Despre materialele funcționale și "inteligente" din "nanotehnologiile rusești"
Dragi cititori ai revistei „Nanotehnologii ruși“ știu că el publică un caracter interdisciplinar pe problemele fundamentale ale structurii și proprietăților obiectelor nanoscale și nanomateriale, inclusiv - nanomateriale scop funcțional, precum și lucrări, care sunt considerate tehnologia de producție și de prelucrare a acestora, realizarea practică produse și dispozitive de pe osnove.Otmetim lor că expresia „materiale funcționale“ este cunoscut pentru o lungă perioadă de timp și, poate, din acest motiv, de multe ori Este folosit pentru a caracteriza acele materiale care, strict vorbind, nu sunt legate de materialele funcționale.
Deci, ce sunt nanomaterialele funcționale?
Materialele funcționale pot fi definite ca materiale ale căror proprietăți sunt organizate sau construite astfel încât să poată satisface într-o manieră controlată un scop specific (funcție executabilă).
materiale funcționale posedă proprietăți fizice și chimice care sunt fie stabile sau, în mod alternativ, este modificat prin schimbarea condițiilor externe sau a parametrilor de mediu, în care referința sau modificarea acestor proprietăți trebuie prezise și controlate. Modificări în condițiile sau parametrii pot include temperatura, presiunea, electrice și câmpuri magnetice, lungimea de undă a luminii vizibile, tipul de molecule de gaz adsorbit, aciditate, etc. Materialele funcționale pot fi fie construite recent, fie reprezintă o modificare sau o combinație de materiale deja existente.
De exemplu, materialele senzoriale funcționale pot fi integrate cu alte materiale astfel încât, de exemplu, materialele de construcție sau de ambalare să poată răspunde schimbărilor de umiditate sau temperaturii ambiante.
Materialele noi care rămân operaționale în condiții de funcționare extreme, de exemplu în celule de combustie sau motoare de diferite tipuri, pot fi, de asemenea, clasificate drept materiale funcționale. Aceleași materiale sunt, de asemenea, aliaje metalice funcționale, cu o organizare specială de diferite nivele structurale.
Este clar că este puțin probabil ca o listă simplă să permită epuizarea listei materialelor funcționale, deci este suficient să se abordeze definiția descriptivă a acestui termen dată mai sus.
În clasa materialelor funcționale, se poate distinge unul foarte interesant și promițător atât pentru cercetare, cât și pentru diferite domenii importante de aplicare, o subclasă de materiale așa-numite "inteligente".
Materialele "inteligente" reprezintă un domeniu relativ nou și rapid de dezvoltare a materialelor care combină elementele de bază ale științei materialelor moderne cu informatica. Un astfel de material "inteligent", care reprezintă de fapt un sistem organizat, este construit din subsisteme pentru citirea unui semnal extern (impact), prelucrarea acestuia, executarea unor acțiuni (răspuns funcțional), sisteme de feedback, autodiagnosticare și sisteme de auto-vindecare. Fiecare nod al acestui sistem ar trebui să aibă o anumită funcționalitate, care este asigurată de proprietățile funcționale ale materialelor promițătoare dezvoltate în acest scop. Întregul sistem ("inteligent") este conceput astfel încât să efectueze o acțiune "inteligentă" controlată de sine, similară cu acțiunea unui organism viu care poate "gândi", poate lua o decizie și poate efectua o acțiune.
Exemple cunoscute de astfel de materiale, pe baza cărora este posibil să se proiecteze un sistem "inteligent", sunt:
- aliaje și polimeri cu memorie de formă care se deformează și apoi își restabilește forma atunci când temperatura sau intensitatea câmpului magnetic se modifică;
- polimeri sensibili la pH care se umflă sau se prăbușesc atunci când aciditatea mediului se schimbă;
- polimeri sensibili la temperatură care își schimbă proprietățile când temperatura mediului se modifică;
- galohromnye, electrocrom, Materiale fotocromice termocromice care schimba culoarea atunci când schimbă aciditatea mediului, câmpul electric de tensiune, temperatura mediului ambiant, iradierea luminii, respectiv aplicate;
- fluide non-newtoniene care își modifică viscozitatea (până la pierderea fluidității) cu o schimbare a amplorii ratei de forfecare aplicate.
Recentele progrese în domeniul nanomaterialelor funcționale și structuri „inteligente“ prin controlarea organizarea structurală și compozițională a unui „bottom-up“, pe baza, printre altele, pe metodele dezvoltate anterior ale structurilor de creștere epitaxiale pe substrat de siliciu pentru a se obține, este primul pas , combinând nanomaterialele funcționale cu un sistem logic.
Că știința și tehnologia secolului 21 este de așteptat să fie în mare măsură asociat cu dezvoltarea de noi materiale și funcționale „inteligente“, care vor fi în măsură să răspundă la modificarea condițiilor de mediu și să pună în aplicare în mod optim funcțiile sale. Dezvoltarea unor astfel de materiale este deja o problemă majoră în multe domenii ale științei și tehnologiei, cum ar fi știința calculatoarelor, microelectronicii, medicină, științele vieții, energie, transport, inginerie mecanică, cu un nivel ridicat de mecanisme și structuri de securitate, echipamente militare. În ceea ce perspectivele de sarcina de a crea materiale hyperfunctional, care, în unele privințe, vor fi în măsură să depășească funcțiile biologice ale organelor individuale.
Analiza bazei științifice și tehnologice existente de cercetare și dezvoltare din Rusia în domeniul funcționalității nanomaterialelor ne permite să oferim următoarele domenii-cadru de cercetare și aplicații ale acestor materiale, care îndeplinesc obiectivele și politica editorială a „Nanotehnologii rusești“.
Direcții de cercetare în domeniul nanomaterialelor funcționale:
1. Investigarea structurii materialelor și a proprietăților acestora
- fizica si chimia materialelor
2. Managementul proprietăților materiale și organizarea specială a funcționalității lor
- studiul proprietăților fizice și chimice
- Investigarea stabilității proprietăților, operabilitatea în condiții de uzură, coroziune, schimbări de temperatură etc.
3. Aspecte tehnologice
- posibilitatea de a da un complex de proprietăți
- tehnologie de acoperire
4. Gestionarea întregului ciclu de materiale
- bilanț material și energetic
- evaluarea întregului ciclu operațional
- problema furnizării de materii prime și reciclarea acesteia
- reciclarea materialelor
Domenii de aplicare a nanomaterialelor funcționale:
- Bunuri de consum
- fabricarea de materiale de ambalaj
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: