Содержание
- 2. Наноматеріали і нанотехнології – історія, сучасність і перспективи. Поняття про наноматеріали. Типи структур наноматеріалів. Основи класифікації
- 3. 3) розвиток засобів і методів дослідження структури і властивостей наноматеріалів, а також методів контролю і атестації
- 4. «Першооснови речей, як тепер ти легко переконаєшся, лише до відомих кордонів різнорідні бувають по формах. Якби
- 5. В даний час інтерес до нового класу матеріалів в області як фундаментальної і прикладної науки, так
- 6. Розвиток фундаментальних і прикладних уявлень про наноматеріали і нанотехнології вже найближчими роками може привести до кардинальних
- 7. Що таке нанорозмір 1.27 × 107 m ww.mathworks.com 0.22 m 0.7 × 10-9 m Fullerenes C60
- 8. Найпростіший підхід пов'язаний з геометричними розмірами структури таких матеріалів. Згідно такому підходу матеріали з характерним розміром
- 9. Рисунок 2. Просторові кристалічні решітки і елементарна комірка простої кубічної решітки (гратки)
- 10. За даними для найбільш широко поширених кристалів з ОЦК і ГЦК гратами такий критичний розмір дорівнює
- 11. Рисунок 3. Основні види елементарних комірок кристалічних граток металів: а - об'ємно-центрована кубічна (ОЦК); б -
- 12. Другий підхід пов'язаний з величезною роллю багаточисельних поверхонь розділу в наноматеріалах у формування їх властивостей. Відповідно
- 13. Таблиця 1 Розрахункові значення розмірів частинок і зерен, що не містять дислокаційних петель, нм доля поверхонь
- 14. Слід зазначити, що разом з терміном наноматеріали, який до теперішнього часу отримує усе більш широке вживання,
- 15. Рис. 4 Класифікація наноматеріалів
- 16. Перша категорія включає матеріали у вигляді твердих тіл, розміри яких в одному, два або трьох просторових
- 17. Це багатофазні матеріали, наприклад, на основі складних металевих сплавів. Друга і третя категорії наноматеріалів підпадають під
- 18. Прикладами таких матеріалів є чисті метали з нанокристалічною рівноосною структурою і шаруваті полікристалічні полімери. До другої
- 19. Таблиця 2. Основні типи структури наноматеріалів
- 20. рис.5 Мікрофотографії наноструктур: а - компакт Pb; 6 - компакт TiN; в - злам плівки TiN;
- 21. Рис 6.Основні фізичні причини специфіки наноматеріалів
- 22. В даний час встановлено, що процеси деформації і руйнування протікають в тонкому приповерхневому шарі з випередженням
- 23. На рис. 7 представлені розраховані за цими формулами залежності зазначених об'ємних частинок. Видно, що зі зменшенням
- 24. Об'ємну частку границь розділу можна оцінити за формулою: ΔVГР=1-[(D-s)/D]3 де s - товщина границь розділу (близько
- 25. Рисунок 8. а) - Атомна модель наноструктурного матеріалу (чорним позначені атоми «зерномежевої» області у яких зміщення
- 26. Важливим чинником, що діє в наноматеріалах є також схильність до появи кластерів. Полегшення міграції атомів (груп
- 27. 4. Особливості ультрадисперсного стану 4.1. Поверхня і характеристики ультра дисперсних частинок (УДЧ) Все зростаючу роль в
- 28. Можна вказати три головні напрями фундаментальних і технологічних досліджень в області наноструктурного матеріалознавства: дослідження залежності структурно-чутливих
- 29. Відомі аномалії для таких типових для порошкової металургії процесів, як спікання, пресування і ін. Зазвичай велику
- 30. Прийнято вважати, що зменшення розмірів частинок веде до збільшення їх питомої поверхні і відповідно до зростання
- 32. Скачать презентацию
Наноматеріали і нанотехнології – історія, сучасність і перспективи. Поняття про наноматеріали.
Наноматеріали і нанотехнології – історія, сучасність і перспективи. Поняття про наноматеріали.
Розробку нових матеріалів і технологій їх отримання і обробки в даний час загальновизнано відносять до «ключових» або «критичних» аспектів основи економічної потужності і обороноздатності держави. Одним з пріоритетних напрямів розвитку сучасного матеріалознавства є наноматеріали і нанотехнології.
До наноматеріалів умовно відносять дисперсні і масивні матеріали, що містять структурні елементи (зерна, кристаліти, блоки, кластери), геометричні розміри яких хоч би в одному вимірі не перевищують 100 нм, і що володіють якісно новими властивостями, функціональними і експлуатаційними характеристиками. До нанотехнологій можна віднести технології, що забезпечують можливість контрольованим чином створювати і модифікувати наноматеріали, а також здійснювати їх інтеграцію в повноцінно функціонуючі системи більшого масштабу.
Серед основних складових науки про наноматеріали і нанотехнології можна виділити наступні:
1) фундаментальні дослідження властивостей матеріалів на наномасштабному рівні;
2) розвиток нанотехнологій як для цілеспрямованого створення наноматеріалів, так і пошуку і використання природних об'єктів з наноструктурними елементами, створення готових виробів з використанням наноматеріалів і інтеграція наноматеріалів і нанотехнологій в різні галузі промисловості і науки;
3) розвиток засобів і методів дослідження структури і властивостей наноматеріалів, а
3) розвиток засобів і методів дослідження структури і властивостей наноматеріалів, а
Початок XXI століття ознаменувався революційним початком розвитку нанотехнологій і наноматеріалів. Вони вже використовуються у всіх розвинених країнах світу в найбільш значимих областях людської діяльності (промисловості, обороні, інформаційній сфері, радіоелектроніці, енергетиці, транспорті, біотехнології, медицині). Аналіз зростання інвестицій, кількості публікацій з даної тематики і темпів впровадження фундаментальних і пошукових розробок дозволяє зробити вивід про те, що в найближчих 20 років використання нанотехнологій і наноматеріалів буде одним з визначальних чинників наукового, економічного і оборонного розвитку держав. Деякі експерти навіть передбачають, що XXI століття буде століттям нанотехнологій ( по аналогії з тим як XIX століття називали століттям пари, а XX століття – століттям атома і комп'ютера). Такі перспективи вимагають оперативного впровадження в освітні програми дисциплін, необхідних для підготовки фахівців, здатних ефективно і на сучасному рівні вирішувати фундаментальні і прикладні завдання в області наноматеріалів і нанотехнологій. Дана лекція переслідує мету ознайомити студентів і фахівців в області наук про матеріали і фізики конденсованого стану з основними уявленнями про наноматеріали, їх структуру і властивості, технології їх отримання і обробки і методи їх дослідження. Над можливістю розробки нанотехнологій і створення наноматеріалів люди стали замислюватися досить давно. Так, давньоримський поет і вчений Тіт Лукреций Кар в своєму творі ― «Про природу речей»(І ст. до н.е.) вводить поняття про «першооснови речей», складаючи і поєднуючи які можна отримувати різні речовини з різними властивостями:
«Першооснови речей, як тепер ти легко переконаєшся, лише до відомих кордонів
Термін «нанотехнологія» вперше запропонував японець Н. Танігучи в 1974 р. На можливість створення матеріалів з розмірами зерен менше 100 нм, які повинні володіти багатьма цікавими і корисними додатковими властивостями в порівнянні з традиційними мікроструктурними матеріалами, вказав німецький вчений Р. Глейтер в 1981 р. Він же і незалежно від нього вітчизняний учений І.Д. Морохов ввели в наукову літературу уявлення про нанокристали . Пізніше за Р. Глейтер ввів в науковий ужиток також терміни нанокристалічні матеріали, наноструктурні, нанофазні, нанокомпозитні і так далі .
В даний час інтерес до нового класу матеріалів в області як
В даний час інтерес до нового класу матеріалів в області як
прагнення до мініатюризації виробів
унікальними властивостями матеріалів в наноструктурному стані
необхідністю розробки і впровадження нових матеріалів з якісно і кількісно новими властивостями
розвиток нових технологічних прийомів і методів, самосборки, що базуються на принципах, і самоорганізації
практичне впровадження сучасних приладів дослідження і контролю наноматеріалів (зондова мікроскопія, ретгенівскі методи, нанотвердість)
розвиток і впровадження нових технологій (іонно-плазмові технології обробки поверхні і створення тонких шарів і плівок, LIGA-технологии, що є послідовністю процесів літографії, гальваніки і формування, технологій отримання і формування нанопорошків і тому подібне).
Нижче перераховані лише деякі із пріоритетних напрямків нанотехнології, які розробляють нові перспективні методи, матеріали та засоби:
Молекулярний дизайн матеріалів і речовин з заданими властивостями, що значно перевищують властивості їх сучасних аналогів.
Нанопроцесори з низьким рівнем енергоспоживання та суттєво більшою продуктивністю.
Невеликі за розміром прилади для зберігання інформації, з дуже великим (мультітерабітним) обсягом пам’яті
Нові лікарські препарати і методи їх введення в організм (проблеми дуже малих доз та їх адресної доставки)
Нові методи моніторингу організму людини з використанням наносенсорів..
Розвиток фундаментальних і прикладних уявлень про наноматеріали і нанотехнології вже найближчими
Розвиток фундаментальних і прикладних уявлень про наноматеріали і нанотехнології вже найближчими
1 Поняття про наноматеріали. Типи структур наноматеріалів
Термінологія
Термінологія по наноматеріалах і нанотехнологіях в даний час лише встановлюється. Існує декілька підходів до того, як визначати, що таке наноматеріали (рис.1).
Рис.1. Термінологічні підходи до поняття наноматеріалів
Що таке нанорозмір
1.27 × 107 m
ww.mathworks.com
0.22 m
0.7 × 10-9 m
Fullerenes C60
12,756
Що таке нанорозмір
1.27 × 107 m
ww.mathworks.com
0.22 m
0.7 × 10-9 m
Fullerenes C60
12,756
22 cm
0.7 nm
В 10 мільйонів разів менше
В 1 Мільярд разів менше
www.physics.ucr.edu
Найпростіший підхід пов'язаний з геометричними розмірами структури таких матеріалів. Згідно такому
Найпростіший підхід пов'язаний з геометричними розмірами структури таких матеріалів. Згідно такому
Вибір такого діапазону розмірів не випадковий, а визначається існуванням ряду розмірних ефектів і збігом розмірів кристалітів з характерними розмірами для різних фізичних явищ. Нижня межа вважається пов'язаною з нижньою межею симетрії нанокристалічного матеріалу. Річ у тому, що зі зниженням (зменшенням) розміру кристала, що характеризується строгим набором елементів симетрії, настає такий момент, коли наставатиме втрата деяких елементів симетрії.
Рисунок 2. Просторові кристалічні решітки і елементарна комірка простої кубічної решітки (гратки)
Рисунок 2. Просторові кристалічні решітки і елементарна комірка простої кубічної решітки
Рисунок 2. Просторові кристалічні решітки і елементарна комірка простої кубічної решітки
За даними для найбільш широко поширених кристалів з ОЦК і ГЦК
За даними для найбільш широко поширених кристалів з ОЦК і ГЦК
Рисунок 3. Основні види елементарних комірок кристалічних граток металів: а - об'ємно-центрована кубічна (ОЦК); б - гране-центрирована кубічна (ГЦК), в - гексагональная (координаційні числа для них відповідно рівні 2, 4 і 12)
Рисунок 3. Основні види елементарних комірок
кристалічних граток металів:
а -
Рисунок 3. Основні види елементарних комірок
кристалічних граток металів:
а -
б - гране-центрирована кубічна (ГЦК),
в - гексагональная
(координаційні числа для них відповідно рівні 2, 4 і 12)
Другий підхід пов'язаний з величезною роллю багаточисельних поверхонь розділу в наноматеріалах
Другий підхід пов'язаний з величезною роллю багаточисельних поверхонь розділу в наноматеріалах
Деякі учені вважають, що якщо при зменшенні об'єму якої-небудь речовини по одній, двом або трьом координатам до розмірів нанометрового масштабу виникає нова якість, або ця якість виникає в композиції з таких об'єктів, то ці утворення слідує віднести до наноматеріалів, а технології їх отримання і подальшу роботу з ними; до нанотехнологій. Найбільш повноцінна на сьогоднішній момент термінологія запропонована в роботах, де використовуються наступні терміни:
нанотехнологія - сукупність методів і прийомів, що забезпечують можливість контрольованим чином створювати і модифікувати об'єкти, що включають компоненти з розмірами менше 100 нм, принципово нові якості, що мають, і що дозволяють здійснювати їх інтеграцію в повноцінно функціонуючі системи більшого масштабу;
Таблиця 1 Розрахункові значення розмірів частинок і зерен, що не містять
Таблиця 1 Розрахункові значення розмірів частинок і зерен, що не містять
доля поверхонь розділу ΔV=3s/D, де s — ширина граничної області.
наноматеріали - матеріали, що містять структурні елементи, геометричні розміри яких хоч би в одному вимірі не перевищують 100 нм, і що володіють якісно новими властивостями, функціональними і експлуатаційними характеристиками;
наносистемна техніка - повністю або частково створені на основі наноматеріалів і нанотехнологій функціонально закінчені системи і пристрої, характеристики яких кардинальним чином відрізняються від показників систем і пристроїв аналогічного призначення, створених по традиційних технологіях
Слід зазначити, що разом з терміном наноматеріали, який до теперішнього часу
Слід зазначити, що разом з терміном наноматеріали, який до теперішнього часу
2. Основи класифікації наноматеріалів
Відповідно до приведеної на попередній сторінці термінології наноматеріали можна розділити на чотири основні категорії (рис. 4).
Рис. 4 Класифікація наноматеріалів.
Рис. 4 Класифікація наноматеріалів
Рис. 4 Класифікація наноматеріалів
Перша категорія включає матеріали у вигляді твердих тіл, розміри яких в
Друга категорія включає матеріали у вигляді малорозмірних виробів з характеризуючим розміром в зразковому діапазоні 1 мкм.1 мм. Звичайно це дроту, стрічки, фольги. Такі матеріали містять вже значне число структурних елементів і їх можна класифікувати як наноматеріалів з великим числом структурних елементів (кристалітів) або наноматеріали у вигляді мікровиробів.
Третя категорія є масивними (або інакше об'ємні) наноматеріалами з розмірами виробів з них в макродіапазоні (більше декількох мм). Такі матеріали складаються з дуже великого числа нанорозмірних елементів (кристалітів) і фактично є полікристалічними матеріалами з розміром зерна 1.100 нм. У свою чергу третю категорію наноматеріалів можна розділити на два класи..
У перший клас входять однофазні матеріали (у відповідність з термінологією мікроструктура однорідні матеріали), структура і хімічний склад яких змінюється за об'ємом матеріалу лише на атомному рівні. Їх структура, як правило, знаходиться в змозі далекому від рівноваги. До таких матеріалів відносяться, наприклад, стекла, гелі, пересичені тверді розчини. До другого класу можна віднести мікроструктура неоднорідні матеріали, які складаються з нанорозмірних елементів (кристалітів, блоків) з різною структурою і складом.
Це багатофазні матеріали, наприклад, на основі складних металевих сплавів.
Друга і третя
Це багатофазні матеріали, наприклад, на основі складних металевих сплавів.
Друга і третя
До четвертої категорії відносяться композиційні матеріали, що містять в своєму складі компоненти з наноматеріалів. При цьому як компоненти можуть виступати наноматеріали, віднесені до першої категорії (композити з наночастками і нановолокнами, вироби із зміненим іонною імплантацією поверхневим шаром або тонкою плівкою) і другої категорії (наприклад, композити зміцнені волокнами і частками з наноструктурою, матеріали з модифікованим наноструктурним поверхневим шаром або покриттям). Можна виділити також композиційні матеріали із складним використанням нанокомпонентів.
2.1. Основні типи структур наноматеріалів
Властивості наноматеріалів в значній мірі визначаються характером розподілу, формою і хімічним складом кристалітів (нанорозмірних елементів), з яких вони складаються. У зв'язку з цим доцільно класифікувати структури наноматеріалів по цих ознаках (рис. 4). За формою кристалітів наноматеріали можна розділити на шаруватих (пластинчасті), волокнистих (стовпчасті) і рівноосних. Розуміється товщина шару, діаметр волокна і розмір зерна при цьому набувають значень порядку 100 нм і менш. Виходячи з особливостей хімічного складу кристалітів і їх кордонів зазвичай виділяють чотири групи наноматеріалів. До першої відносять такі матеріали, в яких хімічний склад кристалітів і кордонів розділу однакові. Їх називають також однофазними.
Прикладами таких матеріалів є чисті метали з нанокристалічною рівноосною структурою і
Прикладами таких матеріалів є чисті метали з нанокристалічною рівноосною структурою і
3. Особливості властивостей наноматеріалів і основні напрями їх використання
3.1 Фізичні причини специфіки наноматеріалів
Найбільш сильні зміни властивостей наноматеріалів і наночастинок настають в діапазоні розмірів кристалітів порядка 10..100нм. Основні фізичні причини цього можна проілюструвати на рис 6.
Для наночастинок доля атомів, що знаходяться в тонкому поверхневому шарі (його товщину приймають як правило порядка 1 нм), в порівнянні з мезо- і мікрочастками помітно зростає. Дійсно, доля приповерхневих атомів буде пропорційна відношенню площі поверхні частинки S до її об'єму V . Якщо позначити характерний розмір частинки (кристаліту ) як D, то: S /V ~D2/D3 ~ 1/D. В поверхневих атомів, у відмінності від тих, що знаходяться в об'ємі твердого тіла, задіяні не всі зв'язки з сусідніми атомами. Для атомів тих, що знаходяться на виступах і уступах поверхні ненасиченість зв'язків ще вища. В результаті в приповерхневому шарі виникають сильні спотворення кристалічної решітки і навіть може відбуватися зміна типа грат. Іншим аспектом, є той факт, що вільна поверхня є стоком безконечної ємкості для точкових і лінійних кристалічних дефектів (в першу чергу вакансій і дислокацій). При малих розмірах частинок цей ефект помітно зростає, що може наводити до виходу більшості структурних дефектів на поверхню і очищення матеріалу наночастинки від дефектів структури і хімічних домішок.
Таблиця 2. Основні типи структури наноматеріалів
Таблиця 2. Основні типи структури наноматеріалів
рис.5 Мікрофотографії наноструктур: а - компакт Pb; 6 - компакт TiN;
рис.5 Мікрофотографії наноструктур: а - компакт Pb; 6 - компакт TiN;
Рис 6.Основні фізичні причини специфіки наноматеріалів
Рис 6.Основні фізичні причини специфіки наноматеріалів
В даний час встановлено, що процеси деформації і руйнування протікають в
В даний час встановлено, що процеси деформації і руйнування протікають в
Для наночастинок весь матеріал працюватиме як приповерхневий шар, товщина якого оцінюється в діапазоні порядка 0,5….20 мкм. Можна також вказати на тонкі фізичні ефекти, що виявляються в специфічному характері взаємодії електронів з вільною поверхнею.
Наступною причиною специфіки властивостей наноматеріалів є збільшення об'ємної долі кордонів розділу із зменшенням розміру зерен або кристалітів в наноматеріалах. При цьому можна виділити об'ємну долю наступних складових: кордонів розділу, кордонів зерен і потрійних стиків
Наступною причиною специфіки властивостей наноматеріалів є збільшення об'ємної частки границь розділу зі зменшенням розміру зерен або кристалітів в наноматеріалах. При цьому можна виділити об'ємну частку наступних складових: межі розділу, межі зерен і потрійних стиків. Об'ємну частку границь розділу можна оцінити за формулою:
ΔVГР=1-[(D-s)/D]3, де s - товщина границь розділу (близько 1 нм), а D - характерний розмір зерна або кристаліта. Об'ємну частку границь зерен - за формулою:
ΔVГЗ =[3s (D-s)2]/D3, а об'ємну частку потрійних стиків як різницю:
ΔVТС=ΔVГР - ΔVГЗ
На рис. 7 представлені розраховані за цими формулами залежності зазначених об'ємних
На рис. 7 представлені розраховані за цими формулами залежності зазначених об'ємних
Рисунок 7. Залежність об'ємних частинок границь розділу, границь зерен і потрійних стиків
Об'ємну частку границь розділу можна оцінити за формулою:
ΔVГР=1-[(D-s)/D]3
де s -
Об'ємну частку границь розділу можна оцінити за формулою:
ΔVГР=1-[(D-s)/D]3
де s -
ΔVТС=ΔVГР - ΔVГЗ
Рисунок 7. Залежність об'ємних частинок границь розділу, границь зерен і потрійних стиків
Рисунок 8. а) - Атомна модель наноструктурного матеріалу (чорним позначені атоми
Рисунок 8. а) - Атомна модель наноструктурного матеріалу (чорним позначені атоми
Важливим чинником, що діє в наноматеріалах є також схильність до появи
Важливим чинником, що діє в наноматеріалах є також схильність до появи
Ще одну причину специфіки властивостей наноматеріалів пов'язують з тим, що при процесах перенесення (дифузія, пластична деформація і т.п.) має місце деяка ефективна довжина вільного пробігу носіїв цього перенесення Le. При характерних розмірах області протікання процесів переносу, які є набагато більшими за Le, розсіювання носіїв виражено незначно, але при розмірах менших за Le перенесення починає залежати від розмірів і форми дуже суттєво. У разі наноматеріалів як Le можуть виступати, наприклад, дифузійна довжина і довжина вільного пробігу дислокацій.
Для матеріалів з розмірами кристалітів в нижньому нанодіапазоні D <10 нм ряд вчених вказує на можливість прояву квантових розмірних ефектів. Такий розмір кристалітів стає спів розмірним з довжиною дебройлевской хвилі для електрона λB ~ (meE)(-1/2) (me - ефективна маса електрона, E - енергія Фермі). Для металів λB ≈ 0,1 ... 1 нм, а для ряду напівпровідників, полуметаллов і тугоплавких сполук перехідних металів λB ≈ 10 ... 100 нм.
Для будь-якої частинки з малою енергією (швидкість v значно менша за швидкостьсвітла c) довжина хвилі Де Бройля визначається як λB =h/mv, де m і v - маса і швидкість частинки, а h - постійна Планка. Квантові ефекти будуть виражатися, зокрема, у вигляді осциліруючих (осцилюючих) змін електричних властивостей, наприклад провідності.
4. Особливості ультрадисперсного стану
4.1. Поверхня і характеристики ультра дисперсних частинок
4. Особливості ультрадисперсного стану
4.1. Поверхня і характеристики ультра дисперсних частинок
Все зростаючу роль в області створення нових матеріалів для сучасної техніки грають ультрадисперсні середовища (УДС), що є сукупності частинок, розміри яких лежать в області ~ 1...100 нм.
На основі широких досліджень, що проводяться по різних напрямах фізики ультрадисперсних, систем, як в нашій країні, так і за кордоном, встановлений ряд властивостей, якісно відмінних від властивостей тих же матеріалів в масивному стані. Відносно поєднань електричних, магнітних, теплових, оптичних і інших властивостей у багатьох випадках ці системи не мають аналогів серед масивних матеріалів і частенько є унікальними.
Область дослідження наноструктурних (нанокристалічних, нанофазних) матеріалів швидко розвивається в сучасному матеріалознавстві, оскільки надтонкодисперсна структура (з розміром структурного елементу менше 100 нм) стає причиною істотного поліпшення, а в окремих випадках — корінної зміни властивостей матеріалу.
Ця потужна стимул-реакція досліджень діяла і діє ось вже впродовж 20 років після публікації ранніх робіт Г, Гляйтера. Консолідація нанодисперсного порошку під тиском була використана Гляйтером в роботі для отримання високощільних масивних наноструктурних зразків. З тих пір випробувані десятки методів консолідації, кожен з яких має свої переваги і обмеження, розглянуті нижче.
В той же час позначена і друга стимул-реакція — розвиток нових технологій, заснованих на використанні фізико-хімічних і реологій процесів в дисперсних системах і придатних для отримання наноструктурних матеріалів в промислових масштабах.
Можна вказати три головні напрями фундаментальних і технологічних досліджень в області
Можна вказати три головні напрями фундаментальних і технологічних досліджень в області
дослідження залежності структурно-чутливих властивостей відомих матеріалів від розміру структурного блоку, тобто так званого розмірного ефекту, і використання нових властивостей, придбаних матеріалами унаслідок нанодисперсності їх структури;
отримання нових, не відомих раніше структурних полягань в матеріалах;
розробка принципово нових технологій отримання і обробки матеріалів на основі систематичних досліджень будови і поведінки в різних умовах речовини з нанокристалічною структурою.
Більшість характеристик УДС визначаються властивостями окремих частинок. Коли розмір частинок стає сумірним з характерним кореляційним масштабом для того або іншого фізичного явища або з довжиною, що визначає який-небудь процес перенесення, в цих системах реалізуються всілякі розмірні ефекти.
Крім того, в УДС виявляються всі особливості поверхневих станів, оскільки в таких системах доля поверхневих атомів може досягати десятків відсотків. Розвинена поверхня робить вплив на підсистему грат і електронну підсистеми, і це наводить до якісної зміни структури частинок.
Багато специфічних рис УДС пов'язано не лише з аномаліями характеристик окремих частинок, але і з їх колективною поведінкою. До проявів такого роду можна віднести, наприклад, особливості реології, спікання, тепло - і масопереносу, а також кореляцію електронних станів в сукупності частинок, що визначає провідність і надпровідність УДС, або ефекти колективної поляризації взаємодіючих частинок, істотні для трактування оптичних явищ, і так далі
Відомі аномалії для таких типових для порошкової металургії процесів, як спікання,
Відомі аномалії для таких типових для порошкової металургії процесів, як спікання,
Додамо, що із-за високої активності УДП виникають труднощі з їх зберіганням і транспортуванням, в деяких випадках виникає проблема пірофорності і тому подібне Проте, по-перше, практика показала, що більшість з цих труднощів може бути здолана при відповідному удосконаленні технологічних процесів. По-друге, ефективним виявляється спільне вживання ультрадисперсних і звичайних порошків, як ідентичних, так і різних по хімічному складу. І, нарешті, найбільш коштовна можливість вживання УДЧ в нових областях, де будуть використані специфічні, не властиві звичайним, якості порошку.
Пояснення багатьох аномалій властивостей УДС пов'язане з особливостями атомної і електронної структури складових їх частинок.
Тому, а також у зв'язку з необхідністю обмежити предмет розгляду прийнятними для подібного огляду рамками, спочатку обговорюються фізичні властивості окремих УДЧ, а потім викладаються основні закономірності кристалізації УДЧ оксидів в плазмі.
Прийнято вважати, що зменшення розмірів частинок веде до збільшення їх питомої
Прийнято вважати, що зменшення розмірів частинок веде до збільшення їх питомої
З викладеного вище виходить, що із зміною розмірів частинок, а саме при їх зменшенні, поверхнева енергія збільшується, тому слід чекати і зниження температури плавлення частинок міді.
Якісні відмінності УДЧ від крупних порошків пояснюються не лише і навіть не стільки «геометричним чинником», а тим, що малим часткам властиві специфічні структурні стани. Вони характеризуються іншими в порівнянні з масивними матеріалами значеннями міжатомних відстаней, іншим типом симетрії (зокрема, при стабілізації в цих частках нових або високотемпературних фаз) і іншими величинами середньоквадратичних статичних і динамічних зсувів атомів з положень рівноваги, релаксацій поверхні. Це наводить до зміни міжатомних відстаней в приповерхневих областях, до сдвиговым деформацій, що викликають зміну впорядкування атомів на гранях, і навіть до згладжування вершин і ребер при тангенціальній релаксації .