Rozdział wprowadzający: materiały nanokrystaliczne

author
3 minutes, 41 seconds Read

wprowadzenie

materiały nanokrystaliczne były gorącym tematem badawczym w ciągu ostatnich 30 lat. Materiały te obfitują w przemyśle, wypełniając lukę między obiektami molekularnymi i makroskalowymi. Materiały nanokrystaliczne to ultradrobnoziarniste jednofazowe lub wielofazowe polikrystale o rozmiarach ziarna w zakresie 1-100 nm, jak pokazano na fig.1, obraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej (tem) nanokrystalicznej powłoki opartej na Fe. W rzeczywistości niezwykle małe rozmiary i duża część objętościowa atomów znajdują się na granicach ziaren; z drugiej strony materiały te składają się z około 50 vol.% krystalicznego składnika i 50 obj.% Składnik międzyfazowy.

Rysunek 1.

obraz tem powłoki nanokrystalicznej na bazie Fe (niepublikowany obraz).

jest rozpoznawalne, że nanokryształy są zwykle określone jako cokolwiek, takie jak małe ziarna materiałów polikrystalicznych, nanosyntetyzowane powierzchnie, nanocząstki i micele polimerowe; każdy z nich ma różne zastosowania, od dostarczania leków, po super kondensatory, katalizatory i czujniki. Materiały te są interesujące z następujących powodów:

  1. właściwości materiałów nanokrystalicznych różnią się od właściwości pojedynczych kryształów i gruboziarnistych polikrystali i są amorficzne o tym samym składzie chemicznym. Odchylenie to jest silnie związane ze zmniejszoną wielkością krystalitów, jak również dużą ilością granic ziaren między sąsiednimi krystalitami.

  2. koncepcja materiałów nanokrystalicznych wydaje się zezwalać na stopowanie składników, które są niemieszalne w stanie stałym lub stopionym. Te wykonane stopy mogą być dobrymi kandydatami do zaawansowanych i technologicznie cudownych właściwości.

wyraźnie widać, że w skali nanometrycznej materiały nanokrystaliczne zawierają dużą frakcję objętościową granicy ziarna; dlatego granice ziaren i ich interakcje z kryształem odgrywają niezwykłą rolę w różnych właściwościach. Ważne jest, aby podkreślić, że te materiały nanokrystaliczne, jako nowa generacja zaawansowanych materiałów, mają lepsze właściwości niż konwencjonalne gruboziarniste materiały polikrystaliczne. Wykazują wyjątkowe właściwości mechaniczne i fizyczne, takie jak wysoka wytrzymałość i twardość, niski moduł sprężystości, lepsza ciągliwość/wytrzymałość, doskonała odporność na zmęczenie i zużycie, zwiększona dyfuzyjność, wyższa Rezystywność elektryczna, zmniejszona gęstość, wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej, zwiększone ciepło właściwe, niższa przewodność cieplna i lepsze miękkie właściwości magnetyczne.

materiały nanokrystaliczne można wytwarzać za pomocą kondensacji gazu, osadzania plazmy, techniki konwersji natryskowej, mechanicznego stopu i niektórych innych metod. Oczywiście istnieją dwa podejścia do wytwarzania materiałów nanokrystalicznych: „top-down „I” bottom-up.”Oba podejścia odgrywają znaczącą rolę w przemyśle i mają pewne zalety i wady. Podejście oddolne nie jest niczym nowym w syntezie materiałów i często podkreślane w literaturze nanotechnologicznej. W rzeczywistości typową syntezą materiałów jest budowanie atom po atomie na dużą skalę i jest używana od ponad wieku w zastosowaniach przemysłowych. Podejście oddolne wspomina o gromadzeniu się materiału z dołu jako cząsteczka po cząsteczce, atom po atomie lub klaster po klastrze. W procesie wzrostu kryształów gatunki wzrostu, takie jak atomy, cząsteczki i jony, gromadzą się w strukturę krystaliczną jeden po drugim po uderzeniu w powierzchnię wzrostu. Podejście oddolne obiecuje również preferowaną szansę na uzyskanie materiałów nanokrystalicznych o mniejszej liczbie wad, bardziej jednorodnym składzie chemicznym i wyższym zamówieniu na krótki i długi zasięg. Jest rozpoznawalne, że podejście oddolne jest napędzane głównie przez redukcję energii swobodnej Gibbsa (ΔG), tak że materiały nanokrystaliczne znajdują się w stanie bliższym stanowi równowagi termodynamicznej. W przeciwieństwie do tego, podejście odgórne najprawdopodobniej wprowadza naprężenia wewnętrzne, oprócz zanieczyszczeń i defektów powierzchni. Ścieranie lub mielenie kulkowe jest ogólną metodą top-down w wytwarzaniu nanostruktur, podczas gdy koloidalna dyspersja lub redukcja na bazie gazu jest typowym przykładem podejścia oddolnego. Ten pierwszy wytwarza struktury polikrystaliczne z nieodwracalną krystalografią i słabo kontrolowaną orientacją ziarna. Ten ostatni wygenerował powtarzalny zbiór struktur i architektur, w tym stopów, czystych metali, anizotropowych nanostruktur i rdzenia-powłoki. W litografii, proces można założyć jako podejście hybrydowe, ponieważ wzrost cienkiej warstwy jest oddolny i trawienie jest odgórne, podczas gdy nanolitografia jest ogólnie podejście oddolne.

Similar Posts

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.