1. Введение а нано технологии производства строй материалов. Определение. Инструменты и технологическое оборудование для синтеза материалов на нано уровне.

В последнее десятилетия интерес к получению сверхмелкозернистых объёмных и дисперсных материалов существенно вырос, так как обнаружилось (в первую очередь, на металлах), что уменьшение размера структурных элементов (частиц, кристаллитов, зерен) ниже некоторой пороговой величины может приводить к заметному изменению свойств. Такие эффекты появляются, когда средний размер кристаллических зёрен не превышает 100 нм, и наиболее отчётливо наблюдаются, когда размер зёрен менее 10 нм. Изучение свойств сверхмелкозернистых материалов требует учёта не только их состава и структуры, но и дисперсности. Поликристаллические сверхмелкозернистые материалы со средним размером зёрен от 300 до 40 нм называют обычно субмикрокристаллическими, а со средним размером зёрен менее 40 нм – нанокристаллическими.

Первые средства для нанотехнологии были изобретены в Цюрихе и Рюмликоне, в швейцарских лабораториях фирмы IBM. В 1981 году появился сканирующий (растровый) туннельный микроскоп, предназначенный для изучения атомной и молекулярной структуры поверхности проводящих веществ. Одно из основных преимуществ атомно-силового микроскопа – возможность работы с непроводящими объектами. Сканирующий туннельный и атомно-силовой микроскопы и очень похожий на них сканирующий проектор электроннолучевой литографии стали первым реальным воплощением фейнмановской машины для манипуляций на атомарном уровне.

2. Влияние структуры и условий эксплуатации на свойства тим

Ефективність і довговічність ТІМ залежать від умов експлуатації. Показники якості ТІМ прийнято підрозділяти на функціональні (специфічні) і будівельно-експлуатаційні (загальні). Функціональні властивості визначаються основним призначенням матеріалу:

1.Теплопровідність - це здатність матеріалу проводити тепло. Вона характеризується коефіцієнтом теплопровідності:

λ = (θ⋅δ) / (F⋅ΔТ),де θ (Дж) - кількість тепла, яке передається через стінку затовшки - δ (м) і площею – F (м2) при перепаді температур між протилежними поверхнями стінки - ΔТ(°С). Теплопровідність матеріалів залежить від наступних факторів: - фізичного стану і будови матеріалу, що визначаються фазовим складом речовини, ступенем кристалізації і розмірами кристалів, обсягом пористості і характеристикою пористої структури; - хімічного складу і наявності домішок, особливо для кристалічних тіл. З метою одержання ТІМ з мінімальною теплопровідністю необхідно прагнути до максимально можливої його пористості. Частка відкритої пористості при цьому повинна бути мінімально можлива, тому, що в замкнуті пори не проникає вода, вологе повітря, агресивні гази. У загальному випадку вплив температури на теплопровідність можна виразити формулою:

λt = λ o ( 1 + βt ), де λt і λ o – коефіцієнти теплопровідності матеріалу при температурі t і 0°С; β - температурний коефіцієнт, який показує долю прирощення теплопровідності при зростанні температури на 1°С.

2. Пористість ТІМ, як правило, вища, ніж 50%, а деякі матеріали, наприклад ніздрюваті пластмаси, мають пористість 90-99%. Тому ніздрюваті пластмаси (пінопласти) найменьш теплопровідні серед усіх будівельних матеріалів. При однаковому хімічному складі матеріали кристалічної структури більш теплопровідні ніж аморфні. Матеріали, що мають більш простий хімічний склад більш теплопровідні, ніж матеріали більш хімічно складні. Особливо чіткі ці залежності для газів, їх теплопровідність залежить від молекулярної маси (М) та кількості атомів у молекулі: λ = 1/М ^0,5 Домішки, як правило, знижують теплопрвідність чистих, однорідних матеріалів.

3. Гранична температура застосування ТІМ - це та максимальна температура прогріву, до якої матеріал не втрачає свої властивості. Для кристалічних мінеральних матеріалів ця температура близька до вогнетривкості (кераміка, спучений перліт, ніздрюватий бетон). Для склоподібних матеріалів, наприклад мінеральної вати, гранична температура застосування близька до температури кристалізації або розм.’якшення скла, при якої відбувається руйнування скляних волокон вати або вона ущільнюється. Для теплоізоляційних пластмас гранична температура застосування повинна бути нижче температури розм'якшення для термопластичних полімерів або температури деструкції для термореактивних полімерів.

4. Особливо значний вплив вологісті на теплопровідність ТІМ. Зволожування веде приблизно до прямопропорційного зростання теплопровідності ТІМ, тому їх необхідно експлуатувати в повітро-сухому стані. В загальному випадку залежність теплопровідності матеріалу від вологості можна виразити в такому виді:

λw = λ o + β w ⋅W, де λw - коефіцієнт теплопровідності матеріалу при вологості W; λ o - коефіцієнт теплопровідності сухого матеріалу; βw - приріст теплопровідності на 1% вологості.