Черкашина Катя. Нанотехнологiї в обороннiй галузi

ЗМIСТ

ВСТУП

Початок XXI столiття ознаменувався революцiйним початком розвитку нанотехнологiй i наноматерiалiв.

Нанотехнологiя - це технологiя вивчення нанометрових об'єктiв, i роботи з об'єктами порядку нанометра (мiльйонна частка мiлiметра) що порiвнянно з розмiрами окремих молекул, i атомiв. [2, ст.3]

Мета, яка була поставлена при написаннi роботи: визначити розвиток нанотехнологiй в обороннiй галузi країн.

Актуальнiстю є принципово новий розвиток фiзики, який тiльки з'явився в свiтi, а вже використовуються в обороннiй галузi бiльшостi розвинених країн свiту.

Вони вже використовуються у всiх розвинених країнах свiту в найбiльш значимих областях людської дiяльностi (промисловостi, оборонi, iнформацiйнiй сферi, радiоелектронiцi, енергетицi, транспортi, бiотехнологiї, медицинi).

Аналiз зростання iнвестицiй, кiлькостi публiкацiй з даної тематики i темпiв впровадження фундаментальних i пошукових розробок дозволяє зробити вивiд про те, що в найближчих 20 рокiв використання нанотехнологiй i наноматерiалiв буде одним з визначальних чинникiв наукового, економiчного i оборонного розвитку держав. [1 ст 3]

В даний час iнтерес до нового класу матерiалiв в областi як фундаментальної i

прикладної науки, так i промисловостi i бiзнесу постiйно збiльшується. Це обумовлено

такими причинами, як:

- прагнення до мiнiатюризацiї виробiв

- унiкальними властивостями матерiалiв в наноструктурному станi

- необхiднiстю розробки i впровадження нових матерiалiв з якiсно i кiлькiсно

новими властивостями

- розвиток нових технологiчних прийомiв i методiв, самосборки, що базуються на

принципах, i самоорганiзацiї

- практичне впровадження сучасних приладiв дослiдження i контролю

наноматерiалiв (зондова мiкроскопiя, ретгенiвскi методи, нанотвердiсть)

- розвиток i впровадження нових технологiй (iонно-плазмовi технологiї обробки

поверхнi i створення тонких шарiв i плiвок, LIGA-технологии, що є послiдовнiстю

процесiв лiтографiї, гальванiками i формуваннями, технологiй здобуття i формування

нанопорошкiв i тому подiбне). (1, ст. 5)

1. НАНОМАТЕРIАЛИ ТА НАНОТЕХНОЛОГIЇ ЯК РОЗДIЛ ФIЗИКИ

1.1. Елементи стандартизацiї для наномасштабного рiвня структурної органiзацiї

Одна з необхiдних умов розвитку нанотехнологiй - встановлення єдиної технiчної мови для мiждисциплiнарного спiлкування й обмiну iнформацiєю, забезпечення безпеки при їх виробництвi, обiгу наноматерiалiв i споживаннi iнновацiйної продукцiї на цiй основi.

Нинi розробленi стандарти у межах мiжнародних технiчних комiтетiв (ТК) Мiжнародної органiзацiї зi стандартизацiї (IСО ТК) 229 "Нанотехнологiї" i Мiжнародної електротехнiчної комiсiї (МЕК ТК) 113 "Стандартизацiя нанотехнологiй в областi електротехнiчнiй, електронної продукцiї та систем", що проводять роботи з мiжнародної стандартизацiї нанотехнологiй. Секретарiати IСО ТК 229 i МЕК ТК 113 ведуть Британський i

Нiмецький iнститути стандартiв, вiдповiдно. Цими органiзацiями спiльно з сумiжними прикладними ТК проводиться скоординована полiтика стандартизацiї в галузi нанотехнологiй. У першу чергу це належить до встановлення єдиної термiнологiї, принципiв класифiкацiї, метрологiчного забезпечення, питань безпеки, пов'язаних з розробкою, виробництвом i обiгом наноматерiалiв i продукцiї на їх основi.

Встановленням єдиної термiнологiї й загальних принципiв класифiкацiї нанотехнологiй i нанопродукцiї займається об'єднана робоча група IСО ТК 229 (ОРГ1) i МЕК ТК 113. Розробка термiнологiї здiйснюється поетапно у виглядi взаємопов'язаних словникiв серiї 80004. До 14-ої сесiї в м. Стреза (Iталiя, червень 2012 р.) перелiк словникiв, що розробляються i прийнятих до розробки, включав 10 найменувань. Передбачається, що з часом четверта частина IСО/МЕК 80004-4 "Наноструктурованi матерiали" буде доповнена п'ятьма пiдроздiлами.

Нижче наведений перелiк термiнологiчних проектiв IСО ТК 229 (зiрочкою вiдмiченi опублiкованi документи).

IСО/МЕК 80004-1 : 2010*.4.1. Основнi термiни.

IСО/МЕК 80004-2. 4.2. Нанооб'єкти (перегляд TS 27687 : 2008*).

IСО/МЕК 80004-3 : 2010*. Ч. З. Вуглецевi нанооб'єкти.

IСО 80004-4 : 2011*. 4.4. Наноструктурованi матерiали.

IСО 80004-4-1. 4.4.1. Наноструктурований порошок.

IСО 80004-4-2. 4.4.2. Нанокомпозити.

IСО 80004-4-3. 4.4.3. Тверда нанопiна.

IСО 80004-4-4. 4.4.4. Нанопористi матерiали.

IСО 80004-4-5. 4.4.5. Нанодисперснi рiдини.

IСО 80004-5 : 2011*. 4.5. Нанобiоiнтерфейс.

IСО/МЕК 80004-6. 4.6. Вимiрювання в нанодiапазонi.

IСО 80004-7 : 2011*.4.7. Нанотехнологiї в охоронi здоров'я.

IСО/МЕК 80004-8. 4.8. Технологiчнi процеси.

IСО/МЕК 80004-9. 4.9. Електротехнiчна продукцiя i системи.

IСО/МЕК 80004-10. 4.10. Компоненти системи фотонiки.

Виходячи з визначення "нано", як "10^-9" в сферу дiяльностi нанотехнологiй потрапляють об'єкти, якi мають в одному вимiрi розмiр, що вимiрюється у нанометрах. Реально дiапазон даних об'єктiв набагато ширший - вiд розмiру окремого атома, до конгломератiв органiчних молекул, якi складаються з понад 109 атомiв тих, що мають розмiри понад 1 мкм в 1-му, 2-х або 3-х вимiрах. Принципово важливо, що цi об'єкти складаються не iз нескiнченно великого числа атомiв, що обумовлює прояв дискретної атомно-молекулярної структури речовини або квантових закономiрностей її поведiнки. Точнiше можна визначити, що "нано" починається з моменту появи наноефектiв - змiнювання фiзичних властивостей речовин, пов'язаних iз переходом до цих масштабiв.

Слiд роздiляти поняття "наноелементи" i "нанооб'єкти". Їх вiдмiннiсть у тому, що першi є складовою частиною наноматерiалiв, а другi - iзольованi. Для їх iндивiдуального позначення слiд застосовувати назви, що вже склалися: нанокластери, наночастинки, нановолокна, i такi iншi, а також такi новi назви як фулерени, вуглецевi нанотрубки, графен.

В останнi 10 - 15 рокiв наноматерiали стали предметом комерцiйної технологiї й знаходять застосування у багатьох областях технiки, зокрема й в обороннiй галузi.

Вiдзначимо деякi приклади технiчного застосування наноматерiалiв, що отримали зараз найбiльшого поширення:

1) напiвпровiдниковi наноматерiали;

2) склоподiбнi аморфнi металевi сплави;

3) нанокерамiка на основi гiдроксиапатиту;

4) фулерени;

5) вуглецевi нанотрубки та iн.

У загальному випадку вимоги до нанотехнологiї зводяться до такого:

вона повинна забезпечувати формування наноструктурного стану матерiалiв та їх отримання у виглядi, придатному для виготовлення деталей конструкцiйного призначення.

Зi зростанням наукового iнтересу до нанотехнологiй одночасно збiльшується кiлькiсть компанiй, якi беруть участь у виробництвi наноматерiалiв. Виробничi потужностi бiльшостi компанiй обмежуються ринковими вимогами й варiюються вiд декiлькох десяткiв грам до декiлькох кiлограмiв (чи сотень кiлограмiв залежно вiд типу продукцiї) нанопродуктiв у рiк. Можливiсть виробляти суттєвi промисловi обсяги нанопродукцiї (у масштабi тонн) має лише невелике число компанiй.

Значну частину вiд загального виробництва наноматерiалiв становлять металевi та метало-оксиднi порошки (частинки), а також вуглецевi нанотрубки (рис. 1.1). Далi - змiшанi металевi оксиди, неоксиднi матерiали та силiкати.[3. Ст. 8-13]

1.2. Шляхи формування наноструктур

Матерiали можуть складатися з наночастинок або мати наноструктуру. В останньому випадку наноматерiали найчастiше називаються - консолiдованими наноматерiалами.

Очевидно, що є два способи одержання наноструктурованого елемента.

1) Зiбрати його з бiльш дрiбних складових. Наприклад, атомiв або молекул.

2) Подрiбнити бiльший монолiтний матерiал до наномасштабного розмiру.

Тому iснують два шляхи формування наноструктур. Перший - збирання окремих атомiв у бiльшi утворення, називається "знизу-нагору".

Iншою умовою формування наноструктурованого матерiалу є забезпечення високої швидкостi утворення зародкiв i вповiльнення їх зростання

Видно, що хоча способи одержання наноструктурних матерiалiв "знизу-нагору" досить рiзноманiтнi, у випадку створення наноструктурованих об'єктiв вони заснованi на механiзмi iнтенсивної дисипацiї енергiї, узагальненої в трьох стадiях формування. У першiй стадiї iде процес зародкотворення, який через вiдсутнiсть вiдповiдних термодинамiчних умов не переходить у повномасштабну кристалiзацiю. Друга стадiя являє собою формування навколо нанокристалiчних зародкiв аморфних кластерiв, що поєднуються потiм у залишкову мезофазу (третя стадiя) з утворенням макроскопiчної дисипативної наноструктури.

Використання нових методiв i пiдходiв для опису нелiнiйних процесiв, характерних для дисипативних станiв наносистем, дозволило зробити важливий крок у напрямi розумiння особливостей властивих наноструктурному стану i можливостi керування властивостями "in situ" на першiй стадiї зародкотворення. Виявилося, що на вiдмiну вiд лiнiйних систем, де результатом спiльної дiї рiзних факторiв є проста суперпозицiя результатiв кожного з них окремо, у нелiнiйних системах навiть вiдносно невеликий зовнiшнiй вплив може спричинити до дуже сильних ефектiв.

Iнший шлях - руйнування великих частинок на бiльш дрiбнi структурнi складовi - називається "зверху-донизу". Вiн присутнiй при руйнуваннi вже присутньої структури на бiльш дрiбнi елементи та реалiзується у процесах механiчного здрiбнювання, iнтенсивної пластичної деформацiї, у методi високодозних опромiнень тощо.

Механiчний вплив на матерiал при здрiбнюваннi здiйснюється iмпульсно та локально. Тобто виникнення поля напружень вiдбувається у момент зiткнення та у короткий час пiсля нього.

Iснує кiлька шляхiв релаксацiї поля напружень: видiлення тепла, створення нової поверхнi, утворення рiзних дефектiв у кристалах. Основний механiзм релаксацiї залежить вiд властивостей речовини, умов навантаження, а також розмiрiв i форми частинок. Зi збiльшенням потужностi та часу впливу вiдбувається поступовий перехiд вiд релаксацiї шляхом видiлення тепла до зняття напружень шляхом пластичної деформацiї, руйнуванням i диспергуванням матерiалу.

Щоб вiдбулося здрiбнювання, на матерiал повиннi впливати рiзнi зусилля. Якщо напруження в деформованому тiлi перевищить деяке граничне значення, то вiдбувається руйнування. У найбiльш слабких мiсцях тiла утворюються дрiбнi замкненi або поверхневi трiщини. Руйнування, тобто диспергування, вiдбувається у тому випадку, якщо трiщини настiльки збiльшуються, що перетинають тверде тiло за його перетином.

Формування наноструктур при iнтенсивнiй пластичнiй деформацiї носить яскраво виражений стадiйний характер.

Для першої стадiї характерне виникнення комiрчастої структури з кутом розорiєнтування мiж комiрками 2 - 3^о. При збiльшеннi ступеня деформацiї вiдбувається утворення клубкiв i сплетень дислокацiй.

На другiй стадiї спостерiгається формування перехiдної структури з ознаками як комiрчастої, так i наноструктури з бiльшими розорiєнтуваннями.

На третiй стадiї вiдбувається формування однорiдної наноструктури.

Такий принцип диспергування реалiзується при одержаннi наноструктур методом високодозного опромiнення сплавiв високоенергетичними частинками. У результатi радiацiйного впливу вiдбувається формування дислокацiйних петель та їх перебудова у дислокацiйнi субграницi та границi нанокристалiв. [3. Ст. 13-16]

1.3. Класифiкацiя наноматерiалiв

До наноматерiалiв належать:

- об'ємнi наноструктурованi матерiали;

- нанокластери, наночастинки, нанопорошки;

- багатошаровi наноплiвки, багатошаровi наноструктури, багатошаровi

нанопокриття;

- функцiональнi ("розумнi") наноматерiали;

- нанопористi матерiали;

- фулерени та їх похiднi нанотрубки;

- бiологiчнi i бiосумiснi матерiали;

- наноструктурованi рiдини: колоїди, гелi, суспензiї, полiмернi композити;

- нанокомпозити.

Наноматерiали за кiлькiсною ознакою можуть бути подiленi на двi групи. У першу групу "наноструктурованi матерiали" входять матерiали, в яких усi морфологiчнi структурнi елементи є нанорозмiрними. У другiй групi - "нанокомпозити" кiлькiсний вмiст наноелементiв становить лише деяку частку. У свою чергу, групи подiляються на пiдгрупи за формою або структурою одного з наноелементiв. Схема класифiкацiї наноматерiалiв наведена на рис. 1.2. [3.ст. 16-17]

1.4. Нанокристалiчний структурний стан

Нанокристалiчний стан вiдповiдає структурi матерiалiв з особливими властивостями. Слiд зазначити, що найбiльш важливi особливостi у характеристицi наносистем викликанi не зменшенням розмiру частинок, а у результатi набуття принципово нових якiсних властивостей, характерних наномасштабу. У розмiрному масштабi наноелементи перебувають на границi квантового та класичного стану i цей стан визначає унiкальний комплекс їх фiзико-хiмiчних i механiчних властивостей. Незвичайнiсть наностану проявляється у змiнюваннi характеристик i властивостей матерiалiв та їх структурних елементiв, включаючи вплив на макроскопiчнi параметри. На нанорiвнi вiдбувається формування таких ще недавно невiдомих об'єктiв, як квантовi дроти та квантовi точки, тонкi плiвки з унiкальними властивостями, надрешiтки, вуглецевi нанотрубки, бiологiчнi наноструктури на основi ДНК та iнше. Усе це дозволяє суттєво покращити властивостi матерiалiв i створити обладнання з можливостями, якi ранiше були недосяжнi при використаннi традицiйних технологiй.

Наноструктурнi матерiали внаслiдок дуже малого розмiру структурних елементiв мiстять велику кiлькiсть границь, якi вiдiграють визначальну роль у формуваннi їх незвичайних фiзичних i механiчних властивостей.

Структурний стан атомiв, що становлять мiжфазнi границi, вiдрiзняється вiд структурного розташування атомiв не лише у кристалах, але i в аморфних твердих тiлах. На схемi будови нанокристалiчного матерiалу (рис. 1.3) показана дислокацiйно-дисклiнацiйна структура границi.

Слiд зазначити, що для матерiалiв, що складаються з атомiв бiльше нiж одного сорту, велика ймовiрнiсть стiкання на границi домiшкових атомiв. У даному випадку рушiйною силою мiграцiї домiшкових атомiв iз твердого розчину в об'ємi на його границю, - зниження енергiї системи. При цьому часто вiдзначається рiзке зменшення зчеплення внаслiдок замiни частини зв'язкiв на границях мiж атомами основного компонента зв'язками мiж домiшковими атомами та мiж основним компонентом i домiшкою.

Нанокристалiчний матерiал може бути роздiлений на двi структурнi компоненти: кристалiчну, що включає атоми, розташованi усерединi кристалiтiв, i мiжкристалiтну, утворену з усiх атомiв, розташованих на границi (рис. 1.4)[3 ст. 18-19]

1.5. Структура та функцiональнi особливостi мiжкристалiтної

границi в наноматерiалах

Щiльнiсть консолiдованих наноструктурних матерiалiв, отриманих

рiзними методами, становить вiд 70 до 97 % теоретичної щiльностi. Нанокристалiчний матерiал, який складається з атомiв одного сорту, має зазвичай два компоненти, що рiзняться за структурою: упорядкованi зерна розмiром 5 - 20 нм i мiжкриста-

лiтнi границi шириною до 1 нм.

Властивостi нанокристалiчних матерiалiв значною мiрою визначаються внеском приповерхневого шару. Цей внесок може бути оцiнений у наближеннi для сферичної форми зерна, яке має дiаметр d i товщину границi роздiлу ?. Тодi доля мiжзеренних границь роздiлу ?V у загальному об'ємi часток V

При товщинi границi роздiлу ? яка дорiвнює 3 - 4 атомним моношарам (0,5 - 1,5 нм), i середньому розмiрi зерна 10 - 20 нм на поверхневий шар припадає до 50 % усiєї речовини. У наноматерiалах з розмiром зерна вiд 100 до 10 нм границi роздiлу складаються з атомiв нанокристалiчного матерiалу вiд 10 до 50%.

Сильний розвиток поверхнi приводить до активної взаємодiї нанокристалiв iз зовнiшнiм середовищем. Тому дослiдження iзольованих нанокристалiв i компактованих наноматерiалiв слiд проводити у захисному середовищi або вiдповiдно до спецiальної технологiї проводити оксидування поверхнi у контрольованих умовах.

Структура границь роздiлу визначається типом мiжатомної взаємодiї та взаємною орiєнтацiєю сусiднiх кристалiтiв (рис. 1.5). Рiзна орiєнтацiя сусiднiх кристалiтiв приводить до зниження щiльностi матерiалу в границях роздiлу. Атоми, що належать границям роздiлу, мають iнше найближче оточення, нiж атоми в кристалiтах. Щодо структури мiжкристалiтної речовини, то Г. Глейтер припустив "газоподiбну" структуру границь у наноматерiалах. Р. З. Валiєв, дослiджуючи будову границь у наноматерiалах, отриманих методом iнтенсивної пластичної деформацiї, дiйшов висновку про iснування нерiвноважних границь iз далекодiючими полями напружень i пiдвищеною енергiєю у зв'язку з наявнiстю високої густини зернограничних дислокацiй.

Мiжкристалiтнi границi можуть мiстити також дефекти: окремi вакансiї; вакансiйнi агломерати або нанопори, що утворюються в потрiйних стиках кристалiтiв (?₁ i ?₂); бiльшi пори на мiсцi вiдсутнiх кристалiтiв (?₃) (рис. 1.6). Цi дефекти є структурними елементами границь роздiлу зi зниженою густиною. Мiжкристалiтнi границi характеризуються певною нерiвноважнiстю i пiдвищеною енергiєю внаслiдок наявностi дислокацiй безпосередньо у границях роздiлу i нескомпенсованих дисклiнацiй у потрiйних стиках.

Далекодiюче поле напружень нерiвноважних границь роздiлу характеризується тензором деформацiї, компоненти якого усерединi пропорцiйнi r^-0,5 (r - вiдстань до границi). Поле напружень приводить до виникнення пружних викривлень кристалiчної решiтки, величина яких максимальна поблизу границь роздiлу. Особливiстю структури субмiкрокристалiчних матерiалiв є наявнiсть довiльно розорiєнтованих нерiвноважних границь зерен i бiльших пружних напружень уздовж них.

Крiм того, потрiйнi стики ультрадрiбних зерен можуть розглядатися як дисклiнацiї. За своєю структурою такi стики є паракристалами, зануреними у середовище з випадковим упакуванням атомiв. На рис. 1.7 показана розрахункова залежнiсть об'ємної частки границь i потрiйних стикiв вiд розмiру зерна d_з. Спiвставленням даних, отриманих при дослiдженнi механiчних характеристик зi змiнюванням щiльностi границь i потрiйних стикiв, при зменшеннi розмiру доведено, що при характерному розмiрi структурних елементiв 8 - 10 нм спостерiгається екстремум на кривiй залежностi механiчних властивостей вiд розмiру. Напевно, це пов'язане з утворенням об'ємної частки потрiйних стикiв критичної величини, при досягненнi якої матерiал стає нестiйким до зсуву i поводиться подiбно аморфному матерiалу.

Наявнiсть домiшок у нанокристалiчних металах, сплавах i сполуках, особливо у випадку порошкової технологiї, накладає вiдбиток на природу границь роздiлу. У наноматерiалах на основi карбiду i нiтриду кремнiю шляхом застосування просвiчуючої електронної мiкроскопiї з високою розподiльчою здатнiстю, енергодисперсiйної спектроскопiї та спектроскопiї характеристичних втрат енергiї на мiжкристалiтних границях виявленi аморфнi прошарки товщиною до 1 - 2 нм (для нiтридокремнiєвої матрицi) i до 5 - 25 нм (для мiжфазних границь Si₃N₄-SiС). Рiзноманiтна також будова границь у матерiалах, якi формуються методом контрольованої кристалiзацiї iз рiдкого стану. Для дендритно-комiрчастої структури характернi концентрацiйнi сегрегацiї. У наноматерiалах, отриманих контрольованою кристалiзацiєю з аморфного стану, виявленi також субмiкропори, призматичнi дислокацiйнi петлi вакансiйної природи, широкий спектр дислокацiйних i дисклiнацiйних структур з рiзним ступенем протiкання релаксацiйних процесiв (для наноматерiалiв I типу), а також двiйниковi та напiвкогерентнi границi, дислокацiї невiдповiдностi та iнше (для наноматерiалiв III типу).

Вiдповiдно до iснуючих уявлень, є три структурнi типи прояву меж. Це, насамперед, великокутова границя (тип 1). Для неї характерна наявнiсть областi квазiаморфного стану з властивим йому порядком у розташуваннi атомiв. На вiдмiну вiд неї, когерентна межа (тип 2) являє собою кристалiчну площину або моноатомну поверхню, яка роздiляє сусiднi кристалiти i одночасно належить їм обом. Нарештi, iснує промiжна або перехiдна напiвкогерентна границя (тип 3). Вона повинна забезпечувати структурний перехiд мiж контактуючими морфологiчними елементами в усiх iнших випадках, коли не може бути реалiзований перший або другий тип границь.

Подiбна роль границь зерен спостерiгається на прикладi наноматерiалiв, що кристалiзуються з аморфного стану, де на певних стадiях термiчної обробки можна сформувати нанокристали, роздiленi тонкими аморфними прошарками. Подiбнi прошарки можна розглядати як "розмитi" границi. Якщо припустити, що окремi нанокристалiчнi областi розмiром Х роз'єднанi в'язкими аморфними прошарками товщиною ? (рис. 1.8) i деформацiя подiбної аморфно-нанокристалiчної системи буде проходити по аморфним прошаркам (свого роду зернограничне проковзування, механiзм якого пов'язаний з поширенням зони пластичного зсуву в розупорядкованих мiжкристалiтних областях), то значення границi текучостi такого наноматерiалу за умови, що ? < Х i Х = N^1/3L (N - середнє число нанокристалiв розмiром L в одному полiкристалiчному блоцi),:

Такий наноматерiал буде пластично деформуватися без змiцнення до деформацiї порядку ?_С = ?/X. Границя текучостi для цього матерiалу лiнiйно зростає зi зростанням середнього розмiру нанокристалiв i зi зменшенням товщини аморфних мiжзеренних прошаркiв, що суперечить залежностi Хола-Петча.

Таким чином, процес пластичного деформування наноматерiалу, незалежно вiд методу його одержання, завжди починається з зернограничного мiкропроковзування. Процес здiйснюється подiбно процесу зсувної деформацiї в аморфному станi. Структура границь описується повнiстю або частково за допомогою моделi аморфного стану. Утрудненiсть процесу мiкропроковзування приводить до крихкостi наноматерiалiв. Через складностi реалiзацiї прямих вимiрювань для аналiзу мiжзеренних границь використовується моделювання методом молекулярної динамiки. Для модельного розрахунку використовуються нанокристали мiдi, що представляють собою рiвновiснi, вiльнi вiд дислокацiй, кристалiти розмiром вiд 3,3 до 6,6 нм, роздiленi вузькими прямими границями. Початкова i кiнцева (пiсля одноосьової деформацiї на 10 %) конфiгурацiя атомiв представлена на рис. 1.9. Пiсля деформування спостерiгається суттєве розширення границь, що свiдчить про помiтний внесок зернограничних областей у процес пластичної текучостi. Комп'ютернi розрахунки показали, що 30 - 50 % усiх атомiв перебуває в границях зерен, i наноматерiали пiсля деформацiї являють собою двофазну систему, що складається з рiвних кiлькостей кристалiчної i зернограничної фаз. Крiм того, спостерiгаються процеси дислокацiйного ковзання з утворенням окремих протяжних смуг дефектiв упакування (показанi стрiлкою на рис. 1.9 б). При перемiщеннi атомiв виникає залежнiсть, зворотна закону Хола-Петча i пластична деформацiя вiдбувається при менших напруженнях. Це пов'язане зi збiльшенням внеску мiжзеренних границь при зменшеннi розмiрiв системи i, як наслiдок легшої деформацiї матерiалу за рахунок зсуву кристалiчних областей уздовж границь (Див. рис. 1.3 i рис. 1.5). [3 ст. 19-24]

1.6. Фiзичнi причини специфiки властивостей наночастинок i наноструктурних матерiалiв

До найважливiших причин прояву особливих властивостей наночастинок i наноструктурних матерiалiв можна вiднести:

1) у нанооб'єктах кiлькiсть приповерхневих або зернограничних атомiв можливо порiвняти з кiлькiстю атомiв, якi знаходяться в об'ємi.

Властивостi атомiв на поверхнi вiдрiзняються вiд властивостей атомiв усерединi об'єму речовини, внаслiдок чого (у мiру зростання розмiру частинок) змiнюється найважливiше в даних умовах спiввiдношення (поверхня/об'єм). Змiнювання цього спiввiдношення приводить до переходу вiд нормального об'ємного стану до незвичайних геометричних станiв з новими властивостями. Симетрiя розташування атомiв у приповерхневих шарах може бути змiнена в результатi релаксацiї i реконструкцiї поверхнi. У результатi поверхневi шари атомiв можуть утворювати на поверхнi (або в мiжкристалiтному промiжку) метастабiльнi псевдофази;

2) особливостi будови приповерхневих (приграничних) областей

породжують специфiчнi умови для зародження нових фаз i фазових переходiв, утворення точкових дефектiв, дислокацiйних петель, двiйникiв та iнше;

3) для нанооб'єктiв сили зображення лiнiйного i поверхневого натягу проявляються набагато сильнiше, нiж для макрооб'єктiв, тому що при

вiддаленнi вiд поверхнi в об'ємi твердого тiла цi сили значно слабшають. Дiя зазначених сил приводить до очищення об'єму нанооб'єкта вiд дефектiв кристалiчної структури. Тому нанооб'єкт має досконалiшу кристалiчну структуру, нiж макрооб'єкт;

4) у нанооб'єктах велике значення набувають розмiрнi ефекти, обумовленi розсiюванням, рекомбiнацiєю i вiдбиттям на границях об'єктiв (йдеться про рух мiкрочастинок). За умов зниження розмiрностi нанооб'єкта ступiнь дискретизацiї енергетичного спектра електронiв наростає.

Для квантової точки електрони отримують спектр дозволених енергiй, практично аналогiчний окремому атому. Тому розмiрнi ефекти в наноматерiалах можуть мати квантовий характер, коли, наприклад, розмiр стає порiвнянним iз довжиною хвилi де Бройля ?_в .З урахуванням вiдомих значень т* i Е квантовi розмiрнi ефекти для металевих наноматерiалiв можуть проявлятися у властивостях, пов'язаних, наприклад, iз провiднiстю, лише при розмiрi кристалiтiв менш ~ 1 нм; для напiвпровiдникiв (зокрема, вузькозонних сполук типу InSb) i напiвметалiв (Bi) величина ?_в значно бiльше (близько 100 нм);

5) схильнiсть ансамблiв наночастинок i наноструктурних утворень до самоорганiзацiї й самоскладання, що обумовлене їх високою рухливiстю i мiжмолекулярною взаємодiєю, причому роль останньої неухильно зростає зi зменшенням розмiрiв.

Фактори, що визначають унiкальнi функцiональнi властивостi, можуть бути узагальненi у виглядi наочної схеми (рис. 1.12). [3 ст. 25-27]

1.7. Класифiкацiя нанооб'єктiв

У зв'язку з багатофазнiстю, пористiстю та матричною будовою наноматерiалiв класифiкацiю їх структури можна провести досить умовно.

З урахуванням хiмiчного i фазового складу, просторової топологiї, наноматерiали можна найпростiше представити двома групами - як однофазнi та статистично багатофазнi - з детальною характеристикою останнiх залежно вiд альтернатив зернограничної морфологiї (iдентичнiсть та неiдентичнiсть, когерентнiсть, некогерентнiсть границь, особливостi матричної будови). Класифiкацiю наноструктури можна проводити згiдно з трiадою: шарувата, стовпчаста i з рiвновiсними включеннями. Особливо слiд видiлити рiзновид статистико-матричних композицiй, якi мають надрешiточнi структури, що спостерiгаються, як правило, для плiвок (рис. 1.11).

З урахуванням рiзних за хiмiчним складом i розподiлом складових наноматерiалiв можна роздiлити за хiмiчним складом та розподiлом i за категорiєю форм структури.

Рiзноманiтнiсть структурних типiв значно збiльшується за рахунок змiшаних варiантiв, наявностi пористостi, полiмерних матриць й iн. Найпоширенiшими є однофазнi й багатофазнi матричнi й статистичнi об'єкти, стовпчастi й багатошаровi структури.[3 ст. 27-28]

1.8. Класифiкацiя нанооб'єктiв за їх розмiрнiстю

За аналогiєю з класифiкацiєю змiцнювачiв композицiйних матерiалiв, наноелементи можна, вiдповiдно до вже класичних уявленнь, роздiлити на три групи: нульвимiрнi, одновимiрнi та двовимiрнi.

За розмiрнiстю нанооб'єктiв можливо визначити такi групи:

1) до нанооб'єктiв з 0-D вимiрною розмiрнiстю належать тi, у яких усi 3 просторовi розмiри лежать у нанометровому дiапазонi (усi 3 розмiри меншi за 100 нм).

Цей об'єкт у макроскопiчному уявленi є нульвимiрним i тому, з погляду електронних властивостей, такi об'єкти називаються квантовими точками. Для квантових точок хвиля де Бройля протяжнiша, нiж будь-який просторовий розмiр;

2) до нанооб'єктiв з 1-D вимiрною розмiрнiстю належать тi об'єкти, якi мають нанометровi розмiри у двох вимiрах, а в третьому - макроскопiчний розмiр. До них вiдносять: нанодроти, нановолокна, одностiннi та багатостiннi нанотрубки, органiчнi макромолекули, у т. ч. подвiйнi спiралi ДНК;

3) до нанооб'єктiв з 2-D вимiрною розмiрнiстю належать тi, якi мають нанометровий розмiр лише в одному вимiрi, а у двох iнших цей розмiр буде макроскопiчним.

До таких об'єктiв вiдносять тонкi приповерхнi шари однорiдного матерiалу: плiвки, покриття, мембрани, багатошаровi гетероструктури. Їх квазiдвовимiрнiсть дає можливiсть змiнити властивостi електронного газу, характеристики електронних переходiв (p-n переходiв) i т. п. Саме 2-D нанооб'єкти дають можливiсть створити основу для розробки принципово нової елементної бази радiоелектронiки. Це буде вже наноелектронiка, нанооптика i т. д.

У наш час 2-D нанооб'єкти найчастiше служать як всiлякi зносостiйкi покриття, антидифузiйнi, антикорозiйнi i т. п. Велике значення вони мають для створення рiзного роду мембран у молекулярних фiльтрах, сорбентах тощо.

З погляду електронно-оптичних властивостей, низькорозмiрнi системи (D < 3) можуть сильно вiдрiзнятися вiд об'ємних макроскопiчних внаслiдок змiнювання умов квантування хвильової функцiї електронiв.

Крiм об'єктiв iз цiлим значенням D iснують об'єкти, якi мають дробову розмiрнiсть, або фрактальну. Величина D для цих об'єктiв займає промiжне значення мiж цiлими числами. Фрактальна геометрiя здатна додати специфiчнi властивостi нанооб'єктам. [3 ст.28-30]

2. НАНОТЕХНОЛОГIЇ В ОБОРОННIЙ ГАЛУЗI КРАЇН

Бiльшiсть країн готовi вкладати кошти в новi високi технологiї, а також конкурентоздатнi технологiї для забезпечення обороноздатностi.

Безпека громадян є першим обов'язком будь-якого уряду. Нацiональна оборона передбачає захист i безпеку нацiональних секретiв, а також свободу вiд iноземного диктату. Вiйськова безпека - здатнiсть нацiї захищатися i визначається як "умова, що є результатом встановлення i пiдтримання захисних заходiв, якi забезпечують недоторканнiсть вiд ворожих дiй або впливiв".

Наука i технологiя просуваються до структурування речовини в нанометровому масштабi. Нанотехнологиї приведуть до змiн, що вплине на усi сектори науки.

Розроблено iнженернi наноматерiали, якi є бiльш мiцними, легкими, мають полiпшенi властивостi, є бiльш термостiйкими i бiльш компактними. Вуглецевi нанотрубки, матерiали на основi фулеренiв мають набагато бiльш високе вiдношення мiцностi до ваги, нiж тi, якi використовуються в даний час.

2.1 Сполученi Штати Америки

США є свiтовим лiдером з розвитку нанотехнологiй, на долю яких припадає до 25% свiтових iнвестицiй в цю сферу i близько половини публiкацiй. США також лiдирують за кiлькiстю патентiв. В одному тiльки 2003 роцi вченi та iнженери iз США одержали до тисячi нанотехнологiчних патентiв. Патенти розподiленi за такими напрямами: виготовлення, обробка та виявлення наноструктур - 39%, наноструктури - 30, шляхи використання наноструктур - 30, математичнi алгоритми. На сьогоднi в дослiдження нанотехнологiй у США залучено бiльше нiж 700 унiверситетiв, приватних iнститутiв i лабораторiй. Реалiзується понад 5000 науково-дослiдних проектiв. [4]

В серединi 1990-х рокiв Пентагон включив нанотехнологiї в список шести стратегiчних областей фундаментальних дослiджень, що зумовило стабiльне фiнансування даної наукової областi на довгостроковий перiод.

В 2008 роцi було витрачено 1,555 мiльйона доларiв на нанотехнологiї. У 2009 роцi вже 1,702 мiльйона доларiв. В 2010 роцi - 1,781 мiльйона доларiв. У 2011 рiк - 1,762 мiльйона доларiв. Та у 2012 роцi - 2,1 мiльйона доларiв. [4]

У 2004 роцi був складений оновлений стратегiчний план "Нацiональної нанотехнологiчної iнiцiативи", розрахований на перiод до 2015 року.

Вiн передбачає фiнансування наступних напрямкiв: фундаментальнi нанометричну явища i процеси; наноматерiали; нанометричну пристрої та системи; дослiдження контрольно-вимiрювальних приладiв, метрологiя i нанотехнологiчнi стандарти; виробництво наноiзделiй; створення спецiалiзованих лабораторiй для проведення дослiджень i придбання контрольно-вимiрювальної апаратури. [5]

Особливу роль в досягненнi поставлених цiлей вiдiграє створений на базi Массачусетського технологiчного iнституту Iнститут вiйськово-прикладних нанотехнологiй. Iнститут займається розробкою екiпiровки i озброєння в рамках семи проектiв, кожен з яких присвячений пiдвищенню можливостей "солдата майбутнього"

Незважаючи на широке поширення iнформацiї про досягнення США в областi нанотехнологiй, теоретичнi напрацювання, принципи створення нових матерiалiв i практичнi результати їх дослiджень тримаються в найсуворiшому секретi та дещо все ж вiдомо.

2.1.1 Динамiчна броня

Серед перших дослiдних зразкiв, створених в рамках одного з проектiв, необхiдно вiдзначити бойовий бронежилет товщиною кiлька мiлiметрiв. Така "динамiчна броня" буде мiстити складнi наномолекулярнi з'єднання, завдяки яким нова форма буде одночасно поєднувати в собi бронежилет, а також екзоскелет i унiверсальне медичне обладнання.

Для пiдвищення жорсткостi костюма до нановолокна додаються наночастинки, якi з'єднуються мiж собою i змiцнюють загальну структуру. Крiм того, додавання рiзних наночасток до нановолокна дозволить змiнити електропровiднiсть. Таким чином, iснує можливiсть створення окремих дiлянок костюма, що забезпечують зв'язок розташованих усерединi нього сенсорiв з керуючою системою i передачу енергiї до наноактюаторам екзоскелета.

Компанiя NanoTriton веде розробку нових матерiалiв на основi декiлькох полiмерiв, якi дозволять захистити вiйськовослужбовця вiд куль i осколкiв. В даний час ведуться розробки в напрямку створення енергопоглинаючих полiмерiв на основi рiдких кристалiв. Ключовими матерiалами для перспективного костюма вiйськовослужбовця будуть нановолокна на основi полiуретану, а також нанополiмери.

2.1.2 Нанокерамiка

Нанокерамiка - керамiчний наноструктурний матерiал - компактний матерiал на основi оксидiв, карбiдiв, нiтридiв, боридiв та iнших неорганiчних сполук, що складається з кристалiтiв iз середнiм розмiром до 100 нм. [6]

Ведуться науково-дослiднi i дослiдно-конструкторських роботи (НДДКР) в областi створення нанокерамiческiх матерiалiв. Зокрема, при використаннi наноструктур з карбiду кремнiю вдалося в три рази пiдвищити жорсткiсть матерiалiв в порiвняннi зi звичайними виробами з цього матерiалу. На їх основi випускаються рiзнi покриття, зокрема NanoTuf, яке складається з наночастинок в розчинi i в кiлька разiв збiльшує мiцнiсть пластику.

2.1.3 Нанофарби

Пентагон щороку видiляє компанiї Inframat Corp. близько двох мiльярдiв доларiв на рiк на дослiдження "нанофарб", яка дозволить змiнювати колiр на зразок хамелеона, а також запобiжить корозiю i зможе "затягувати" дрiбнi пошкодження на корпусi машини.

2.1.4 Плащ - невидимка

Ученi створили новий варiант плаща-невидимки. Вiн заснований на нових принципах рiзновиду метаматерiалу, який дозволяє робити схованi пiд ним предмети невидимими в ширшому дiапазонi випромiнювання, нiж колишнi розробки.

Автори статтi, Девiд Смiт з унiверситету мiста Дьюка та його колеги з Пiвденно-схiдного унiверситету мiста Нанкiн (Китай) застосували новий пiдхiд до створення "плаща-невидимки".

У ньому випромiнювання не огинає прихований предмет. Навпаки, електромагнiтнi хвилi проходять крiзь метаматерiал, досягають схованого там предмету i, вiдбиваючись вiд нього, розсiваються. При цьому "плащ-невидимка" вiдхиляє вiдбитi хвилi так, що на виходi з метаматерiалу вони здаються спостерiгачу вiдображеними вiд плоскої поверхнi, а не вiд опуклого предмету, який на нiй насправдi лежить.

При такому пiдходi вимагається конструювати новий "плащ-невидимку" для кожного конкретного предмету. Проте ученi вважають, що їхня технологiя дозволяє створити матерiал достатньо швидко i просто. Крiм того, при необхiдностi пiд ним можна ховати складнiшi i бiльшi предмети.

Матерiал Смiта зiбраний з десяти тисяч елементiв - стандартних мiдно-слюдяних друкарських плат. "Плащ" має розмiри 500 на 106 мiлiметрiв i дозволяє зробити невидимим опуклий об'єкт 40 на 5 мiлiметрiв, помiщений на плоску поверхню.

Ученим вдалося продемонструвати коректну роботу "плаща-невидимки" в дiапазонах частот з 13 до 16. [7]

Принцип плаща показано на рисунку 2.1

2.1.5. Розумний пил

Розумний пил - термiн, який використовують для опису самоорганiзованих крихiтних пристроїв, якi обмiнюються бездротовими сигналами i працюючими як єдина система.[8]

На думку ряду вiйськових фахiвцiв, розвiдка мiсцевостi за допомогою "розумних молекул" стане можлива вже через декылька рокiв. Хмара "розумного пилу" буде складатися з пилинок, що представляють собою частина системи спостереження i аналiзу. Серед них будуть вiдеокамери з можливiстю передачi iнформацiї, канали зв'язку, вузли обробки розвiдданих. Такий розвiдцентр, що нагадує невелику димна хмара, повинен самостiйно рухатись i мати високий ступiнь живучостi та захищеностi.[5]

Вони будуть працювати на базi мiнiатюрних процесорiв пiд управлiнням стандартної операцiйної системи з доступом до таких же невеликих модулiв оперативної та флеш-пам'ятi.

Свої першi прототипи "розумного пилу" вченi Мiчиганського унiверситету в Енн Арбор назвали Michigan Micro Motes. Пристрої розмiром в кубiчний мiлiметр обладнанi датчиками контролю температури i руху, якi передають iнформацiю по радiозв'язку

Пилинки будуть живитися енергiєю вiд навколишнього середовища. Датчик поблизу джерела свiтла може використовувати крихiтнi сонячнi панелi, в той час як iншi сенсори - виробляти електрику за рахунок рiзницi температур. Micro Motes можуть бути використанi для стеження за рухом вiйськової технiки та живою силою противника, наводити ракети по ним.

Дослiдник Смiт також працює над мiнiатюрними обчислювальними платформами WISP, якi обмiнюються iнформацiєю через радiочастотнi пристрої iдентифiкацiї. Так само, як i Micro Motes, сенсорнi WISP не потребують батарейок, оскiльки харчуються енергiєю електромагнiтного поля, джерелом якого виступає, наприклад, телевежа.

Головна проблема, яку доведеться вирiшити- це передача даних. Кiлькостi енергiї, яке Mote витрачає на виконання 100 000 обчислювальних операцiй, вистачає лише для передачi одного бiта iнформацiї в зовнiшнiй свiт, зазначає керiвник дослiдницької групи Прабал Дутта.[9]

2.2 Iзраїль

Ця країна завжди вела вiйну, з моменту її незалежностi. Тому в оборону цiєї країни вкладаються кошти - розробка нової зброї там завжди актуальна.

Нiхто не знає скiльки в цiєї країни ядерної зброї, вона там є, те саме з створенням нанотехнологiї, якi потiм будуть використанi в вiйськових цiлях. На даний час вiдомо, що декiлька проектiв з розробки нанотехнологiй в вiйськовiй справi, якi активно ведеться в країнi.[5]

2.2.1 Бойовий робот-шершень

Одна з амбiтних розробок країни - бойовий робот-шершень.

Такий лiтальний апарат використовуватимуть для виявлення i знищення противника на полi бою, в районах житлової забудови. Шершень буде обладнано вiдеокамерою, яка дозволить передавати картинку вiйськовим, також вiн зможе нести на собi заряд вибухiвки, який детонує при командi вiйськового керiвництва.

Крiм бойових нанороботiв, вченi розробляють систему мiкродатчикiв, якi можна буде розкидати на територiї противника, щоб з їх допомогою в режимi реального часу отримувати всiляку iнформацiю про те, що вiдбувається на мiсцi. [5]

Вигляд цього робота показано на малюнку 2.2

2.2.2 Стiйкий матерiал

Йдуть дослiдження, спрямованi на створення нових видiв iндивiдуального захисту вiйськовослужбовцiв. Вченi створюють легкий i супермiцний матерiал для виробництва спецiального одягу для бiйцiв, яка покликана замiнити важкi бронежилети. В даний час в мiстi Кирьят-Гатi побудований завод вартiстю понад 3,5 мiльярда доларiв для розробки i виробництва подiбних матерiалiв.

Компанiя ApNano Materials недавно зазнала один з найбiльш стiйких до удару матерiалiв, вiдомих людству. Зразок матерiалу розроблений на основi дисульфiду вольфраму, пiддавався ударам, якi вироблялися сталевим снарядом, випущеним зi швидкiстю до 1,5 км / с. Дослiджуваний матерiал витримав удар з впливами до 250 т / см2, а також статичне навантаження 350 т / см².

Такий матерiал може знадобитися для виготовлення шоломiв i бронежилетiв, а також обшивки вiйськового транспорту. [5]

2.3 Сполу?чене Королi?вство Вели?кої Брита?нiї та Пiвнi?чної Iрла?ндiї

Ця країна в минулому мала великий вiйськовий потенцiал. Зараз вона вкладає кошти не в завоювання iнших країн, а у захист своїх кордонiв. Нанотехнологiї, як новий напрямок для захисту вiд диктаторського панування також входять в прiоритет королiвства.

2.3.1 Micromechanical Flying Insect

MFI (Micromechanical Flying Insect - "механiчне лiтаюче комаха"). У рамках програми передбачається створення мiкроробота-джмеля. Доктор Джон Баркер, професор Центру дослiджень в областi наноелектронiки в Глазго, вже створив математичну модель процесу збирання мiкропристроїв у зграї i обмiну iнформацiєю мiж ними для спiльних дiй. Ведуться розробки моделей бойового застосування груп MFI в рiзних видах бою. Планується, що собiвартiсть таких комах складе близько 10 центiв, а виробляти їх будуть так званi "нанофабрики" прямо на полi бою. Фото цього винаходу представлено на малюнку 2.3

2.4 Росiйська федерацiя

У цiй країнi вiйна завжди була на першому мiсцi замiсть благополуччя громадян. Тут зосереджена велика кiлькiсть ядерної зброї (всього в свiтi боєголовок з ядерним потенцiалом 25000 з них Росiя має 15000). В закупiвлю нового обладнання для ведення вiйни вкладаються шаленi кошти. Ще бiльше коштiв країна вкладає на вiйну в iнших державах. Тому нанотехнологiї вона повинна розвивати швидше iнших та вкладати бiльше коштiв.

Для реалiзацiї рiзних проектiв в областi нанотехнологiй в Росiї створена державна корпорацiя "Роснанотех", також розроблена "Стратегiя розвитку нанотехнологiчної галузi". Згiдно з цим якою на розвиток "наноiндустрiї" до 2015 року буде видiлено 180 мiльярдiв рублiв. Освоєння коштiв покладено на "Роснанотех", що працює пiд контролем уряду. [5]

Основними напрямками дослiджень росiйських вчених є створення високомiцних матерiалiв ("рiдка броня"), потужних енергоджерел ( "аморфний кремнiй", над яким працює НПП "Квант"), невидимих ??i змiнюючих колiр нанооб'єктiв, наноматерiалiв для унiформи вiйськовослужбовцiв, новоїго захисту вiд зброї масового ураження. [5]

Та далi слiв цi проекти не робляться, бо не має жодного джерела iнформацiї, яке пiдтвердить хочу одну виконану розробку. Через корупцiю, яка досягає шалених масштабiв, емiграцiї розуму за кордон, низьких заробiткiв для вчених новi технологiї тут розвиваються лише на паперi. Хоча витрати на армiю нiколи не зменшувались, навпаки.

2.5 Китай

В цiй країнi нараховується близько 800 компанiй, якi спецiалiзуються на розробцi нанотехнологiй та бiльше 100 лабораторiй. Що саме вони створюють залишається невiдомим. Так само не вiдомий i бюджет цих дослiджень.

Та не виключено, що в країнi ведуться розробки саме для оборонної галузi.

Iнтерес вiйськових країни припадає на мiкрочiпи, якi пiдвищувати "живучiсть" особового складу при застосуваннi противником зброї масового ураження.

Можливо, саме в цьому напрямку i йдуть дослiдження країни в цих компанiях та лабораторiях.

ВИСНОВОК

Усi великi вiйськовi гравцi в свiтi активно беруть участь в дослiдженнях i розробках нанотехнологiчних матерiалiв i систем.

Електронний активний камуфляж забезпечує елемент прихованостi. Штучнi м'язи деформують або стискають молекули, забезпечують органiчний рух в костюмах екзоскелета всього тiла робота. Наноструктурованi матерiали можуть зробити бiльш легку броню i надзвичайно мiцнi будiвельнi матерiали. Набухання наноматерiалiв забезпечує полiпшений захист вiд снарядiв.

Велика частина навантаження солдата 21-го столiття зумовлена багатьма електронними пристроями, необхiдних для зв'язку i т. д. Однiєю з головних цiлей вiйськових дослiджень в галузi наноматерiалiв є зниження цього навантаження до 20 кг за рахунок розробки бiльш легких матерiалiв. Нанотехнологiя пропонує довгий список можливих альтернатив для ефективного, економiчного та сталого виробництва, зберiгання енергiї. Розроблено iнженернi наноматерiали i метаматерiали, якi є бiльш мiцними, легкими, мають полiпшенi властивостi, є бiльш термостiйкими i бiльш компактними. Вуглецевi нанотрубки, матерiали на основi фулеренiв мають набагато бiльш високе вiдношення мiцностi до ваги, нiж тi, якi використовуються в даний час.

У другiй частинi курсової роботи цi всi розробки висвiтленi, але саме матерiал, розрахунки при по будовi не врахованi, адже це секретна iнформацiя.

ДОДАТКИ

Рис. 1.1 Типи нанопродукцiї, яка вироблена найбiльшими компанiями.

Рис. 1.2 Класифiкацiя наноматерiалiв.

Рис. 1.3 Схематичне зображення: а - наноструктурного матерiалу з середнiм

розмiром зерен 100 нм (трикутники рiзного розмiру й орiєнтацiї позначають

дисклiнацiї рiзної потужностi та знаку); б - схема викривлення кристалiчної

решiтки пiд дiєю зернограничних дефектiв у наноструктурному матерiалi

з розмiром зерен 10 - 20 нм

Рис 1.4. Схематичний перетин нанокристалiчного матерiалу, який

складається з атомiв одного сорту. Рiзнi мiжатомнi вiдстанi в границях А i В

позначенi стрiлками

Рис 1.5. Двовимiрна модель атомної структури нанокристалiчного матерiалу

Рис. 1.6. Двовимiрна модель нанокристалiчного матерiалу

з мiкроскопiчними вiльними об'ємами

Рис. 1.7. Розрахункова залежнiсть об'ємної частки Vf границь зерен (1)

i потрiйних стикiв (2) вiд розмiру зерна (при розрахунках товщина границь

прийнята рiвною 1 нм)

Рис. 1.8. Структурна модель наноматерiалу з аморфними

мiжкристалiтними прошарками

Рис.1.9. Моделювання розтягування наноструктурної мiдi методом

молекулярної динамiки. Стрiлкою зазначений одиничний дефект упакування

деформацiйного походження

Рис. 1.10. Фактори, що визначають функцiональнi властивостi

наноструктурованих матерiалiв

Рис. 1.11 Основнi типи структури наноматерiалiв .

Рис. 1.12. Типи спонтанно виникаючих структур: а - структури з перiодичною

модуляцiєю складу твердого розчину; б - перiодично фасетованi поверхнi;

в - перiодичнi структури плоских доменiв; г - упорядкованi масиви тривимiр-

них когерентно зв'язаних напружених острiвцiв (2) на пiдкладцi (1)

Рис. 2.1 Фiзичний змiст плаща - неведимки

Рис. 2.2 Боевой робот-шершень. [10]

Рис. 2.3 Micromechanical Flying Insect [11]

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

-- "Конспект лекцiй з дисциплiни "Iнновацiйнi процеси в iнженерiї поверхнi" для студентiв за напрямом 050504 "Зварювання" Затверджено Вченою радою ЗФ НТУУ "КПI" Київ - 2012 р.

-- Основи нанотехнологiї. (Конспект лекцiй)/ Упорядник - Стадник О.Д. Суми - 2016.

-- Наноматерiали i нанотехнологiї: навчальний посiбник / Азарєнков М. О.,Неклюдов I. М., Береснєв В. М., Воєводiн В. М., Погребняк О. Д., Ковтун Г. П.,Соболь О. В., Удовицький В. Г., Литовченко С. В., Турбiн П. В., Чишкала В. О. -Х. : ХНУ iменi В. Н. Каразiна, 2014. - 316 с.

-- http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/51078/07-Vinnikova.pdf?sequence=1

-- https://lenta.ru/articles/2008/05/16/nano/

-- https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0#.D0.9D.D0.B0.D0.BD.D0.BE.D0.BA.D0.B5.D1.80.D0.B0.D0.BC.D0.B8.D0.BA.D0.B0

-- https://tsn.ua/nauka_it/ucheni-stvorili-plashch-nevidimku.html

-- https://sites.google.com/site/rozumnijpil/

-- http://svit24.net/technology/67-technology/67058-vcheni-rozrobyly-lrozumnyj-pylr

-- www.elementy.ru

-- www.static.howstuffworks.com

Комментарии: 7, последний от 07/06/2021. © Copyright Черкашина Катя (katherinecherkashina@ukr.net) Размещен: 10/05/2017, изменен: 10/05/2017. 53k. Статистика. Статья: Публицистика Скачать FB2		Ваша оценка:
Аннотация: Курсова з фiзики на тему "Нанотехнологiї в обороннiй галузi"

Черкашина Катя : другие произведения.

Нанотехнологiї в обороннiй галузi