Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
56
Добавлен:
31.05.2015
Размер:
2.09 Mб
Скачать

ГОУ ВПО

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физико-технический факультет

Кафедра физики твердого тела

Курсовая работа

по дисциплине: Физическое материаловедение

Тема: Нанокомпозиты

Выполнил студент ТФ-071 Н.В.Геращенко

Руководитель Л.И. Янченко

Нормконтроль Л.И. Янченко

Защищена Оценка

Воронеж

2009

Содержание

Задание…………………………………………………………………………….2

Введение…………………………………………………………………..……....4

    1. Структура и проводимость композитов…………………………..…....6

    2. Получение композиционных наноструктур……………………………...8

    3. Электрические свойства и магнитосопротивление гранулированных композитов металл –диэлектрик………………………………………...12

    4. Применение нанокристаллических материалов………………………..16

2. Анализ фазовой структуры диаграммы состояния трехкомпонентной системы Bi – Pb – Sn …….………………………………………..……..18

Заключение…………………………………………………….……..…..24

Список литературы…………………………………………………....….25

Введение.

Успехи физического материаловедения связаны с достаточно длительным и детальным изучением структуры и свойств час­то сложных по составу макроскопических объемов материалов, содержащих до 1021 — 1025 атомов. Как правило, такие матери­алы состоят из макроскопических (5 — 50 мкм) зерен или яв­ляются монокристаллами. Кроме того, они обла­дают дальним порядком расположения атомов и в случае поли­кристаллов 10-9 — 10-4 всего объема занимают границы зерен.

Транспортные, магнитные, сверхпроводящие, полупроводни­ковые, механические, коррозионные и другие свойства для ма­териалов, находящихся в макроскопическом объеме, достигли своих максимальных значений и вряд ли можно добиться улуч­шения каких-то характеристик за счет более тщательной техно­логии или изменения концентрации составляющих элементов.

В последние 25 — 30 лет стали успешно получать материа­лы, обладающие ближним порядком расположения атомов. Это аморфные металлические сплавы (металлические стекла). В этом направлении достигнуты значительные успехи, позволяю­щие создать, например, ферромагнетики с такими магнитными свойствами, которые не могут быть получены в материалах с дальним порядком расположения атомов.

Дальнейший прогресс в получении материалов с новыми свойствами связан с такими изменениями в структуре, которые оказывают влияние на фундаментальные свойства, характерные для макроскопических объектов. На мой взгляд, достаточно перспективное научное направление в области физического мате­риаловедения связано с созданием и изучением структуры и свойств материала, который сконденсирован из ма­лых кристалликов, фрагментов, имеющих объем, равный 102 — 104 атомов. Материал с такой структурой можно считать наноструктурным композитом. Наноструктурное состояние может быть реализовано в материалах, где имеется дальний порядок расположения атомов, путем создания нанокристаллической структуры, где размер кристаллических зерен не превышает 10 — 15 нм; путем создания аморфных многослойных структур с толщиной слоя не более 5 — 10 нм (в слоях реализуется структура ближнего порядка). Наноструктурное состояние ма­териала может быть также реализовано в виде фрактальных структур, к изучению которых привлечено значительное число ученых-материаловедов.

В последние годы было обнаружено, что уменьшение разме­ра кристалликов в материале (в первую очередь в металлах) может приводить к существенному изменению их свойств. Такие изменения появляются, когда средний размер кристалли­ческих зерен не превышает 100 нм, и наиболее заметны при размере зерен менее 10 нм. На практике мы всегда имеем дело с материалами, средний размер зерна которых находится в пре­делах 1 — 100 мкм и более. Поликристаллические мелкозерни­стые материалы со средним размером зерен от 40 до 150 нм обычно называют субмикрокристаллическими; если средний размер зерна менее 40 нм, — нанокристаллическими.

Достаточно давно известно, что свойства малых частиц веще­ства в значительной степени отличаются от свойств массивно­го материала. С другой стороны, макроскопический объемный материал, имеющий сверхмелкозернистую или нанокристаллическую структуру, приобретает целый ряд свойств, которые невозмож­но получить в материалах с обычной поликристаллической и даже монокристаллической структурой.

Известно, что нанокристаллическое состояние оказывает сильное влияние на многие физические свойства твердых тел. Поэтому уменьшение размеров зерна рассматривается как эф­фективный метод управления многими свойствами твердых тел. Для таких прогнозов имеются весьма веские основания. Малый размер зерна приводит к большим изменениям структуры твер­дого тела. Если считать в грубом приближении форму зерна сферической с диаметром d и толщиной границы раздела h, то доля межзеренных границ раздела в общем объеме зерна равна

. (1.1)

При толщине границы h, равной 3 — 4 атомным монослоям (0,5 — 1,5 нм), на поверхностный слой приходится до 50 % все­го вещества. Кроме того, существенно изменяется и структур­ное состояние самого зерна. Дефекты, типичные для крупных зерен (вакансии, дислокации, дефекты упаковки), часто не мо­гут удержаться внутри зерна и выходят на поверхность, делая структуру зерна бездефектной. С другой стороны, межзеренная граница является нестабильной структурой и поэтому нанокри­сталлические материалы отличаются высокой диффузионной подвижностью атомов, которая на 5 — 6 порядков выше, чем в обычных поликристаллических материалах.

Учитывая вышесказанное, можно считать, что уменьшение размера зерна является эффективным средством изменения свойств твердого тела. Нанокристаллические материалы — осо­бый тип конденсированного состояния вещества, в котором не­обычные свойства обусловлены как особенностями малых кри­сталлитов, так и коллективным поведением, зависящим от ха­рактера взаимодействия между наночастицами.

Соседние файлы в папке Янченко