2. Властивості ізольованих наночастинок і нанокристалічних поршків.

Розвинута поверхня наночастинок дає великий внесок у їх властивості. Так, в наночастинках можуть виникати нові фази, які не існують в даному матеріалі (речовині) в масивному стані.

Вільна енергія наночастинок складається із обємної F_v і поверхневої F_s складових:

F = F_v+F_s

Тому загальна величина F вільної енергії змінюється із зміною розміру наночастинки.

Зміна вільної енергії частинки може призвести до зміни кристалічної структури наночастинки порівняно з крупнокристалічним масивним зразком.

Поверхнева енергія мінімальна для щільно упакованих структур. Тому для нанокристалічних частинок найбільш переважною є гранецентрована кубічна гратка (ГЦК) або гексагональна щільно упакована (ГПУ) структура, що підтверджується дослідами. Так, електрографічні дослідження наночастинок ніобію, танталу, молібдена і вльфрама розміром 5 – 10 нм показали, що вони мають ГЦК або ГПУ структуру, тоді як у звичайному стані ці метали мають об’ємноцентровані (ОЦК) гратки. Зміна типу атомно-кристалічної гратки відмічалась і на інших металах ( Тb , Нo, Gd).

Особливий інтерес представляють структурний стан кластерів – частинок, які мають менше 2000 атомів. Характерною особливістю кластерів являється немонотонна залежність властивостей від кількості атомів в кластері.

Температура плавлення наночастинок.

Залежність поверхневої енергії від розміру наночастинки визначає зв'язок між розміром частинки, з однієї сторони, і тиском насиченої пари над нею і температурою плавлення наночастинки, з другої сторони.

Залежність температури плавлення нанокристалічних частинок від розміру r можна записати у вигляді:

Т_м (r) = Т_м ( 1 – C/r ),

Де С – постійна, яка залежить від густини і теплоти плавлення матеріалу і його поверхневої енергії.

Мінімальне число атомів в кластері дорівнює 2. Верхня границя числа атомів в кластері відповідає такому числу атомів, коли добавка ще одного атома уже не змінює властивості кластера.

Хімічні властивості кластера не змінюються, коли число атомів в ньому досягає 1 – 2 тисячі.

2. Технологія виробництва нанокристалічних матеріалів.

Одержання нанокристалічних матеріалів здійснюється наступними методами:

1. Конденсація на підкладку.

2. Компактування нанопорошків.

3. Кристалізація аморфних сплавів.

4. Інтенсивна пластична деформація.

5. Перетворення порядок – безпорядок.

Розглянемо метод кристалізації аморфних сплавів.

Аморфні фази (металеве скло) отримують різними методами, основою яких являється швидкий перехід компонентів сплава із рідкого стану в твердий. Металеві аморфні структури мають високу твердість, високу магнітну проникність, малу коерцитивну силу, високу міцність. Ці властивості можна ще покращити, якщо за допомогою кристалізації створити в аморфній фазі нанокристалічну структуру. Для цього стрічку аморфного металу відпалюють при певній температурі. Відпал здійснюють так, щоб виникло велике число центрів кристалізації, а швидкість росту кристалів була низькою. Бар’єром для росту кристалів слугує аморфна фаза.

Метод інтенсивної пластичної деформації. В цьому методі використовуються такі способи: прокатка, всестороння ковка, рівноканальне кутове пресування, кручення під гідростатичним тиском .

Відомо, що в процесі деформації в сплавах підвищується густина дислокацій, зменшення розміру зерен, збільшується концентрація точкових дифектів та дифектів упаковки. В той же час цей метод дозволяє отримувати матеріал з пракично безпористою структурою.

Перетворення порядок – безпорядок.

Ці перетворення здійснюються в сильнонестехіометричних структурах: карбідах М Су і нітрідах М Nу: (VC_0,875 - V₈ C₇).

Лекція13. Біотехнології таїх застосування

в народному господарстві

План

1. Етапи становлення біотехнології як науки та галузі виробництва.

2.Суть біотехнологічних процесів, їхня відмінність, переваги

і проблеми порівняно з традиційними технологічними процесами.

3.Типова схема біотехнологічного виробництва і Ті основні складові.

1. Живильні середовища— сировина біотехнологічних проце­сів.

2. Продуценти як основа біотехнологічних виробництв.

3. Процес ферментації.

4. Ферментатори або біореактори.

5. Виділення, очищення і концентрування продуктів ферментації.

6. Виробництво кормової мікробної біомаси як типовий при­клад біотехнологічного процесу.

4. Основні сфери застосування біотехнологій.

1. Харчова промисловість.

2. Медицина.

3. Сільське господарство.

1. Охорона навколишнього середовища, енергетика, 5. Біотехнологія і майбутнє,

Література 4,5,6