Вивчивши матеріали цього розділу, учні:

• знатимуть визначення термінів «нанотехнологія» і «наноматеріал»;

• розрізнятимуть наноматеріали за основними властивостями;

• вмітимуть робити висновки про придатність наноматеріалів для виготовлення деталей.

Наноматеріали (нанотехнології) - це найбільше досягнення сучасної науки, з ними пов'язують науково-технічну революцію третього тисячоліття. Префікс «нано» означає 10^-9. До наноматеріалів відносять об'єкти, один із характерних розмірів яких лежить в інтервалі від 1 до 100 нм (на-нометр становить одну мільярдну частину метра).

1. В останнє десятиріччя неухильно зростає науковий і практичний інтерес до наноматеріалів, що мають унікальну структуру й властивості та відкривають перспективи для створення принципово нових конструкційних і функціональних матеріалів.

2. Нанокомпозит - це багатокомпонентний твердий матеріал, в якому один із компонентів в одному, двох або трьох вимірах має розміри, що не перевищують 100 нанометрів. Також під нанокомпозитами розуміють структури, що складаються з безлічі повторюваних компонентів-шарів (фаз), відстань між якими становить десятки нанометрів.

3. Один із компонентів нанокомпозита в одному, двох або трьох вимірах має розміри 0,02-0,07 мкм. На-нокомпозити мають чудові фізичні й хімічні властивості, їх застосовують у різних галузях, зокрема у виробництві електроніки та нових матеріалів, медицині та екології, в аерокосмічній та автомобільній промисловості.

4. Залежно від типу основної матриці, що займає велику частину обсягу

нанокомпозитного матеріалу, нанокомпозити поділяють на такі категорії:

- із керамічною матрицею, які покращують оптич

ні та електричні властивості початкового мате

ріалу (керамічного з'єднання, що складається з

суміші оксидів, нітридів, силіцидів тощо);

- із металевою матрицею, у яких так званим підсилюючим матеріалом (нанокомпонентів) часто слугують вуглецеві нанотрубки, що підвищують міцність і електричну провідність;
- полімерні нанокомпозити, які містять полімерну матрицю з розподіленими по ній наночастинка-ми або нанонаповнювач, можуть мати сферичну, плоску чи волокнисту структуру.

5. Нанокомпозити на основі полімерів відрізняються від звичайних полімерних композитних матеріалів меншою вагою і при цьому більшою стійкістю до ударів і зносостійкістю, а також є стійкими до хімічних впливів, що дає змогу використовувати їх у військових і аерокосмічних розробках. Як матриці у таких нано-композитах застосовують поліпропілен, полістирол, поліамід або нейлон, а нанокомпонентами є частинки оксидів алюмінію чи титану або вуглецеві, а також кремнієві нанотрубки і волокна.

6. Графен - одна з алотропних форм вуглецю, мо-ноатомний шар атомів вуглецю із гексагональною структурою. Основною особливістю чистого графену -двовимірної модифікації вуглецю - є те, що в нього немає забороненої зони, ширина якої дорівнює нулю.

Графен схожий за будовою на окремий атомний шар у структурі графіту: атоми вуглецю утворюють стільникову структуру з міжатомною відстанню 0,142 нм. Без опори графен має тенденцію згортатися, але може бути стійким на підкладці. Мало того, отримано також графен без підкладки у вільному підвішеному стані, розтягнутий на опорах. ⁷

7. Нещодавно було встановлено, що додавання графену до епоксидних композитів сприяє збільшенню жорсткості й міцності матеріалу порівняно з композитами, які містять вуглецеві нанотрубки. Графен краще з'єднується з епоксидним полімером, ефективніше проникаючи у структуру композиту. Нанокомпозити на основі графену можна використовувати у виробництві компонентів авіатехніки, які мають бути легкими й водночас стійкими до фізичного впливу.

8. Із нанокомпозитних матеріалів можна виготовляти різноманітні елементи інтер'єру, електронного обладнання, систем безпеки, шини, модулі двигунів автомобілів. Це дасть змогу знизити загальну вагу конструкції, скоротити викиди вуглекислого газу, збільшити ефективність двигуна, зменшити зношування деталей і частин корпусу, підвищити міцність автомобільного кузова і надійність бортової електроніки.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що таке нанотехнологія?

2. Який композитний матеріал називають нанокомпозитом?

3. Чому дорівнює розмір наноматеріалу?

4. Що таке графен?

5. Де застосовують нанотехнології?

6. З якої речовини утворюється графен?

7. Алотропною формою якого елемента є графен?

8. На які категорії залежно від матриці поділяють нанокомпозити?

9. Чому дорівнює один нанометр?

Це матеріал з підручника "Матеріалознавство та технологія металів" Власенко 2019