Nanomateriały lite

Arkadiusz Z.
III rok ZIP

Nazwa wydziału: WMN

Data prezentacji: 15.04.2013r

Charakterystyka

Nanomateriałem nazywamy substancję polikrystaliczną, złożoną z
ziaren o wielkości nie przekraczającej 100 nanometrów (nm).
Wielkością tą może być średnica ziarna bądź też grubość warstw
wytworzonych lub naniesionych na podłożu.
Granica wielkości nanomateriałów jest różna dla materiałów o
różnych właściwościach użytkowych i na ogół wiąże się z
pojawieniem nowych jakościowo właściwości po jej przekroczeniu.
Nanokryształami mogą być czyste metale, ich stopy, ceramika,
szkła.

Nanomateriały lite cechują się specyficznymi
właściwościami:

• stopy metali otrzymane metodą mechanicznej syntezy mogą

mieć skład chemiczny i fazowy nieosiągalny metodami
konwencjonalnymi, dzięki temu mają znacznie wyższe
właściwości mechaniczne i odporność korozyjną

• zmniejszenie wielkości ziaren związków międzymetalicznych do

rzędu nanometrów powoduje pojawienie się zjawiska
superplastyczności, np. niektóre materiały ceramiczne o
wielkości ziaren 400- 500 nm można poddawać odkształceniu do
150%, a w przypadku stopów aluminium aż do 1250%

• odporność na pełzanie zaawansowanych

wysokotemperaturowych materiałów ceramicznych (np. azotek
krzemu, SiAlON, węglik krzemu) można zwiększyć o rząd
wielkości przez wytrzorzenie ich w postaci nanomateriałów typu
zerowego

• materiały polimerowe z wbudowanymi cząstkami o wymiarach

manometrycznych mają wysoką odporność na ścieranie i
właściwości ślizgowe, przez co znalazły zastosowanie jako
bezsmarne elementy maszyn

• nanokrystaliczne układy warstwowe mogą mieć zastosowanie

jako materiały gradientowe w układach elektronicznych lub jako
materiały o gigantycznym i tunelowym magneto oporze

• implanty z biomateriałów metalicznych, węglowych, tlenkowych

zwiększają wytrzymałość protez i ich bioaktywność

Podział nanomateriałów i metody
wytwarzania

Nanokompozyty, podobnie jak kompozyty konwencjonalne, składają się co
najmniej z dwóch składników, z tym że co najmniej jeden z nich ma rozmiary w
skali nanometrycznej. Wykazują one lepsze właściwości niż kompozyty
konwencjonalne o takim samym składzie chemicznym i fazowym. Wynika to z
dodatku nanonapełniaczy. Istnieje pewna krytyczna wielkość nanonapełniaczy,
poniżej której obserwuje się wzrost właściwości, np. w przypadku właściwości
mechanicznych wynosi ona do 100nm. Już niewielka ilość nanonapełniaczy
pozwala uzyskać korzystne właściwości.

Ze względu na rodzaj osnowy wyróżnia się trzy grupy nanokompozytów:
– nanokompozyty metaliczne,
– nanokompozyty ceramiczne,
– nanokompozyty polimerowe.

Wytwarzanie:

•

Konsolidacja nanoproszków: spiekanie, izostatyczne zagęszczenie proszku,
formowanie oraz prasowanie na zimno,

•

Osadzanie fazy gazowej

•

Mechaniczna synteza

•

Metody dużego odkształcenia plastycznego

Lite nanomateriały metaliczne

 
Najprostsze nanomateriały nieorganiczne to
metale występujące w wielu formach nano. Wśród
nich są: glin, miedź, nikiel, kobalt, żelazo, srebro i
złoto, które wykazują wiele potencjalnych
zastosowań, a wśród nich konserwacja, baterie i
środki wybuchowe. Metaliczne nanocząstki
produkuje się już od jakiegoś czasu, lecz kilka z nich
znalazło ważne komercyjne zastosowanie. Wśród
nich jest np. żelazo.

Żelazo

Cząstki żelaza w nanoskali mają duże
pole powierzchni właściwej i dużą reaktywność
powierzchni, a badania pokazują, że te
cząstki są bardzo efektywnie działające w trakcie
transformacji i detoksykacji rozmaitych
zanieczyszczeń, takich jak chlorowane
rozpuszczalniki, pestycydy organochlorowe i
wielochlorowane bifenyle. Tak więc, są one
stosowane do oczyszczenia gleby i wód
gruntowych, zawierających takie zanieczyszczenia.

Nanomateriały lite ceramiczne

Generalnie zastosowanie ceramiki w przemyśle jest ograniczone
ze względu na jej kruchość. Jednym ze sposobów polepszenia
odporności na pękanie jest wprowadzenie do ceramiki fazy
bardziej plastycznej np. metalu. Tak powstają kompozyty
ceramiczne. Naturalnie tworzące się kompleksowe molekuły,
takie jak glina, są w gruncie rzeczy strukturami

złożonymi z płytek w skali nanometrycznej. Te

materiały z ich zdolnością do układania się, aby
utworzyć ograniczające warstwy, znajduje w kilku
przypadkach zastosowania tam, gdzie wymagane
jest uszczelnienie gazowe albo gdzie konieczne jest
wzmocnienie w pojedynczym wymiarze.

Nanoglina

Nanoglina w postaci montmorillonitu, minerał gliniasty o warstwach
ułożonych na sposób smektyczny w stosunku 2 do
1, który reprezentuje strukturę płytkową.
Złożony jest on z krzemianu magnezowoglinowego.
Grubość indywidualnych płytek jest właśnie 1 nanometrowa, lecz
wymiary powierzchni wahają się ogólnie między 300 a więcej niż
600 nm, co daje niezwykle wysoki stosunek wymiaru
płytki do jej grubości. Naturalnie, powstały
montmorillonit jest hydrofilowy, a z kolei polimery
są ogólnie hydrofobowe, więc niemodyfikowana
nanoglina dysperguje się w polimerze z dużą
trudnością.

Nanomateriały polimerowe

Są najpopularniejszą grupą nanokompozytów pod względem
zastosowania, ponieważ cechują ją unikalne właściwości- duża
wytrzymałość mechaniczna oraz właściwości barierowe. Osnowę
stanowią polimery, głównie. Nanonapełniacze mogą mieć różne
kształty i wymiary. Do najpopularniejszych nanonapełniaczy należą:
nanowłókna i nanorurki, nanokrzemionka, krzemiany warstwowe,
metale i ich związki.

Nanorurki węglowe

Nanorurka jest cylindryczna z co najmniej jednym
końcem zamkniętym półkulą o strukturze koszyka.
Istnieją dwa główne rodzaje nanorurek:
monościenne nanorurki i wielościenne nanorurki. Monościenna
nanorurka ma średnicę ok. 1 nm a długość może
być kilka tysięcy razy większa.
Monościenne nanorurki wykazują właściwości elektryczne,
których nie mają odpowiedniki wielościenne. Są więc one
najprawdopodobniejszymi kandydatami do miniaturyzacji
elektroniki po erze skali mikroelektromechanicznej, która jest
obecnie bazą współczesnej elektroniki. Najbardziej
podstawowym elementem tych układów jest drut
elektryczny.

Dziękuje za
uwagę

Bibliografia

• M. Jurczyk: "Nanomateriały„
• K. Kurzydłowski i M. Lewandowska "Nanomateriały inżynierskie

konstrukcyjne i funkcjonalne„

•

http://zasoby.open.agh.edu.pl/