Nanomateriałyogólna charakterystyka

Wojciech Skoczylas M2L13

Plan prezentacji• Czym są nanomateriały• Najważniejsze cechy• Podział• Podsumowanie

Rys.1 Nanomateriały: od góry nanotytan, nanorurka węglowa, nanoceramika

Czym są nanomateriały

Nanomateriałem nazywamy materiał, którego struktura została ukształtowana na poziomie elementów o wymiarach nieprzekraczających 100nm

Rys.2 Przedział rozmiarów manometrycznych w porównaniu z rozmiarami

Najważniejsze cechy-Wymiar minimalny 100nm

-zwiększenie właściwości mechanicznych (stopy metali)

-wzrost odporności korozyjnej (stopy metali)

-odchudzenie konstrukcji

-wzrost odporności na pełzanie (mat. ceramiczne)

-zwiększenie odporności na ścieranie (mat. polimerowe)

-zwiększenie właściwości ślizgowych (mat. polimerowe)

Przykładowo: wytrzymałość miedzi o mikrostrukturze z ziarnami o

wymiarach ziaren 50μm wynosi 0,4 GPa, natomiast dla ziarna o

wielkości rzędu 8 nm wzrasta 5-krotnie.

Podział• Ze względu na kształt ziaren materiału

nanokrystalicznego wyróżnia się trzy grupy materiałów:

• słupkowe - ziarna mają kształt słupków o średnicy nanometrycznej (układy jednowymiarowe)

• warstwowe - ziarna mają kształt płaski o grubości nanometrycznej (układy dwuwymiarowe)

• równoosiowe - ziarna mają kształt zbliżony do kuli o średnicy nanometrycznej (układy trójwymiarowe)

Rys. 4 Schemat podziału nanomateriałów krystalicznych ze względu na kształt ziarna-struktury: a)słupkowa, b)warstwowa, c)równoosiowa

Rodzaje nanomateriałów

Rys. 5 Rodzaje nanomateriałów

Nanometale

Foto książka i to omówienie moje

Rys. 6 Struktura stopu aluminium 7475 o średniej średnicy ziaren 70μm i 70nm

Wzrost właściwości wytrzymałościowych poprzez rozdrobnienie ziaren jest wręcz imponujący, np. dla aluminium umocnionym przez zgniot wartość Re wynosi 150MP, natomiast jeśli ziarno zostanie rozdrobnione do wielkości 25 nm, Re rośnie do 500MPa.

NanoproszkiNanoproszki są to drobinki substancji stałych o wielkości poniżej 100nm. W praktyce granica ta jest przesunięta i wynosi około 10nm.

Rys. 7 Przykłady zastosowania nanoproszków: farby, kremy nanoproszki luminescencyjne do diagnostyki medycznej

NanokompozytyNanokompozyty, podobnie jak kompozyty konwencjonalne, składają się co najmniej z dwóch składników, z tym że co najmniej jeden z nich ma rozmiary w skali nanometrycznej.

Rys. 8 Różne nanonapełniacze nanokompozytów

Rys. 9 Obraz SEM nanokompozytu diament-Zn

NanowłóknaNanowłóknami nazywamy włókna o bardzo małych średnicach, wynoszących około 50- 500nm.

Rys. 10 Nanowłókna węglika krzemu SiC

Rys. 11 Porównanie wielkości ludzkiego pojedyńczego włosa z wielkością nanowłókien

Nanorurki węglowe

Rys. 12Obraz SEM splątanych nanorurek węglowych

Rys. 13 Struktury jednościennej nanorurki węglowej

Przykłady zastosowań 

Rys. 14 Przykłady zastosowań: miniaturowe urządzenia elektromechaniczne MEMS, endoprotezy, noże ceramiczne, wiertła, diody

PodsumowanieNanotechnologia uważana jest za kluczową technologię XXI wieku. Oferuje ona możliwe

rozwiązania wielu bieżących problemów, dostarczając mniejszych, lżejszych, szybszych i bardziej wydajnych materiałów, podzespołów

i systemów. Nanotechnologia jest źródłem nowych szans rynkowych oraz w znacznym

stopniu może przyczynić się do ochrony środowiska i zdrowia.