«Изменение температуры плавления металлов в зависимости от размера частиц, один из первых эффектов, привлекших внимание исследователей. С уменьшением размера частиц температура плавления металлов может понижаться на несколько сотен градусов. Например, температура плавления «компактного» золота составляет 1340 К, а при переходе к частицам размером 2 нм температура плавления понижается на 1000 градусов.» [ 3 ]
Кинетические свойства, такие как диффузионная подвижность, теплопроводность и др., существенно зависят от размера структурного элемента. Для многих металлов (Pd, Сu, Ni, Ag и др.) в наноструктурном состоянии наблюдается повышение теплоемкости и увеличение коэффициентов термического расширения, уменьшение теплопроводности.
Одна из причин повышения теплоемкости наноструктурированных материалов обусловлена вкладом зернограничной фазы, которая имеет уменьшенную температуру Дебая и повышенную теплоемкость по сравнению с крупнозеренным материалом. [ 2 ]
Многими исследователями обнаружено значительное повышение удельного электросопротивления нанокристаллических Сu, Pd, Fe, Ni и различных сплавов при уменьшении размера зерен.
Другим аспектом, является тот факт, что свободная поверхность является стоком бесконечной емкости для точечных и линейных кристаллических дефектов (в первую очередь вакансий и дислокаций). При малых размерах частиц этот эффект заметно возрастает, что может приводить к выходу большинства структурных дефектов на поверхность и очистке материала наночастицы от дефектов структуры и химических примесей. Поскольку процессы деформации и разрушения протекают в тонком приповерхностном слое с опережением по сравнению с внутренними объемами металлического материала, то это во многом определяет возникновение ряда физических эффектов, в т.ч. физического предела текучести и физического предела усталости. [ 1 ]
Заключение
Наноразмерными структурами обладают материалы, элементы строения которых имеют нанотехнологические размеры не превышающие 100 нм хотя бы в одном направлении, благодаря чему данные материалы получают новые физические и механические свойства.
В современном мире наноматериалы представлены как наночастицами, так и наноструктурированными объёмными материалами. Зависимость свойств наноматериалов обусловлена размером и структурой как отдельных частиц, так и от их взаимодействием в структуре объёмного объекта. Так особенности свойств атомных кластеров с определённым количествов атомов или молекул проявляются в изменении электромагнитных, оптических и реакционных свойств наноматериалов.
Главной особенностью наноматериалов является увеличение объёма доли поверхности раздела (границ между зёрнами) с уменьшением размера зёрен или кристаллитов, что приводит к большой протяжённости границ раздела и увеличивает их роль.
На формирование поверхности раздела оказывает влияние сток точечных и линейных кристаллических дефектов (в первую очередь вакансий и дислокаций). При малых размерах частиц этот эффект заметно возрастает, что может приводить к выходу большинства структурных дефектов на поверхность и очистке материала наночастицы от дефектов структуры и химических примесей, что во многом определяет изменение ряда физических эффектов, в т.ч. физического предела текучести и физического предела усталости.
Наличие в наноматериалах мелких зёрен с высокой поверхностной энергией, большой протяжённости границ раздела и их неравновесность, вызывающая возникновение высоких напряжений и искажение кристаллической решетки, изменение межатомных расстояний и появление значительных смещений атомов, существенно изменяют термодинамические свойства (межфазных превращений, температуры плавления и т.д), свойства электропроводимости (увеличение электросопротивления), магнитные свойства и ряд физико-механических свойств материалов (твёрдость, предел текучести, предел усталости), что находит применение в различных отраслях промышленности.
Используемые источники
1. Азаренков Н.А. Наноструктурные покрытия и наноматериалы: Основы получения. Свойства. Область применения. Особенности современного наноструктурного покрытия / Н.А.Азаренков, В.М.Береснев, А.Д. Погребняк, кол.-М.: КД Либроком, 2013.-368с.
2. Воронов В.К. Свойства и применение наноматериалов: Учебное пособие / В.К.Воронов, А.С.Янюшкин.-Ст. Оскол: ТНТ, 2013.-220 с.
3. Матренин С.В. Наноструктурные материалы в машиностроении: учебное пособие / С.В.Матренин, Б.Б.Овечкин; Томский политехнический университет.-Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009.-186 с.
4. Суздалев И.П. Нанотехнология: Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И.П.Суздалев.-М.: КД Либроком, 2014.-592 с.
5. http://mirprom.ru/public/nanomaterialy-i-nanotehnologii-dlya-mashinostroeniyasostoyanie-i-perspektivy-primeneniya.html
6. http://nano-info.ru/post/439
7. http://nanojournal.ifmo.ru/wp-content/uploads/2013/01/NPCM2012-36P91.pdf
8. http://www.dissercat.com/content/mikrostrukturirovannye-svetovody-dlya-generatsii-perestraivaemykh-po-chastote-sverkhkorotkik#ixzz4APv2oXXC
9. http://pstu.ru/files/file/adm/abiturientu/obemnye_nanostrukturnye_materialy_i_nanostrukturirovannye_pokrytiya.pdf
10. http://valve-industry.ru/pdf_site/73/73-Kochanov.pdf
11. www.studopedia.info/3-12445.html