Наноструктуризация – путь к совершенствованию материалов и технологий

С целью получения наноструктурных  материалов с повышенными механическими свойствами и ультрамелкозернистой структурой разрабатываются новые способы обработки металлов давлением с применением интенсивной   сдвиговой деформации.  Прессованием получены заготовки из стали 45 с механическими свойствами, не уступающими дорогим легированным сталям.

        В Институте химических наук им. А. Б.Бектурова исследованы

особенности синтеза  новых неорганических нано-структурированных фосфат-, сульфат- и гуматсодержащих соединений и выявлены основные закономерности взаимодействия компонентов при получении новых материалов полифункционального назначения и комплексных туков.  Установлена взаимосвязь состава и свойств гуматсодержащих продуктов.     

В Южно-Казахстанском  государственном  университете им. М. О. Ауэзова исследованы люминесцентные свойства  наноструктур на основе  комплексных кислородсодержащих соединений металлов, полученных золь-гель методом и методом низкотемпературного синтеза; разработана технология  получения люминофоров на основе плазменных процессов.    

Разработка  и исследование  механических, электриче-ских и  оптических свойств диэлектрических   наноматериалов электронной техники (кристаллов и окислов  с включением наноматериалов типа ZnS, CdS, металлических частиц,  нанопорошков из Cd, Al) в поле радиации проводятся в КазНУ им. аль-Фараби. Разработана физическая модель изменения свойств в полях мощного ионизирующего излучения на примере диэлектриков с учетом влияния дефектности среды.    

Осуществлена  трехмерная поликонденсация пиролизата  рисовой шелухи, пирокатехина и формальдегида. Разработана технология получения наноструктурных полимерных материалов для реализации  высокоселективных и высокоскоростных процессов сорбции и ионного обмена в различных отраслях.    

Золь-гель-методом  синтезированы наноструктурированные  пленки оксида олова. Исследованы структура, оптические электрические характеристики пленок. Разработаны режимы плазменной обработки прозрачных наноразмерных пленок диоксида олова.    

Казахстанские ученые работают также над получением алмазных кластеров и наноматериалов плазмохимических порошков для получения пористой керамики на основе диоксида  циркония, углеродных нановолокон, нанотруб путем каталитического пиролиза метана  биосовместимого титана с нанокристаллической структурой.

Применение  нанотехнологии.

      К примеру, для повышения плотности записи информации в магнитных дисках применяются новые нанотехнологии: наноимпринтная литография, применение пористого оксидированного алюминия либо кремния в качестве матриц для Со, Ni, самоструктурированные полимерные слои – высаживание из раствора на металлическую пленку стеклообразующих полимеров полистирен – поливинил – пиридин), образующих наноразмерные ламели и поры, в качестве маски. Проблемы повышения плотности записи в искретных запоминающих устройствах связаны с тепловыми граничениями стойчивости записанного состояния для мезоскопически малых объемов, с возрастанием шумового и падением полезного сигнала при считывании информации.

       Уменьшение  размеров элементов ведет к уменьшению толщины используемых функциональных слоев (ФС). Такое развитие технологии требовало разработки процессов, основанных на новых физических и химических принципах: молекулярно-лучевой и атомарно-слоевой эпитаксии, ионной имплантации, молекулярного наслаивания, зондовых способов обработки поверхностей и их диагностики, в том числе на основе атомно-силовой микроскопии. Появились технологии, связанные с использованием разных видов радиационного стимулирования: плазмы, ионных потоков, СВЧ – излучения, фотонов различных энергий в спектральном диапазоне от рентгеновского до ультрафиолетового и даже инфракрасного излучений. Разработка таких технологий, позволяя использовать еще одну степень свободы для управления технологическим процессом, ведет к снижению температуры и, как правило, к увеличению точности воспроизведения толщины ФС и его физико-химических параметров. Все большее влияние на технологию оказывает синтез ФС и элементов из атомов, молекул или их ансамблей на принципах самоорганизации.

       Такие нанопроцессы делают возможным конструирование  сверхминиатюрных электронных устройств.    
  
  

Заключение. 
  
      Однако, благодаря  ученым из Британии, которые нашли выход их трудной ситуации (они обнаружили, что магнетокалорические свойства материала зависят не только от его химического состава, но и от его структуры). Мельчайшие дефекты кристаллической решетки, то есть наличие неких свободных атомов, не желающих упорядочиваться, резко усиливают охлаждающий эффект при размагничивании. Причем такие дефекты, такие включения легко получить искусственным путем и тем самым обойтись без драгоценного гадолиния.   
  
      "Наши исследования свидетельствуют о том, что в принципе возможно получение материала, как бы скроенного по нашей мерке, то есть обладающего нужными нам свойствами, - говорит Лесли Коэн. - Такой процесс называется наноструктуризацией. С его помощью мы намерены оптимизировать поведение парамагнетиков в магнитном поле и добиться более сильного эффекта охлаждения".   
  
       С точки зрения эффективности превращения электроэнергии в холод магнитные холодильники уже сегодня превосходят компрессорные. В ходе лабораторных испытаний прототипа такой магнитной холодильной установки коэффициент ее полезного действия составил 60 процентов - притом, даже у лучших моделей традиционных аппаратов этот показатель едва достигает 40 процентов. Лесли Коэн считает это важнейшим аргументом в пользу нового холодильника: "Задача энергосбережения сегодня актуальна как никогда, и тут наша разработка будет как нельзя более кстати. Ведь в одних только США половина всей потребляемой летом энергии расходуется холодильниками и кондиционерами". 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

1. Елинсон  М.И. Исследования физических  проблем микро-и наноэлектроники в ИРЭ РАН. Зарубежная радиоэлектроника. 1998, №8.

2. Третьяков  Ю.Д. Процессы самоорганизации  в химии материалов, Успехи химии. 2003. Т.73, №5.

3. Андриевский  Р.А. Наноматериалы: концепция  и современные проблемы, Российский  химический журнал. 2002. Т.46, №5.

4. Шабанова Т. А. Химическая физика, структура и морфология поверхности наноуглеродных материалов. 2005

5. Стацюк В. Н. Адсорбция и электродные процессы комплексов металлов с гетероциклическими аминами. 2005