Nanotechnologia – obejmuje sposoby wytwarzania materiałów i urządzeń w skali nanometrycznej, poniżej 100nm.
Nanomateriały – wszelkie materiały w których występują regularne struktury na poziomie molekularnym tj. nie przekraczającym 100nm. Granica ta może dotyczyć wielkości domen jako podstawowej jednostki mikrostruktury, czyli grubości warstw wytworzonych lub nałożonych na podłoże.
Nanorurki – struktury nadcząsteczkowe, mające postać pustych w środku walców. Współcześnie najlepiej poznane są nanorurkiwęglowe, których ścianki zbudowane są ze zwiniętego grafenu (jednoatomowej warstwy grafitu). Istnieją jednak także niewęglowe nanorurki (m.in. utworzone z siarczku wolframu)[1] oraz nanorurki utworzone z DNA[2].
Nanomateriały węglowe:
Diament: struktura kubiczna przestrzennie centrowana (A2), każdy atom otoczony tetradendrycznie, wiązania o charakterze kowalencyjnym hybrydacja Sp2.
Grafit: układ heksagonalny (A3), odległość pomiędzy płaszczyznami ok. 0,3 nm; oddziaływanie pomiędzy płaszczyznami jest słabe.
Fuleren: kryształ cząsteczkowy, jego strukturę tworzą cząstki węgla o l. at. Od 60, jedyna czysta odmiana alotropowa węgla.
Metody wytwarzania nanomateriałów:
Top-down – (redukowanie wymiarów) wyróżniamy procesy takie jak: mielenie, litografia, obróbka,
Bottom-Up –(budowanie od podstaw) wyróżniamy procesy takie jak: osadzanie z fazy gazowej, osadzanie wspomagane plazmą, epitaksja z wiązki molekularnej, metody wykorzystujące fazę ciekłą, metody koloidalne, zol-żel, osadzanie elektrolityczne, metoda kontrolowanego wzrostu nanostruktur, uporządkowanie nanoukładów.
Mechaniczna synteza – jest procesem umożliwiającym wytwarzanie jednorodnych materiałów dzięki technice wysokoenergetycznego mielenia proszkowych składników wyjściowych. Dzięki temu że reakcje pomiędzy składnikami mielonej mieszaniny zachodzą w stanie stałym i w temperaturze pokojowej, metodę tę można stosować do wytworzenia stopów i mieszanin które są trudne do otrzymania konwencjonalnymi metodami.
Parametry mechanicznej syntezy:
Temperatura mielenia,
Rodzaje młynów,
Czas mielenia,
Rodzaj atmosfery,
Stosunek masy kul do masy materiału,
Rodzaj materiału kul i pojemnika,
Åšrodowisko mielenia.
Mechaniczne mielenie – oddziaływanie deformujące wytwarzane w młynach kulowych. W młynach można zmielić: jednakowe w składzie proszki czystego metalu, związków międzymetalicznych, mieszanin czy stopów.
Parametry mechanicznego mielenia:
Czas,
Temperatura,
Stosunek masy kulek i materiału wsypanego
Rodzaj młyna,
Atmosfera,
Materiał mielony,
Masa mielników,
Różnica pomiędzy mechanicznym mieleniem a mechaniczną syntezą – mechaniczna synteza jest procesem w którym na początku miesza się ze sobą proszki różnych metali, stopów lub mieszanin występuje tutaj transfer materiału. Mechaniczne mielenie wykorzystywane jest głównie do rozdrabniania proszku materiału wyjściowego ale także do zmiany uporządkowanej mikrostruktury faz międzymetalicznych lub amorfizacji stopów.
Mechanizmy mechanicznego stopowania – mechanizmy towarzyszące przy procesie mielenia. Deformacja w wyniku uderzeń: kula–materiał mielony–kula, kula–materiał mielony-ściana. Powtarzalne odkształcenia, spajanie i rozdrabnianie.
Cząstki (plastyczne-plastyczne): cząstki wejściowe -> spłaszczenia -> spajanie -> wzrost wielkości cząstek -> orientacja spajania -> rozdrobnienie struktury.
Plastyczne-kruche: cząstki wejściowe -> spłaszczenie -> spajanie -> fragmentacja i powstawanie równoosiowych cząstek -> przykładowa orientacja spajania -> stan równowagi rozdrobnienie wewnętrznej struktury.
Materiał amorficzny – jest terminem ogólnym odnoszącym się do dowolnego ciała stałego o nieperiodycznym ułożeniu atomów. Szczególną cechą odróżniającą strukturę atomową materiału amorficznego od ciała krystalicznego jest brak uporządkowania dalekiego zasięgu. Skutkuje to tym że położenie atomów rozpatrywane na większych odległościach są nieperiodyczne, jednak w skali atomowej (biorąc pod uwagę odległości rzędu kilku średnic atomowych) struktura materiałów amorficznych jest uporządkowana.
Definicja materiału amorficznego nie jest uporządkowana. Powszechnie przyjmuje się że materiał amorficzny to materiał, w którym obszar uporządkowany (ziarno) nie przekracza umownej granicy 1nm.
Konwencjonalne szkła metaliczne – aktualne wytwarzane szkła metaliczne zawsze są stopami dwóch lub więcej komponentów które klasyfikuje się w 3 grupach. Szybkość chłodzenia stopu, odlewanego na powierzchnię walca odprowadzającego ciepło wynosi zazwyczaj około od 105 do 106 K/s, otrzymywane taśmy osiągają grubość do około 80mm (zazwyczaj 25-40). W chwili obecnej na całym świecie produkuje się tą metodą około 30000 Mg/rok materiału amorficznego i nanokrystalicznego.
Masywne szkła metaliczne stanowią nową grupę materiałów inżynierskich, które oznaczają się dużą zdolnością do zeszklenia, co pozwala uzyskać strukturę amorficzną przy jednoczesnym zmniejszeniu szybkości chłodzenia oraz zwiększenia wymiarów geometrycznych odlewu.
Najczęściej stosowane metody wytwarzania szkieł metalicznych:
Metoda natryskiwania: polega na wprowadzeniu kropli ciekłego stopu na odprowadzające ciepło podłoże za pomocą sprężonego gazu, masa topionego wsadu nie przekracza jednego grama,
Metoda młota i kowadła: polega na topnieniu łukiem elektrycznym oraz następnym rozbijaniu kropli ciekłego stopu miedzianym młotkiem, krople ciekłego metalu po rozbiciu między dwiema płytami ulegają zeszkleniu między ich zaciśniętymi powierzchniami.
Metoda ciągłego odlewania strugi – polega na odlewaniu strugi ciekłego stopu otrzymanego w wyniku ciągłego topnienia wsadu w tyglu kwarcowym pomiędzy dwa obracające się z dużą szybkością walce lub na powierzchnię zewnętrzną szybko obracającego się bębna miedzianego. Wyróżniamy 3 odmiany: melt spinning (przędzenie) - pręty, twin roller quenching - płytki, melt extraction – taśmy.
Metody badań struktury amorficznej:
Dyfrakcja rentgenowska – halo amorficzne
Badania metalograficzne – SEM, TEM, STEM
Badania fraktologiczne – obserwacja przełomu -> SEM
Różnicowa analiza termiczna (DTA)
Badanie własności magnetycznych
Badania MÖssbauera – oszacowanie otoczeń innych atomów wokół atomu Żelaza