Efekt piezoelektryczny: kryształy, w których obserwowane jest zjawisko piezoelektryczne, polegające na pojawieniu się pod naprężeń mechanicznych ładunków elektrycznych na ich powierzchni.

Odwrotny efekt piezoelektryczny to zjawisko fizyczne polegające na mechanicznej deformacji kryształu pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego oraz na powstawaniu na przeciwległych ścianach kryształów ładunków elektrycznych przeciwnego znaku w wyniku deformacji kryształu.
Piezoelektryki charakteryzują się brakiem środka symetrii (np. kryształ kwarcu).

Materiały: Kwarc, turmalin, sól Rochelle, fosforan amonu, siarczan litu oraz niobian litu.

Efekt piezoelektryczny prosty: Odbiorniki dźwięku, mikrofony, hydrofony, generatory energii elektrycznej, generatory iskry, sensory (ciśnienia akustycznego, drgań)

Efekt piezoelektryczny odwrotny: Nadajniki dźwięku, silniki piezoelektryczne, piezoelektryczne transformatory, serwomechanizmy, aktuatory, wykorzystanie w SMT do poruszania głowicą.

nanorurki węglowe CNT – carbon nanotubes. to obiekty od ułamka do kilkudziesięciu nm i długości nawet kilku μm. CNT zbudowane są ze współosiowo zwiniętych weglowych płaszczyzn grafenowych. Wegiel w postaci grafitu sklada się z plaskich warstw utworzonych przez sześcioczłonowe pierścienie. Pojedynczą warstwe (lub kilka warstw) zwija się w rurke tak, aby sześciokąty znajdujące się na jej brzegach przylepiały się do siebie.
CNT mogą być: chiralne/zygzakowate/fotelowe. Posiadają unikatowe właściwości mechaniczne elektroniczne chemiczne magnetyczne i optyczne. Zastosowania: wzmacnianie kompozytów.

Równanie Halla-Petch’a:

-granica plastyczności

- „odporność sieci” na ruch dyslokacji (bardzo wiele czynników)

ky- wspolczynnik względnego umocnienia materialu spowodowanego granicami ziaren

d – średnia wielkość ziarna
struktura ultradrobnoziarnista – charakteryzująca się średnicą ziaren rzędu mikrometrów, powstająca w wyniku procesów obróbki cieplnej lub cieplno-mechanicznej stopów dwufazowych, prowadzonych w celu uzyskania metalu o wysokiej wytrzymałości w temperaturach niskich i plastycznych w temperaturach wysokich
nanostal - Z uwagi na wysoką odporność na pękanie, nanostale będą zapewniały wyższy poziom niezawodności konstrukcji, co ma zasadnicze znaczenie w konstrukcjach wymagających dużych współczynników bezpieczeństwa (produkcja lotnicza, motoryzacyjna, zbrojeniowa). Obecnie ni chuja się nie da tego wytworzyć.

W skali nano wielkość ziarna ma największy wpływ na własności mechaniczne.

SPD – Severe Plastic Deformation – bardzo silne odkształcenie

ECAP - Equal Channel Angular Pressing – przeciskanie materiału przez kanał kątowy

wyciskanie hydrostatyczne

ferryt – międzywęzłowy roztwór stały C w Fe α, o sieci A2, w której at. C znajdują się w lukach oktaedrycznych, czyli na środku krawędzi bocznej. Ferryt charakteryzuje niska zawartość węgla, w temperaturze pokojowej maksymalnie 0,008%, a w temperaturze początku przemiany austenitycznej (), 0,02%.Wypolerowany przekrój ferrytu oglądany pod mikroskopem w powiększeniu 250x wykazuje strukturę ziarnistą o jasnoszarym kolorze. Węgiel w całości rozpuszczony jest w sieci krystalicznej żelaza i nie jest widoczny jako oddzielna faza. Ferryt jest materiałem miękkim i ciągliwym, mniej wytrzymałym i mniej twardym, ale bardziej plastycznym niż austenit. Jest ferromagnetykiem do temperatury Curie wynoszącej , w której przechodzi w odmianę paramagnetyczną.

austenit- międzyfazowy roztwór stały C w Fe γ, o sieci A1, at. C znajdują się w lukach oktaedrycznych, są one większe niż te w A2, co zwiększa trwałość roztworu C w Fe γ. Jest jedną z faz występujących w strukturze żeliw stopowych i stali. Jest plastycznym paramagnetykiem o twardości ok. 200HB.

perlit- mieszanina eutektoidalna ferrytu z cementytem zawierającym 0,77% C. Powstaje podczas przemiany eutektoidalnej w temp. . Ma budowę ziarnistą. Pojedyncze ziarno zbudowane jest z płytek ferrytu i cementytu ułożonych na przemian. Stosunek grubości płytki ferrytu do cementytu wynosi 7:1.

Cementyt Fe₃C jest to faza międzymetaliczna (węglik żelaza)
o wzorze stechiometrycznym Fe₃C. Zawartość węgla w cementycie wynosi 6,67%. Jest twardy i kruchy (twardość 750 HB). Wydziela się z cieczy przy chłodzeniu i wtedy oznaczamy go jako pierwszorzędowy I lub wydziela się podczas chłodzenia z austenitu i wtedy oznaczamy go jako II lub wydziela się z ferrytu podczas chłodzenia i wtedy oznaczamy go jako III.

Ledeburyt jest to mieszanina eutektyczna austenitu i Fe₃C powstały z cieczy o składzie chemicznym 4,3%C w stałej temperaturze 1148 ºC.

Przesunięcie fazowe jest to różnica pomiędzy dwiema wartościami fazy fali (lub przebiegu czasowego). Z uwagi na fakt, że faza fali zazwyczaj podawana jest w radianach lub w stopniach kątowych również i przesunięcie fazowe wyrażone jest w tych samych jednostkach. Przesunięcie fazowe jest istotną wartością w wielu dziedzinach fizyki i techniki. Przykładowo wpływ przesunięcia fazowego pozwala na obliczenie wartości mocy czynnej pobieranej przez dany odbiornik energii elektrycznej. Ma to zastosowanie w AFM/STM w celu przetworzenia sygnałów el. Na obraz.

Pytania na egzamin:

12)metale ziem rzadkich:15 lantanowców oraz skand i itr.

cer do produkcji szkła i stali

lantan - do produkcji klisz rentgenowskich i katalizatorów do redukcji spalin

europ - do produkcji czerwonego fosforu w ekranach CRT

gadolin- do produkcji zielonego fosforu w ekranach CRT i scyntylatorów w obrazowaniu rentgenowskim

samar i neodym - do produkcji wysokoenergetycznych materiałów magnetycznych

erb - do budowy laserów i wzmacniaczy optycznych

promet - do produkcji baterii jądrowych
14) Metody produkcji nanometali i nanostopów

metody wywarzania nanometali można podzielić na dwie grupy:
Metody bottomup polegają na budowaniu struktury nanometrycznej z pojedynczych atomów lub cząstek. Do metod tych zalicza się m.in. osadzanie z fazy gazowej lub ciekłej, nanokrystalizację z fazy amorficznej oraz konsolidację nanoproszków.
Metody top - down polegają na rozdrobnieniu struktury mikrometrycznej do skali nanometrycznej. W przypadku nanometali największą rolę wśród tych metod odgrywają metody dużego odkształcenia plastycznego. otrzymywanie nanostopów metodą skręcania pod ciśnieniem hydrostatycznym – obejmuje wyciskanie hydrostatyczne oraz ECAP..

(19) Przykłady dla skrajnie dużych i małych wielkości:
T- 120 000 Tba pojemność najw.dysku twardego
G – 15 – 30 GPa przy dynamicznym otrzymywaniu syntetycznego diamentu
1ps-zmiany struktury wiazan w białkach
1 fs zmiany dotyczące stanu wewnątrz atomu
1 as światło przebywa drogę porownywalna z rozmiarami atomu

21)Radon - ok. 2,4 Å Żelazo - 4Å , wodór 1Å , węgiel ok. 2 Å
26)Przykłady nanomateriałów metalicznych: to kompozyty o osnowie metalicznej i zbrojeniu w postaci nanocząstek lub nanorurek. Wykazują lepsze właściwości fizyczne, mechaniczne i ścierne w porównaniu do kompozytów o strukturze mikrometrycznej. Nanocząstkami fazy zbrojącej są najczęściej proszki ceramiczne (Al₂O₃, ZrO₂, SiC, Si₃N₄, AlN, MgO, SiO₂).

28)Akronimy:

Jasne pole widzenia – BF – Bright Field

Ciemne pole widzenia – DF – Dark Field

Badanie w świetle spolaryzowanym – POL – PolarizedLight

Kontrast Nomarskiego – DIC – Differential Interference Contrast

SPM – Skanning probe microscope (i te chyba należą pod tą grupe)

STM – skaning tunneling microscope – skaningowy mikroskop tunelowy

AFM – Atomic Force Microscope – mikroskop sił atomowych.

SPD – Severe Plastic Deformation – bardzo silne odkształcenie

ECAP- Equal Channel Angular Pressing – przeciskanie materiału przez kanał kątowy

(30) Materiał, kształt i wymiary sondy (igły) w SPM. ostra sonda (dł. Kilka mikrometrów, średnica 10 nm) umieszczonej na dźwigience (100 – 200 mikrometrów), nanowłókno/nanorurka.

(32) Przykładowe atrybuty pm.
Długość fali promieniowania gamma 1pm, atom siarki 100 pm, helisa białka 500 pm, 1ps zmiany struktury wiazan w białkach

(34)Najbardziej zaawansowany „nowy materiał” produkowany na masową skalę w okresie 3-4 tys. lat temu (podstawowe informacje). Brąz cynowy na pancerze, miecze, pomniki.
39) Zdolność rozdzielcza - w optyce przydatność określonego przyrządu optycznego do obserwacji obiektów o określonej odległości kątowej. Im większa jest zdolność rozdzielcza, tym bliższe sobie punkty są obserwowane jako odrębne, a nie jako pojedyncza plama
ATM?/STM – 1 nm w poziomie i pionie, TEM – 0,5 nm , LM – 0,5 mikrometra.

Tryby:stałoprądowy – stalyprad tunelowania czyli stali prad miedzy atomem pow i at igły.

Stałonapięciowy – stale V kierujące igla. Dokładniejszy ale ryzyko uszkodzenia igły.

Efekt tunelowania – istnieje niezerowe prawdop. Że wiązka elektronów przejdzie na 2 str bariery. Elektron może przejść przez sciane mimo ze jego energia z pozoru na to nie pozwala.tunelowania może zachodzic miedzy ostrzem a pow próbki.

Prąd tunelowania – przepływa przez przestrzeń między pow. A igłą. To bariera potencjału. 90% pradutun zawiera się w obszarze 1 at. Przepływ oznacza istnienie oddziaływania miedzy probka a ostrzem. Może być ona odpychające i przyciągające.
2)materiały piezoelektryczne – w STM zwiększenie U o 1V powoduje wydłużenie piezoelektryka o 1nm, nanodruty- mają średnicę poniżej 50 nanometrów i długość ok. 1000 nm,

nanorurki węglowe- R_m63 GPa. Dla porównania, hartowana stal osiąga wytrzymałość rzędu 1,2 GPa (CNT), nanogeneratory- nanogeneratory są zdolne do wytworzenia energii o napięciu trzech woltów i natężeniu 300 nanoamperów

nanowłókna- chłoną wilgoć, izolują termicznie, średnica 50- 500nm.

11)Sposób wykorzystania efektu piezoelektrycznego w STM i AFM - wykorzystywany do poruszania głowicą lub próbką.

*materiały funkcjonalne: To takie materiały, które pod wpływem działania zewnętrznego pola F (np. mechanicznego, magnetycznego, elektromagnetycznego) uzyskują nowe własności (zdefiniowane w ramach różnych pól: pola mechanicznego, magnetycznego, elektromagnetycznego) lub takie własności materiału, które w istotny sposób różnią się od własności tego materiału w skali makro (tzn wyprodukowanego metodami klasycznymi) 5 rodzajów funkcjonalnych materiałów,
- piezoelektryki, materiały z pamięcią kształtu, magnetostrykcyjne, elektroreologiczne,

19.AFM

Sposób działania: AFM bada pow. próbki zaostrzoną sondą. Dł. tej sondy jest rzędy kilku μm, a średnica końcówki mniejsza niż 10nm. Sonda umieszczona jest na swobodnym końcu dźwigienki. Jej dł. to 100-200μm. Siła występująca miedzy igła sondy a pow. powoduje skręcenie lub ugięcie dźwigienki. Czuły detektor mierzy wychylenia dźwigienki, podczas gdy sonda przemieszcza się nad pow. próbki lub próbka przemieszcza się pod sondą ruchem skanującym. Pomiar wychylenia dźwigienki pozwala na utworzenie przez komputer topografii pow. próbki. AFM może badać izolatory, półprzewodniki i przewodniki.

Tryby pracy: CR/Contact Regime/tryb kontaktowy – dźwigienka jest utrzymywana w odległości mniejszej niż kilka dziesiąt nm od pow. próbki, zaś siły, jakie występują, są siłami odpychania. NCR/Non-Contact Regime/tryb bezkontaktowy – dźwigienka jest utrzymywana w odległości od kilku do kilkudziesięciu nm od pow. badanego mat. W tym przypadku pomiędzy sondą a próbka działają siły przyciągnia. ICM/tryb przerywanego kontaktu – jest podobny do NCR, lecz wprawiona w drgania dźwigienka znajduje się znacznie bliżej pow. próbki. Sonda dźwigienki prawie dotyka pow. Amplituda drgań dźwigienki zmienia się w odp. na zmiany odległości sonda-próbka.

20. Materiał funkcjonalny w STM i AFM:

Jest nim piezoelektryczny skaner do precyzyjnego przesuwania uchwytu próbki pod sondą. Skanery piezoelektryczne można zaprojektować dla ruchu w kierunkach x, y, i z poprzez rozszerzanie się i kurczenie w niektórych kierunkach. Skanery te są wykonane z PZT tytanianu ołowiowo-cyrkonowego z domieszkami. Skanery wykonuje się przez prasowanie proszków mat. wy. a potem spiekanie wyprasek. Dzięki temu mamy ciało polikrystaliczne. Każdy kryształ piezoelektryka ma swój moment dipolowy. Te właśnie momenty są czynnikami pozwalającym na ruch skanera w odp. na przyłożone nap. elektryczne. Większość skanerów to różnego rodzaju tubusy(rurki). Elektrody są podłączone do zew. części rurki dzieląc ją elektrycznie na pionowe ćwiartki. Jedna z elektrod jest podłączona ze środkiem rurki skanera w celu zapewnienia ruch w kierunku z. Doprowadzenie nap. do elektrody z w każdym pkt. pomiarowym tworzy zbiór danych. Czasem dla bezpośredniego pomiaru wys. skanera używa się zewnętrznego sensora. Zakłada się że zbiór danych skł. się z nap. przyłożonych do elektrody z.

19.AFM

Sposób działania: AFM bada pow. próbki zaostrzoną sondą. Dł. tej sondy jest rzędy kilku μm, a średnica końcówki mniejsza niż 10nm. Sonda umieszczona jest na swobodnym końcu dźwigienki. Jej dł. to 100-200μm. Siła występująca miedzy igła sondy a pow. powoduje skręcenie lub ugięcie dźwigienki. Czuły detektor mierzy wychylenia dźwigienki, podczas gdy sonda przemieszcza się nad pow. próbki lub próbka przemieszcza się pod sondą ruchem skanującym. Pomiar wychylenia dźwigienki pozwala na utworzenie przez komputer topografii pow. próbki. AFM może badać izolatory, półprzewodniki i przewodniki.

Tryby pracy: CR/Contact Regime/tryb kontaktowy – dźwigienka jest utrzymywana w odległości mniejszej niż kilka dziesiąt nm od pow. próbki, zaś siły, jakie występują, są siłami odpychania. NCR/Non-Contact Regime/tryb bezkontaktowy – dźwigienka jest utrzymywana w odległości od kilku do kilkudziesięciu nm od pow. badanego mat. W tym przypadku pomiędzy sondą a próbka działają siły przyciągnia. ICM/tryb przerywanego kontaktu – jest podobny do NCR, lecz wprawiona w drgania dźwigienka znajduje się znacznie bliżej pow. próbki. Sonda dźwigienki prawie dotyka pow. Amplituda drgań dźwigienki zmienia się w odp. na zmiany odległości sonda-próbka.

20. Materiał funkcjonalny w STM i AFM:

Jest nim piezoelektryczny skaner do precyzyjnego przesuwania uchwytu próbki pod sondą. Skanery piezoelektryczne można zaprojektować dla ruchu w kierunkach x, y, i z poprzez rozszerzanie się i kurczenie w niektórych kierunkach. Skanery te są wykonane z PZT tytanianu ołowiowo-cyrkonowego z domieszkami. Skanery wykonuje się przez prasowanie proszków mat. wy. a potem spiekanie wyprasek. Dzięki temu mamy ciało polikrystaliczne. Każdy kryształ piezoelektryka ma swój moment dipolowy. Te właśnie momenty są czynnikami pozwalającym na ruch skanera w odp. na przyłożone nap. elektryczne. Większość skanerów to różnego rodzaju tubusy(rurki). Elektrody są podłączone do zew. części rurki dzieląc ją elektrycznie na pionowe ćwiartki. Jedna z elektrod jest podłączona ze środkiem rurki skanera w celu zapewnienia ruch w kierunku z. Doprowadzenie nap. do elektrody z w każdym pkt. pomiarowym tworzy zbiór danych. Czasem dla bezpośredniego pomiaru wys. skanera używa się zewnętrznego sensora. Zakłada się że zbiór danych skł. się z nap. przyłożonych do elektrody z.

Dyfuzja materii jest zjawiskiem aktywowanym termicznie - zwiększenie temperatury zwykle prowadzi do zwiększenia tempa dyfuzji. W przypadku większości ciał stałych zależność tę opisuje równanie Arrheniusa:

- częstość relaksacji

- częstość drgań cieplnych

- energia aktywacji procesu relaksacyjnego (J/cząsteczkę)

- stała Boltzmanna

- temperatura

Zmiana sieci może odbywać się dzięki aktywowanemu cieplnie ruchowi atomów żelaza na odległości porównywalne z parametrem sieci krystalicznej. We wszystkich układach oprócz jednoskładnikowego potrzebny jest jeszcze drugi mechanizm. W takich przypadkach oprócz przebudowy sieci musi zaistnieć aktywowany cieplnie ruch atomów domieszki na odległości wielokrotnie większe od parametru sieci. Wzrost ferrytu jest kontrolowany szybkością dyfuzji węgla w austenicie i ruchliwością powierzchni międzyfazowej, Pierwiastkami ferrytotwórczymi są przede wszystkim: krzem fosfor glin chrom molibden wolfram wanad tytan.

*Zasada działania STM –Nad powierzchnią próbki, która może być wykonana tylko z materiału przewodzącego prąd elektryczny lub być pokryta atomami metalu (tzw. napylanie), umieszczona jest sonda (igła), którą można poruszać w sposób kontrolowany. Ramię trzymające igłę mocowane jest do aparatury poprzez skaner piezoelektryczny, który pod wpływem napięcia elektrycznego, w wyniku zjawiska piezoelektrycznego zmienia w niewielkim stopniu swe wymiary, a tym samym zmienia położenie igły przesuwając ją nad próbką. W innych rozwiązaniach układ piezoelektryczny, porusza próbką, a sama sonda pozostaje nieruchoma. Przemiatanie (skanowanie) kolejnych linii i punktów obrazu próbki odbywa się według z góry zadanego programu. Najlepiej jak odl między igła a pow wynosi ok. 1nm. Jak mniejsze to git obrazy ale możliwość uszkodzenia igły. Zwiększenie napięcia o 1 V powoduje przesuniecie igły o 1nm. Komputer analizuje i zapamiętuje mapę prądów tunelowych dla każdego punktu próbki i na tej podstawie tworzony jest później obraz próbki.

Napięcia sterujące piezoelektrykiem – element piezoelektr – steruje odl i od próbki i skanowaniem – wzmacniacz prądu tun – system kontroli odległości i skanowania – opracowanie danych i wyświetlenie wyniku

*Wyjaśnij sprawność (jakość) mat. Funkcjonalnych. Możesz posłużyć się przykładem materiałów piezoelektrycznych i wskazać gdzie problem jakości mat. funk. ma duże znaczenie

Wielkość rozproszonej przez mat fuknc energii na skutek przyłożonego zew pola F, możemy wyrazić poprzez kąt przesunięcia w fazie ϒ pomiędzy przyłożonym zew polem i odpowiedzią materiału

*Nanodruty-cienkie druciki o średnicy ok.30nm i nie przekraczającej 100nm.  Np. ZnO to typowy materiał na nanodruty. Zastosowanie: wprowadza sie taki drut do chorego organu i sprawdza, w którym miejscu powstaje impuls el. tam niewątpliwi jest niezdrowy ucisk. A nanogenerator mamy w ciuchach navy seals i innych jednostek specjalnych. Montuje się je, a one podczas ruchu żołnierzy wytwarzają prąd do zasilania zaopatrzenia.

*Nanowłóknami nazywamy włókna o bardzo małych średnicach, wynoszących około 50- 500nm. Charakteryzują się one znaczną długością oraz niewielkim przekrojem poprzecznym, którego średnica jest około 100 razy mniejsza od długości. Nanowłókna występują zarówno w materiałach naturalnych (np. włókna kolagenowe w tkankach) jak i w materiałach wytwarzanych przez człowieka. Mogą pełnić rolę materiału umacniającego osnowę w kompozytach albo stanowić główny składnik materiału (tkanina, włóknina). Podstawowymi właściwościami nanowłókien jest ich morfologia oraz właściwości mechaniczne. Morfologia pojedynczego nanowłókna opisana jest jego średnicą, morfologia włókniny - porowatością. Nanowłókna mają właściwości znacznie różniące się od właściwości włókien standardowych. Ze względu na duży stosunek powierzchni do masy, mają dużą powierzchnię właściwą, co daje wysokie właściwości wytrzymałościowe. Inna jest też zwilżalność nanowłókien i reakcja na nie komórek biologicznych

*Materiały specjalne: stopy o szczególnych właściwościach chem, fiz i chem, które zostają osiągane przez specjalny skład chem, fazowy i mikrostrukturalny celem sprostania szczególnym zastosowaniom. Przykłady: stale i stopy nierdzewne, stopy magnetyczne miękkie i twarde, szkła metaliczne, stopy cyrkonu o szczeg zastosowaniu w energetyce jadrowej

*Nanometale - Cecha charakterystyczną jest nanometryczny rozmiar ziaren. Podobnie jak konwencjonalne materiały metaliczne są one polikryształami, z tą różnicą, że przynajmniej w jednym kierunku rozmiar ziaren nie przekracza 100 nm. Mniejszy rozmiar ziaren powoduje zwiększenie powierzchni właściwej granic ziaren w jednostce objętości. Taka gęstość granic ziaren nadaje nanometrom unikatowe właściwości, których nie mają ich odpowiedniki w skali mikrometrycznej, np. w niskiej temperaturze Nanometale charakteryzują się bardzo dużą wytrzymałością, co związane jest z efektem umocnienia granicami ziaren. Ponadto nanometale można umacniać również cząstkami innej fazy.

Metody wywarzania nanometali można podzielić na dwie grupy:
Metody bottomup polegają na budowaniu struktury nanometrycznej z pojedynczych atomów lub cząstek. Do metod tych zalicza się m.in. osadzanie z fazy gazowej lub ciekłej, nanokrystalizację z fazy amorficznej oraz konsolidację nanoproszków.
Metody top - down polegają na rozdrobnieniu struktury mikrometrycznej do skali nanometrycznej. W przypadku nanometali największą rolę wśród tych metod odgrywają metody dużego odkształcenia plastycznego.
Właściwości nanometali

Zgodnie z zależnością Halla - Petcha:

Gdzie σ_y-granica plastyczności, σ₀, k-stałe równania, d-średni wymiar ziarna

Można oczekiwać, że znaczne rozdrobnienie ziarna spowoduje wzrost wytrzymałości materiału. Główną rolę odgrywa tutaj efekt umocnienia granicami ziarn. Umacniająca rola granic ziaren polega na tym, że są one barierami dla ruchu dyslokacji, powodując ich spiętrzanie się

Zastosowanie: przemysł lotniczy, samochodowy, energetyczny oraz przemysł produktów inżynierii biomedycznej.

*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.

krotnie.

Nanomateriały 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 wytworzenie ich w postaci nanomateriałów typu zerowego

*Komórka elementarna - w krystalografii - najmniejsza, powtarzalna część struktury kryształu, zawierająca wszystkie rodzaje cząsteczek, jonów i atomów, które tworzą określoną sieć krystaliczną. Komórka elementarna powtarza się we wszystkich trzech kierunkach, tworząc zamknięta sieć przestrzenną, której główną cechą jest symetria. Komórka elementarna ma zawsze kształt równoległościanu.

*Piezoelektryczność to pojecie z dziedziny fizyki opisujące zjawisko powstawania ładunku elektrycznego na ściankach niektórych kryształów, pod wpływem ich ściskania lub rozciągania wzdłuż jednej z osi krystalograficznych. Piezoelektryczność została odkryta w 1880 roku przez Pierre?a i Paula Curie.

Zastosowania: sonda (igła) do pomiaru odległości rzędu nm, ilustracja zastosowań w mks., czujniki piezoelek., skaner piezoelek.,w przyrządach pomiarowych, mikrofonach, gramofonach.

*Atrybut wymiarowy Klucz łączący wszystkie rodzaje nanonauki i nanotechnologii. Umowna skala, w kt. Materia i zachodzące w niej zjawiska bedące zainteresowaniami nanonauki to : 1-100 nm (od rozmiarów atomowych do porównywalnych z długością fali światła widzialnego)

*Nanotechnologia – jest procesem tworzenia materiału (również funkcjonalnych) urządzeń i systemów poprzez kontrole materii w skali nanometrycznej (1-100nm) oraz wykorzystania nowych zjawisk i własności fiz, chem, bio, mech, elektr, mg, optycznych i cieplnych.. Obejmuje obszary, w których wymiary i tolerancje z zakresie 1-100nm mają znaczenie kluczowe!

*Nanokapsułki pełnia funkcję „magazynu” różnych substancji chroniących przed działaniem czynników zew. Wprowadza się do kapsuły inne cząstki(węgliki, związki boru lub azotu). Istnieja kapsułki które są rozpuszczalne w wodzie czyli najnowsze generacje lekarstw.

12.Kąt przesunięcia w fazie

Opóźnienie w uzyskaniu reakcji odpowiedzi materiału są nieuniknione. Interesuje nas dokładna znajomość ,,charakterystyki” odpowiedzi R mat. funkcjonalnego w funkcji parametrów takich jak:

-czas reakcji, opóźnienie w fazie, tzn. wlk. kąta

-częstotliwość harmonicznie zmiennego zew. pola F

-parametry fiz. charakteryzujące warunki pracy mat. funkcjonalnych

-parametry charakteryzujące proces i technolog. prod. mat. funkcjonalnego

Charakterystyka mat. funkcjonalnych:

-wlk. rozproszonej energii tg φ:

1.Pole F i R opisujemy syg. cyfr. F(t) i R(t)

2.Obliczamy postać zespoloną dyskretnych syg. F(t) i R(t) cześć rzeczywistą i urojoną obu syg.

Postać zespolona obu syg. F i R.

1. przyłożonej siły F (naprężenie)

2. reakcji R (wygenerowanie nap.)

tgφ – kat strat pomiedzy harmonicznie zmiennymi wielkościami fiz. charakteryzującymi pola F i R

-przesuniecie w fazie pomiędzy reprezentującymi pola F i R (analiza syg. dyskretnych pola F i R w funkcji ωt

φ- przesunięcie w fazie miedzy zew. siłą wymuszającą (naprężenie δ), a reakcją materiału (odkształcenie sprężyste ε)

- inny przykład: przesunięcie w fazie pomiędzy zew. wymuszającą siłą mech. i nap. wygenerowanym przez materiał funkcjonalny

-He, hel Φ 0,8 Ǻ

-H, wodór Φ 1,06 Ǻ

-Fe, żelazo Φ 3 Ǻ

-Cs, cez Φ 6 Ǻ

Prąd tunelowania – przepływa przez przestrzeń między pow. A igłą. To bariera potencjału. 90% pradutun zawiera się w obszarze 1 at. Przepływ oznacza istnienie oddziaływania miedzy probka a ostrzem. Może być ona odpychające i przyciągające.
(19) Przykłady dla skrajnie dużych i małych wielkości:
T- 120 000 Tba pojemność najw.dysku twardego
G – 15 – 30 GPa przy dynamicznym otrzymywaniu syntetycznego diamentu
1p s -zmiany struktury wiazan w białkach
1 fs zmiany dotyczące stanu wewnątrz atomu
1 a s światło przebywa drogę porownywalna z rozmiarami atomu

(32) Przykładowe atrybuty pm.
Długość fali promieniowania gamma 1pm, atom siarki 100 pm, helisa białka 500 pm, 1ps zmiany struktury wiazan w białkach

Co to jest atrybut wymiarowy?
Klucz łączący wszystkie rodzaje nanonauki i nanotechnologii. Umowna skala, w kt. Materia i zachodzące w niej zjawiska bedące zainteresowaniami nanonauki to : 1-100 nm (od rozmiarów atomowych do porównywalnych z długością fali światła widzialnego)

. Rodzaje nanomateriałów(materiały o wymiarach od 1nm do 100nm):

-strukturalne(nanoproszki, nanowłókna, nanomateriały porowate, nanometale, nanokompozyty, nanowarstwy)

-funkcjonalne(kataliczne, elektrolityczne, mag.,optyczne)

-nanogeneratory, nanorurki, nanowłókna(do 100nm, wielokrotnie większa wytrzymałość na zginanie i rozciąganie, chłonność wilgoci, izolacja termiczna), nanokapsułki

18. STM

W STM stosuje się ostrą, przewodzącą sondę. Między sondę a próbkę przykłada się różnicę

potencjałów (napięcie polaryzujące). Kiedy sondę zbliży się na odległość około 1 nm do

powierzchni próbki, to wtedy zarówno elektrony z badanej próbki, jak i elektrony sondy zaczynają tunelować poprzez 1nm szczelinę oddzielającą oba obiekty. Przeskok elektronu dokonuje się z próbki na sondę lub odwrotnie, zależnie od znaku różnicy potencjału. Prąd tunelowy zmienia się wraz z odległością sonda-próbka. Jest to syg. służący do tworzenia obrazu w STM. Dla uzyskania efektu tunelowego zarówno sonda jak i badany mat. muszą być przewodnikami/półprzewodnikami. STM nie potrafi rejestrować obrazów mat. które są izolatorami. Prąd tunelowy zależy w wykładniczy sposób od odległości między sondą a pow. próbki. Kiedy odległość zmienia się o 10% (ok. 1nm) to prąd zmienia rząd wlk. To czyni STM bardzo czułym urządzeniem. Pracuje w 2 trybach:

CHM/Constant-High Mode/stała wys. lub CCM/Constant-Current Mode/stały prąd.