Аморфные и
наноматериалы
1.Технологии получения аморфных материалов
2.Наноматериалы и их технологии
3.1. Аморфные материалы.
Металлические материалы представляет собой одно-двух или поликристаллические сплавы. Сталь, чугун, дуралюмин, латунь и т.п. люди используют давно, но новые потребности могут удовлетворить только новые материалы.
Основа у материалов зачастую та же самая, что у поликристаллических материалов, но приготовленные по другой технологии, они приобретают новые свойства. Некоторые технологии мы сейчас и рассмотрим
1.1.Получение из газовой
Дляфазыполучения аморфного материала из газовой фазы нужно,
чтобы кинетическая энергия осаждаемого атома не превышала энергии связи атомов на подложке.
Малоподвижные атомы укладываются на подложку случайно, а значит бесструктурно. Подвижные атомы могли бы подвигавшись, создать более энергетически выгодную структуру.
Достоинства – высокая скорость охлаждения, что обеспечивает консервацию аморфного состояния.
Недостатки – низкая скорость нарастания аморфного слоя, требования к высокому вакууму, возможность попадания
атомов откачиваемой атмосферы на подложку.
Конкретные технологии:
Термическое испарение в вакууме Лазерное или электронно-лучевое испарение Плазменное испарение
Катодное распыление Плазмохимия, т.е. разложение в тлеющем разряде.
Получение из растворов.
Аморфные вещества получают реакциями осаждения из раствора. Если условия меняются очень быстро, то может не успеть организоваться кристаллическая структура и она будет аморфной. Методы: Выпаривание.
Добавка осадителей, например к полярному растворителю – неполярный, или к неполярному – полярный. Электролитическое осаждение. Здесь добавляют в ванную с электролитом фосфор или бор. Они способствуют формированию некристаллических металлов.
Термическое разложение геля.
Получение из кристаллической фазы
1.Самое тривиальное – быстро нагреть и быстро же охладить. Либо другие сильные воздействия при которых атомы могут покидать свои равновесные положения.
2. Твердофазные реакции.
3.Сильные механические воздействия, например в планетарной, либо вибрационной мельнице, когда механическая разупорядоченность на поверхности может распространяться вглубь материала. Например дислокации, которых образуется настолько много, что говорить об кристаллическом материале не имеет смысла.
4.Облучение поверхности нейтронами, либо
бомбардировка ионами (например ионная
Получение из расплавов
Для получения стекол из расплавов требуется высокая вязкость. Как мы рассматривали ранее, кристаллизация происходит через образование и рост зародышей новой фазы. Если вязкость высока, то молекулам требуется значительное время для построения кристаллов. Если охладить быстро, то кристаллическая структура не успевает выстроиться.
Пример с двуокисью кремния SiO2. T пл 1722 С, Т стекл 1222 С, вязкость при Т пл 1 МПА.с.
(Кислород, сера, селен-халькогены). Халькогенидные стекла – соединения с другими элементами. Типичные композиции: Ge S, Ge Se, As S, As Se, Ge S P, Ge As Se, Ge Se Te, As Se Te, Ge As Se Te и др. Высокая вязкость делает соединения аморфными, либо стеклами.
Металлические стекла
Металлические стекла получаются: сверхбыстрой закалкой;
очень быстрым охлаждением; распыление газом 103-4 К/с; Центрифугирование Диспергирование
Охлаждение в газе – медленное, в жидкости до 105 К/с, На металле – до 108 К/с.
Разбрызгивание выстрелом, плазменное распыление, литье на цилиндр, литье на центрифугу,
вращающийся цилиндр в ванне. Прокатка между двух валков.
Всасывание в капилляр под вакуумом, продавливание через фильеру с охлаждением в оболочке.
Способы сварки лазерным облучением, использованием высоковольтной искры, газового разряда,
электронного луча – до 1010 К/С
Наноматериалы
Нанонаука, нанотехнология, наноструктурированные материалы и объекты. Ими обозначают приоритетные направления научно-технической политики в развитых странах. Так, в США действует программа “Национальная нанотехнологическая инициатива” (бюджет ~500 млн долл.). Евросоюз недавно принял шестую рамочную программу развития науки, в которой нанотехнологии занимают главенствующие позиции. Минпромнауки РФ и РАН также имеют перечни приоритетных, прорывных технологий с приставкой “нано-”. Cложившаяся сейчас ситуация во многом аналогична той, что
предшествовала тотальной компьютерной
Основы нанотехнологий
“nanos”, переводится как “карлик”
Диапазон нанообъектов - от отдельных атомов (R < 0.1 нм) до их конгломератов и органических молекул, содержащих свыше 109 атомов и имеющих размеры гораздо более 1 мкм в одном или двух измерениях.
Принципиально важно, что они состоят из счетного числа атомов.
Вместе с уменьшением размеров падает и характерное время протекания разнообразных процессов в системе,
т.е. возрастает ее потенциальное быстродействие.
Нынче быстродействие компьютеров ~ 1 нс/операцию. Размер 45 нм.
При уменьшении размеров можно уменьшить во много
раз.
