область пластичності. При такій деформації тіло вже не повертає собі попередні розміри й форму. В цій області проявляється явище повзучості — зміни розмірів тіла з часом при незмінній силі розтягу. В цій області тіло сильно розтягається при незначному збільшенні прикладеної сили. При певній деформації наступає руйнування.

В залежності від величини області пластичної деформації матеріали поділяються на пластичні й крихкі. У крихких матеріалів область пластичної деформації дуже вузька. Крихкість речовин сильно залежить від температури. При низьких температурах тіла схильні руйнуватися при менших навантаженнях. Особливо це стосується полімерних матеріалів, які при високих температурах надзвичайно пластичні, а на морозі легко ламаються.

Тут більше про метали

Для металів характерний металічний зв´язок, який являє собою розташування заряджених частинок у вузлах кристалічної решітки, оточених електронним газом.

Для неметалів характерний йонний або ковалентний зв´язок – вони жорсті і обумовленні електростатичним притяганням двох різнозаряджених частинок.

Наявність у зразка металічного зв’язку надає йому здатність до пластичної деформації. Тому, всередині металу або сплаву, якщо форма деталі така, що має концентрацію напруги у деяких місцях, то у цих місцях напруга досягає значної величини такої, що можуть виникнути тріщини.Оскільки пластичність металу велика, то у цьому місці, у тому числі, і в ущелині тріщини метал пластично здеформується, і процес руйнування призупиниться. У неметалів таке явище не спостерігається, оскільки їм не властива пластична деформація і самоміцність.

Механічні властивості – характеристики, які визначають поведінку металів під дією прикладених механічних сил. Виділяють дві основні механічні характеристики:

Міцність – це здатність металів чинити опір деформації і руйнуванню.

Пластичність – це здатність матеріалу до залишкових деформацій.

Деформація – це зміна форми та розмірів, матеріалу під дією прикладених механічних сил, як зовнішніх, так і внутрішніх. Внутрішні сили можуть бути спричинені порушенням правильності розташування атомів у кристалічній решітці. А також можуть бути зумовлені протіканням різних фазових перетворень. Тобто, таким чином, прикладена до матеріалу сила викликає його деформацію. Деформація поділяється на декілька видів:

Пружна – тіло повертається до початкового стану (розмір і форма) після навантаження.

Пластична – тіло залишається у здеформованому стані після припинення дії механічних сил.

Механізм пружної деформації.

Під дією зовнішньої сили змінюється відстань між атомами у кристалічній решітці. Після зняття навантаження стоми стають на попередні місця і деформація зникає. Сила, яку потрібно прикласти, щоб здвинути атом на визначену відстань залежить від характеристики металу.

Механізм пластичної деформації.

Цей механізм має більш складний характер, ніж механізм пружної деформації. У процесі пластичної деформації одна частина кристала переміщується по відношенню до іншої. Якщо зняти навантаження, то переміщений зв’язок не повернеться на попереднє місце, і тіло залишиться здеформованим – так званий, метод ковзання. При цьому пластична деформація супроводжується подрібленням блоків всередині зерен. І при значному ступені деформації спостерігається зміна форми зерен і їх розташування у просторі, причому у зернах можуть виникати пустоти (пори) – метод «двійникування». Тобто одна частина кристала симетрично розтягується по відношення до іншої. При цьому утворюються симетричні площини, розташовані під різними кутами. Якби відбувалося зміщення всіх частин кристала, необхідно було б прикладати більші зусилля, ніж спостерігається насправді. Тобто механізм полягає у рухові дислокацій. Процес ковзання відбувається по площинам, а саме там, де наявна більша щільність пакування. У процесі пластичної деформації змінюється структура металу; відбувається зміна форми зерен кристала, вони витягуються і виявляють анізотропічні властивості. Крім структури змінюються фізичні, механічні і корозійні властивості. У процесі деформації виникають нові дефекти кристалічної структури і виникають нові дислокації. Чим більша кількість дислокацій, тим метал пластичніший. Чим менша міцність, тим більша пластичність. Така залежність міцності і пластичності від кількості дислокацій пояснюється тим, що за великої кількості дислокацій вони заважають руху один одного. Саме тому збільшується міцність і зменшується пластичність. Визначена кількість дислокацій призводить до зменшення або збільшення пластичності.

Графік залежності пластичної деформації від напруги

ОА – область пружної деформації;

АВ – область пластичної деформації;

т. В – максимальне значення, яке вказує на зародження тріщини;

> т. В – область руйнування.

Коли у області ОА наявна пропорційна залежність, то деформація пружна, якщо ж залежність не пропорційна, то деформація пластична.

1. Нахил прямої ОА показує таку технологічну характеристику, як жорсткість. Тобто пряма показує, як зовнішнє навантаження змінює міжатомну відстань, що у першому наближенні характеризує силу взаємодії частинок.

2. Визначити тангенс кута нахилу прямої ОА можна за формулою:

, де

ε – модуль пружності.

3. Напруга, величиною σ_А відповідає моменту появи пластичної деформації.

Чим точніший метод прбудови такої діаграми, тим нижче знаходиться точка А.

У технологічних вимірюваннях прийнята така характеристика, яка називається границею міцності (границею текучості).

4. Границя міцності (σ_0,2) – це напруга, яка викликає залишкову деформацію, що дорівнює 0,2% від довжини або від іншого параметру досліджуваного зразка.

5. Максимальне значення напруги σ_В відповідає максимальній напрузі, яка була досягнута при розтягненні.

6. Площина під кривою пропорційна роботі, яку потрібно витратити, щоб зруйнувати метал (в´язкість металу).

ОАа – область, яка відповідає роботі, що необхідна для зародження тріщини;

авВ – робота по поширенню тріщини.

Загальна робота А = А_зар. + А_пош.

Залежність σ = f(ε) називається кривою деформації. Вона має різні графічні зображення в залежності від швидкості і температури випробувань. Аналізуючи ці криві, можна отримати багато важливої іформації про стан та властивості матеріалу.

Тут більше про кераміку

Керамика плохо подвергается деформации, но во многих случаях разрушается в пределах упругости. Причиной разрушения является не только деформация, но и трещины, которые являются причиной локального разрушения.

Существует зависимость между твёрдостью керамики и её прочностью.

,

–для керамики;

–для металлов.