Слой, защищающий от износа, является самовосстанавливающимся. Этот саморегулирующийся процесс использует энергию, выделяющуюся при трении. Эта энергия идет с одной стороны на построение слоя, а с другой стороны на его разрушение.
Равновесие процессов построения и разрушения наружной эластичной части слоя наступает при зазоре между трущимися поверхностями в 1 – 1.5 мкм и коэффициент трения уменьшается. Зазор между трущимися деталями не должен превышать на 25% максимально допустимый износ конструкции. Толщина слоя составляет от 0,0001 до 0,1 мм.
Процесс обработки можно разделить на два этапа. На первом этапе происходит основательная очистка поверхностей от продуктов износа, нагара и других загрязнителей.
Далее происходит синтез многослойного покрытия на подготовленных и очищенных поверхностях пар трения. Вначале, за счёт образования покрытия происходит увеличение площади особо нагруженных зон трения, а затем покрытие распространяется на все трущиеся поверхности в зависимости от величины приложенных к ним контактных нагрузок, восстанавливая геометрию трущихся поверхностей. В ходе формирования многослойного покрытия температура в зонах трения уменьшается, и рост толщины покрытия замедляется вплоть до полного его прекращения. Таким образом, происходит саморегуляция толщины защитного слоя.
Вопросы для самоконтроля
1 Что такое саморегулирующийся процесс?
2 Как работает NanoVit?
3 Принцип действия NanoVit?
Рекомендуемые источники
Основные
, Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [, Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.
Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.
, Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Дополнительные
, тр., с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
Лекция 10
(2 часа; 13, 14 недели)
Тема. Формирование наноструктурированных материалов.
Вопросы
1 Формирование наноструктурированных пленок и покрытий.
2 Формирование наноструктурированных поверхностных слоев из материалов с эффектом памяти формы.
Фольга изготовляется вакуумным методом по рулонной ионно-плазменной технологии синтеза наноструктурированных материалов, что позволяет организовать производство анодной фольги нового типа для существующих и перспективных алюминиевых электролитических конденсаторов в промышленном масштабе.
Наноструктурированная конденсаторная анодная фольга, представляет собой качественно новую основу с осажденным на ее поверхности нанослоем алюминия. В настоящее время наноструктурированная анодная фольга на российском и зарубежном рынках радиоэлектроники отсутствует.
Рисунок 1 - наноструктура поверхности алюминиевой анодной фольги.
Преимущества вакуумной ионно-плазменной технологии:
- для нанесения используются неорганические и нетоксичные материалы;
- снижается химическое загрязнение поверхности фольги;
- отсутствуют высокотоксичные отходы;
- промышленные вакуумные установки более компактны по сравнению с большими производственными мощностями по травлению фольги;
- сокращаются производственные расходы (за счет отсутствия необходимости строительства дорогостоящих очистных сооружений для утилизации отходов травления);
- экономится электроэнергия;
- более эффективно расходуется сырье (алюминий).
Преимущества наноструктурированной анодной фольги перед фольгой, изготавливаемой методом электрохимического травления:
- значительное увеличение емкости (на 50%) за счет максимальной площади рабочей поверхности;
- уменьшение толщины (в 1,5-2 раза) и веса;
- значительное увеличение механической прочности;
- уникальная эластичность.
Предварительные испытания наноструктурированной анодной фольги в электролитических конденсаторах показали стабильность ее электрохимических и электрофизических характеристик. В частности, удельная емкость конденсаторов, использующих данную фольгу, составила 120 мкФ/см2 при напряжении 30 В.
Рисунок 2 - наноструктурированная алюминиевая анодная фольга на основе полимерной пленки.
Вопросы для самоконтроля
1 Что представляет наноструктурированная конденсаторная анодная фольга?
2 Какие преимущества вакуумной ионно-плазменной технологии?
3 Какие преимущества наноструктурированной анодной фольги перед фольгой, изготавливаемой методом электрохимического травления?
Рекомендуемые источники
Основные
, Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [, Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.
Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.
, Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Дополнительные
, тр., с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
Лекция 11
(1 час; 15 неделя)
Тема. Новейшие достижения в области нанотехнологий.
Вопросы
1 Методы исследования.
2 Нанокристаллы.
3 Аэрогель.
4 Наноаккумуляторы.
Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и характеризующийся анизотропией свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической структурой и условиями кристаллизации. Часто монокристалл приобретает хорошо выраженную естественную огранку, в неравновесных условиях кристаллизации огранка проявляется слабо. Примерами огранённых природных монокристаллов могут служить монокристаллы кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза. От монокристалла отличают поликристаллы и поликристаллические агрегаты, состоящие из множества различно ориентированных мелких монокристаллов. Большое промышленное значение имеют монокристаллы полупроводниковых и дилектрических материалов, выращиваемые в специальных условиях. В частности, монокристаллы кремния являются основой современной твердотельной электроники.
Аэрогели (от лат. aer — воздух и gelatus — замороженный) — класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такие материалы обладают рекордно низкой плотностью и демонстрируют ряд уникальных свойств: твёрдость, прозрачность, жаропрочность, чрезвычайно низкую теплопроводность и т. д. Распространены аэрогели на основе аморфного диоксида кремния, глинозёмов, а также оксидов хрома и олова. В начале 1990-х получены первые образцы аэрогеля на основе углерода.
На ощупь аэрогели напоминают легкую, но твердую пену, что-то вроде пенопласта. При сильной нагрузке аэрогель трескается, но в целом это весьма прочный материал — образец аэрогеля может выдержать нагрузку в 2000 раз больше собственного веса. Аэрогели, в особенности кварцевые — хорошие теплоизоляторы. Они также очень гигроскопичны.
По внешнему виду аэрогели полупрозрачны. За счёт релеевского рассеяния света на древовидных структурах они выглядят голубоватыми в отражённом свете и светло-жёлтыми в проходящем.
Углеродные нанотрубки (тубелены) — это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена.
Структура нанотрубок
Идеальная нанотрубка представляет собой свёрнутую в цилиндр графитовую плоскость, то есть поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода. Результат такой операции зависит от угла ориентации графитовой плоскости относительно оси нанотрубки. Угол ориентации, в свою очередь, задаёт хиральность нанотрубки, которая определяет, в частности, её электрические характеристики.
Хиральность нанотрубок обозначается набором символов (m, n), указывающих координаты шестиугольника, который в результате сворачивания плоскости должен совпадать с шестиугольником, находящимся в начале координат.
Другой способ обозначения хиральности состоит в указании угла б между направлением сворачивания нанотрубки и направлением, в котором соседние шестиугольники имеют общую сторону. Однако в этом случае для полного описания геометрии нанотрубки необходимо указать её диаметр. Индексы хиральности однослойной нанотрубки (m, n) однозначным образом определяют её диаметр D. Указанная связь имеет следующий вид:
| (1) |
где d0 = 0,142 нм — расстояние между соседними атомами углерода в графитовой плоскости. Связь между индексами хиральности (m, n) и углом б даётся соотношением:
| (2) |
Среди различных возможных направлений сворачивания нанотрубок выделяются те, для которых совмещение шестиугольника (m, n) с началом координат не требует искажения его структуры. Этим направлениям соответствуют, в частности, углы б = 0 (armchair конфигурация) и б = 30° (zigzag конфигурация). Указанные конфигурации отвечают хиральностям (m, 0) и (2n, n) соответственно.
Рисунок 1 – Виды нанотрубок.
Вопросы для самоконтроля
1 Что такое нанотрубка?
2 Какие виды нанотрубок вы знаете? В чем их отличие?
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
