Наноматеріали

Якщо структуру макроскопічного об’єкта складають наноструктури та інші нанорозмірні елементи, то такий об’єкт називають наноматеріалом.

В даний час вже створена велика кількість різних наноматеріалів, які володіють властивостями, відмінними від властивостей звичайних матеріалів. Розглянемо деякі приклади.

Нанокристалічні матеріали включають в свій склад кластери, розмір яких порядку 10 нм. При цьому, чим менше розмір кластера, тим яскравіше виражені специфічні властивості матеріалу, наприклад:

  • температура плавлення;
  • питомий опір;
  • твердість;
  • міцність.

Збільшення міцності нанокристалів пов’язано з тим, що при малих розмірах кластерів зменшується щільність існуючих дефектів структури і ймовірність утворення нових. На відміну від звичайних кристалів збільшення міцності нанокристалів супроводжується підвищенням його пластичності.

Широке поширення отримують в даний час наноструктурні кераміки. Завдяки таким властивостям, як:

  • високотемпературна міцність,
  • хімічна стійкість
  • легкість,

Вони використовуються в:

  • аерокосмічній техніці;
  • в ортопедії;
  • стоматології;
  • в тих випадках, коли необхідні водонепроникність і захист від корозії.

Вдалося, наприклад, створити з наноструктурної кераміки двигун внутрішнього згоряння, температура робочої камери якого досягає 1 400°С, а ККД в 1,5 рази вище, ніж в існуючих двигунах внутрішнього згоряння.

Наноструктурне керамічне покриття поверхонь ріжучих інструментів дозволяє підвищити їх твердість, термостійкість і зменшити коефіцієнт тертя, що призводить до збільшення термінів їх експлуатації. Нанокераміки, створені на основі карбіду бору, використовують для виготовлення легких і кулестійких бронезахисних матеріалів.

Ще один клас наноматеріалів – нанокомпозити.

У них принаймні одна компонента має нанорозміри. На відміну від звичайних композиційних матеріалів, в нанокомпозитах наявність невеликого числа наночастинок (2-5% маси матеріалу) робить істотний вплив на їх властивості.

Наприклад, плівка товщиною всього 45 нм, виконана з полімерного нанокомпозиту і пронизана кристалами діоксиду цирконію, має високу міцність і пружність. Вона здатна утримати рідину, маса якої в 70 000 разів більше маси плівки. Така плівка може застосовуватися в якості датчиків і мембран.

Плівки і покриття відіграють велику роль у сучасній техніці.

Наноструктурні плівки можуть являти собою нанокристалічний матеріал, нанокераміки, нанокомпозити. Нанесення такого покриття на звичайні матеріали (дерево, скло, папір і ін.) надає їм незвичайні властивості.

Так, вода, яка потрапляє на звичайне скло, збирається на ньому в краплі. Якщо ж на скло нанести покриття з полімерних шарів і наночастинок кварцу, то вода утворює на ньому рівний прозорий шар. Розроблена фарба для фарбування будинків, «відштовхуюча» бруд і вологу, покриття для тканини, що захищає одяг від бруду.

Посилання на основну публікацію