НАНОСТРУКТУРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Ключевые слова: наноматериалы, нанотехнологии, синтеза нанопорошков, объемные наноструктурные материалы, интенсивная пластическая деформация, модели наноструктур

К наноструктурным материалам (наноматериалам) относят материалы с размером морфологических элементов менее 100 нм. Актуальность проблемы производства таких материалов определяется особенностью их физико-химических свойств, позволяющих создавать материалы с качественно и количественно новыми свойствами для использования на практике. Уже первые исследования наноматериалов показали, что в них, по сравнению с обычными материалами, изменяются такие фундаментальные характеристики, как удельная теплоемкость, модуль упругости, коэффициент диффузии, магнитные свойства. Следовательно, можно говорить о наноструктурном состоянии твердых тел, принципиально отличном от обычного кристаллического или аморфного.

По мере уменьшения размера зерен или частиц все большая доля атомов оказывается на границах или свободных поверхностях. Так как доля поверхностных атомов в наноматериалах составляет десятки процентов, ярко проявляются все особенности поверхностных состояний, и разделение свойств на «объемные» и «поверхностные» приобретает, в какой-то мере, условный характер.

Развитая поверхность оказывает влияние на решеточную и на электронную подсистемы. Появляются аномалии поведения электронов и квазичастиц, которые влекут за собой изменения физических свойств наносистем.

Поведение наноматериалов часто определяется процессами на границе частиц или зерен. Например, нанокерамика может пластически деформироваться за счет скольжения по границам. Такая деформация находится в противоречии с хрупким поведением, ассоциирующимся с обычной керамикой. Уменьшение размера зерна металла с 10 микрон до 10 нанометров дает повышение прочности примерно в 30 раз. Добавление нанопорошков к обычным порошкам при прессовании последних приводит к уменьшению температуры прессования, повышению прочности изделий. При диффузионной сварке использование между свариваемыми деталями тонкой прослойки нанопорошков позволяет сваривать разнородные материалы, в том числе некоторые трудносвариваемые сплавы металла с керамикой, снижать температуру диффузионной сварки.

В последние годы вошло в обиход понятие нанотехнологии. Этим понятием обозначают процессы получения наноматериалов, а также технологические процессы получения приборов, устройств, конструкций с использованием наноматериалов.