В пособии рассмотрены основные методы получения нанообъектов, наночастиц, наноструктур: наносборка, ионная бомбардировка, ударные волны, вакуумное испарение, катодное распыление, низкотемпературна плазма, плазмохимический синтез, диспергирование, механохимический синтез, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, взрывной синтез, электрический взрыв проводников, электроэрозионный метод, осаждение из жидкой фазы и осаждение из расплавов, кристаллизация и микроликвация и т. д. Представлены основные свойства нанообъектов: магнитные, термические, каталитические, механические. Дано краткое описание наиболее распространенных методов исследования наночастиц и наноструктурных объектов. Для студентов и аспирантов, обучающихся по специальности "Нанотехнологии" и смежным специальностям, а также для инженеров и научных сотрудников.

В учебном пособии рассмотрены свойства и основные методы получения наноструктур и наноструктурных материалов: фуллеренов, углеродных нанотрубок, аморфных металлических сплавов, нанокристаллических и квазикристаллических материалов. Изложены современные представления о структуре рассматриваемых веществ. Представлены сведения о влиянии структуры на физико-механические свойства и во возможном применении данных материалов. Для студентов, обучающихся по специальностям - "Материаловедение" или "Техническая физика". Может быть использовано аспирантами, преподавателями и научными сотрудниками.

В книге обобщаются ключевые наработки в области нанотехнологий и рассматривается их влияние на обработку металлов, полимеров, композитных и керамических материалов. Обсуждаются практические вопросы, связанные с промышленным производством и использованием наноматериалов, методы наноинженерии в создании сплавов на основе стали, алюминия и титана, рассматриваются нанотехнологий, позволяющие использовать гидриды металлов для хранения водорода как источника энергии, а также методики синтеза нанополимеров для аккумуляторных батарей. Эта книга — идеальное введение в нанотехнологий, она представляет широкий обзор их применения при создании новых промышленных материалов. Книга будет полезна для инженерных и научных работников, которые в своей практической деятельности связаны с проблемами создания и применения наноматериалов и нанотехнологий. Благодаря этой книге отечественные специалисты смогут найти решения многих междисциплинарных проблем в области применения наноматериалов и нанотехнологий.

Представлены избранные научные работы члена-корреспондента РАН Ю.А. Котова, выполненные под его руководством и с его участием в Томском политехническом институте, Институте сильноточной электроники СО РАН, Институте электрофизики УрО РАН в 1965-2010 гг. Работы охватывают широкий круг тем: электрический взрыв проводников; инициирование детонации; электровзрывные, взрывные, плазменные и полупроводниковые прерыватели тока; генераторы высоковольтных импульсов напряжения, электронных пучков, тормозного излучения; получение нанопорошков электрофизическими методами; применение нанопорошков в создании новых материалов и изделий. Для специалистов по импульсной энергетике и электрофизике, материаловедению наноструктурных материалов, а также студентов соответствующих специальностей.

Обобщены и систематизированы сведения по изучению наноструктурированных материалов для систем запасания и преобразования энергии (наноуглеродные материалы, химия фуллеренов, комплексы с повышенным содержанием носителей заряда в молекулах, фотолюминисцентные материалы, полимерные электролиты, материалы для хранения водорода, модифицированные фуллериты и стеклующиеся мезогены). Издание адресовано студентам, аспирантам, научным и инженерно-техническим работникам, специализирующимся в разработке систем запасания и преобразования энергии, а также преподавателям соответствующих разделов химии и физики.

В книге даются основные понятия о нанотехнологии и нанообъектах, приводятся сведения о характерных особенностях и свойствах наночастиц. Рассмотрены функциональные и конструкционные материалы (фуллерены, углеродные нанотрубки, ленгмюровские молекулярные пленки) и их применение. Значительное внимание уделяется методам получения наночастиц и упорядоченных наноструктур, приводятся результаты искусственного наноформообразования, описаны методы зондовой нанотехнологии, пучковые и другие новые методы нанолитографии. Для студентов и аспирантов высших учебных заведений, специализирующихся по направлению «Нанотехнология».

Систематизированы данные о наноструктурных материалах, рассмотрены особенности их физических, химических, механических и других свойств. Описаны основные технологические приемы получения наноструктурных материалов, охарактеризованы области их применения в традиционной и новой технике, информационных и компьютерных технологиях, медицине, сельском хозяйстве, в области охраны окружающей среды. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Физическое материаловедение". Может быть полезно аспирантам, инженерам и научным работникам, занимающимся вопросами физики, химии, механики и биологии наноструктурных материалов.

Проведено исследование деформационного поведения крупнозернистого и субмикрокристаллического технически чистого титана. Основной особенностью поведения СМК-материала является наличие на диаграммах нагружения продолжительного участка предразрушения, где деформирование происходит практически без упрочнения. На этой стадии наблюдаются очаги локализованного пластического течения с различным уровнем накопления деформации. Очаг с максимальной амплитудой деформации неподвижен и отмечает место будущего разрушения. Остальные домены локализованной деформации движутся с тем большей скоростью, чем дальше они отстоят от места разрушения. Установлено, что в СМК-титане локальная и глобальная потеря устойчивости пластического течения еще до начала формирования макроскопической шейки, т. е. локальная потеря устойчивости происходит сравнительно рано, хотя на глобальном уровне материал продолжает деформироваться квазиоднородно. Полученные результаты могут быть использованы для корректировки режимов обработки давлением наноструктурных и субмикрокристаллических материалов.

Исследованы возможность получения наноструктурных дисперсноупрочненных композиционных материалов на основе меди и титана с применением методов интенсивной пластической деформации, их структура, физические и механические свойства.

Рассмотрены различные методы получения ультрадисперсных (нано-) материалов — механические, физические, химические, биологические. Обобщены современные представления об электрических, магнитных, тепловых, оптических, диффузионных, химических и механических свойствах наноматериалов. Подчеркнута и продемонстрирована зависимость этих свойств от структуры материала и геометрических размеров наночастиц. Значительное внимание уделено вопросам хранения и транспортировки наноматериалов. Для студентов, обучающихся по специальностям «Физико-химия процессов и материалов», «Наноматериалы», «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия», преподавателей, аспирантов, слушателей курсов повышения квалификации.

В книгу включены доклады, заслушанные на общемосковском коллоквиуме по химическим и физико-химическим свойствам углеродных форм "Сладковские чтения" и посвященные получению, изучению и применению материалов в современной практике.

Монография посвящена вопросам получения. исследования структуры и свойств объемных наноструктурных материалов. Большой интерес к этой новой научной тематике связан с обнаружением уникальных физических и необычных механических свойств наноструктурных материалов и перспективами их широкого практического применения. Особое внимание в монографии уделено объемным наноструктурным металлическим материалам, полученным методами интенсивной пластической деформации, где многие пионерские разработки были выполнены при непосредственном участии авторов. Предназначена для специалистов, занимающихся проблемами физики и механики твердых тел, созданием новых материалов, может быть использована как учебное пособие для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Обобщены результаты экспериментальных исследований о предельных минимальных размерах зерен в наноструктурных металлических материалах, полученных методом кручения под давлением на наковальнях Бриджмена. Показано, что важным фактором способности материала к измельчению зеренной и субзеренной структуры в процессе интенсивной пластической деформации является подвижность элементарных носителей деформации (дислокаций и точечных дефектов), контролирующая пути их пробега в полях напряжений, характерные масштабы переориентирующихся микрообъемов, а следовательно, и размеры субмикро- и нанозерен и субзерен.

Белая книга подготовлена по итогам Первого Всероссийского совещания ученых, инженеров и производителей в области нанотехнологий «Исследования в области наночастиц, наноструктур и нанокомпозитов в Российской Федерации» и результатам опроса ведущих специалистов по нанотехнологий. Она представляет собой сборник аннотаций проводимых работ и перечень организаций России на май 2006 года, работающих в области исследования наночастиц, наноструктур и нанокомпозитов, и практической реализации наноматериалов. В Белой книге беспристрастно и объективно каталогизированы работы ведущих научных школ Российской академии наук, государственных образовательных учреждений, производственных корпораций и предприятий малого и среднего бизнеса. В книге систематизированы работы по пяти основным направлениям исследований — химия, физика, биология наноразмерного состояния, образование (подготовка специалистов высшей квалификации и среднего звена в области нанотехнологий), производство и применение наноматериалов в России. Книга предназначена для научных сотрудников, предпринимателей, государственных служащих, студентов и аспирантов, специализирующихся в данной отрасли.

В монографии рассмотрены основные закономерности процесса диффузии по границам зерен в бикристаллах, крупнозернистых поликристаллах и наноструктурных материалах. Описаны различные методы получения последних. Изложены результаты исследований, связанных с диффузией процессов возврата, рекристаллизации и развития пластической деформации при ползучести, статическом и циклическом нагружении в объемных наноструктурных материалах, полученных воздействием интенсивной пластической деформации.Книга предназначена для специалистов в области физического и прикладного материаловедения, аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

Предложена атомная модель образования дислокаций и двойников деформации путем прямого плюс обратного (ГЦК-ОЦК-ГЦК) мартенситного превращения, локализованного в двух или нескольких соседних плоскостях скольжения. Показано, что в рамках этой модели хорошо описываются новые закономерности и механизмы дислокационной пластичности и механического двойникования в наноструктурных металлических материалах.

Обобщены результаты электронномикроскопического исследования высокодефектных структурных состояний в наноструктурных (НС) материалах (Cu, Ni, Ni3Al, аустенитные стали), полученных в различных условиях интенсивной пластической деформации: кручение в наковальнях Бриджмена, равноканально угловое прессование, большие деформации прокаткой при комнатной температуре. Проанализированы поля локальных внутренних напряжений в этих состояниях. Предложена модель дефектной субструктуры объема и неравновесных границ зерен НС материалов.

Исследован процесс наноконструирования медного образца в паре трения с инструментальной сталью. Проведен структурный анализ нанокристаллического слоя, образующегося при трении на поверхности образца. Предложен механизм деформации данного слоя, подобный течению вязкой неньютоновской жидкости или гранулированной среды.

Обобщены результаты электронно-микроскопического исследования высокодефектных структурных состояний и закономерностей их формирования в наноструктурных материалах (Cu, Ni, Ni3Al, аустенитные стали), полученных в различных условиях интенсивной пластической деформации: кручение в наковальнях Бриджмена, равноканальное угловое прессование, большие деформации прокаткой при комнатной температуре. Проанализированы поля локальных внутренних напряжений в этих состояниях. предложена модель дефектной субструктуры объема и неравновесных границ зерен наноструктурных материалов. Проведено обсуждение наиболее важных механизмов деформации и переориентации кристаллической решетки в процессе формирования наноструктурных материалов и их последующей пластической деформации.

Показано, что холодная прокатка формирует нанокристаллическую структуру в субмикрокристаллическом исходном сплаве Ti49.2Ni50.8 (ат. %) с последовательностью мартенситных превращений В2-R-В19` (кубическая, ромбоэдрическая и моноклинная фазы, соответственно) и монофазной структурой В19` ниже 260 K. 90 % объема нанокристаллического сплава сохраняют В2-структуру с высоким уровнем остаточных напряжений при 140 K. Увеличение объемной доли нанокристаллического сплава с мартенситными превращениями В2-R-В19` и повышение температур этих мартенситных превращений коррелирует с релаксацией искажений кристаллической решетки В2-фазы в процессе последующих отжигов до начала активного роста зерен.??.

Описаны принципы, методы и средства для реализации испытаний и определения механических свойств материалов в наношкале, которые получили в последние годы большое распространение под общим названием "наноиндентирование". Обсуждены информационные возможности этого большого и многофункционального семейства методов нано- и микромеханических испытаний. рассмотрены различные аспекты и особенности поведения твердых тел в условиях сильно стесненной деформации, возникающей при локальном нагружении поверхности микронагрузкой. Описаны способы извлечения механических характеристик тонких приповерхностных слоев разнообразных материалов, пленок и многослойных покрытий при локальном нагружении. Особое внимание уделено физическим механизмам деформации и разрушения в этих условиях. Книга адресована научным и инженерно-техническим работникам, занимающимся созданием, исследованием и аттестацией новых наноструктурных материалов и систем, а также будет полезна студентам и аспирантам, обучающимся по направлениям нанотехнологии и наноматериаловедения.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведено исследование особенностей микроструктуры механокомпозитов, образующихся в результате механической активации смесей порошков Ti и Al в энергонапряженной планетарной шаровой мельнице. Обнаружено формирование высокодефектных структурных состояний с высокими значениями кривизны кристаллической решетки и большой плотностью дисклинаций на границах субмикро- или нанокристаллов. Предполагается, что такое высокодефектное структурное состояние является важным каналом аккумулирования энергии деформации при механоактивации и играет существенную роль в явлениях увеличения реакционной способности компонентов смесевых систем, аномального массопереноса и твердофазного взаимодействия реагентов.

Новейшие технологии включают в себя разработку, описание, а также производство и практическое использование самых разнообразных наноразмерных структур, устройств и систем. В междисциплинарном поле этой области исследований пересекаются и перекрываются экспериментальные и теоретические разработки химиков, физиков, инженеров-электронщиков, механиков, материаловедов, биохимиков, молекулярных биологов, Именно сочетание различных подходов и методов является характерной особенностью наиболее интересных и многообещающих разработок в нанотехнологиях. Книга представляет собой сборник последних результатов, полученных молодыми английскими учеными, многие из которых являлись стипендиатами Королевского общества или Исследовательского совета инженерных и физических наук Великобритании. Проводимые или работы ведутся на самых передовых рубежах познания, а в более широком контексте создают панораму современного состояния нанонауки и нанотехнологии вообще.

Представлены результаты исследования наноструктурных алмазных материалов, полученных спеканием детонационного наноалмаза в условиях высоких давлений и температур. Детонационный наноалмаз - это продукт детонации углеродсодержащих взрывчатых веществ, прошедший стадию очистки. Наноалмаз обладает уникальными физикомеханическими свойствами, которые связаны с особенностью его кристаллической решетки. К наиболее значимым свойствам наноалмаза можно отнести высокую твердость и износостойкость. Показано, что консолидация наноалмаз-ных частиц в условия термобарического спекания позволяет получить прочные поликристаллические наноалмазные агрегаты. Среднее значение микротвердости полученных образцов достигает 8,9 ГПа. Однако микротвердость распределена по поверхности образцов неравномерно. В центре микротвердость достигает 14 ГПа, на периферии - микротвердость 3-4 ГПа. В условиях термобарического спекания при давлении 5 ГПа и температуре 1100 и 1200 °С наблюдается рост нанокристаллов алмаза в структуре спеченных композиционных материалов с 4,5 нм до 4,9 и 5,2 нм соответственно.????Показано, что в результате термобарического спекания происходит снижение концентрации примесных атомов детонационного наноалмаза. Возможно, что этот эффект связан с увеличением диффузионной подвижности атомов примеси за счет активирующего действия высокого давления, и сопровождается образованием областей избыточной концентрации примесных атомов. Образование таких областей снижает концентрацию этих элементов по границам алмазных ядер. По фрагментам частично очищенных границ возможно образование ковалентных связей между смежными кристаллами наноалмаза.

Сборник содержит доклады, посвященные проблемам создания и исследования наноразмерных материалов. Интерес к материалам этого класса определяется возможностью вариации их свойств в широких пределах. Практическое применение этих материалов требует расширения знаний о зависимости свойств от архитектуры материала, а также о разработке способов управления структурой, составом, размером и формой фрагментов направленно-неоднородных материалов. В публикуемых докладах представлены результаты исследований ведущих лабораторий России и стран Азиатско-тихоокеанского региона.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования неравновесных структурных состояний с высокими значениями кривизны и градиентов кривизны кристаллической решетки. формирующихся в объемных наноструктурных металлических материалах, полученных методами интенсивной пластической деформации. Изложена методика их электронно-микроскопической аттестации, исследования внутренних напряжений и градиентов (моментов) этих напряжений, локализованных на субмикронном масштабном уровне. Предложена структурная модель этих состояний как состояний с высокой континуальной плотностью дефектов (дислокаций и дисклинаций) в объеме и на границах зерен.

Приведено теоретическое и экспериментальное обоснование высокой эффективности повышения макромеханических характеристик конструкционных и инструментальных материалов путем наноструктурирования их поверхностных слоев или нанесения наноструктурных покрытий. Нагруженное твердое тело рассматривается как многоуровневая система, в которой поверхностные слои являются самостоятельной подсистемой. Особое внимание уделяется интерфейсу "поверхностный слой (покрытие) - подложка", на котором возникает "шахматное" распределение нормальных и касательных напряжений и связанных с ними концентраторов напряжений различного масштаба.

Первое руководство на русском языке, описывающее структуру и свойства наноматериалов от твердотельных до биологических объектов. Исчерпывающе изложены технологии изготовления и методы исследования наноструктур, разнообразные применения — от оптоэлектроники до катализа и биотехнологий. Второе издание дополнено материалами по методическим аспектам «индустрии наносистем» и применениям нанотрубок в электронике. Учебник-монография адресован широкому кругу научных работников, инженеров-электронщиков, специалистов в областях химических и биотехнологий.

Первое руководство на русском языке, описывающее структуру и свойства наноматериалов от твердотельных до биологических объектов. Исчерпывающе изложены технологии изготовления и методы исследования наноструктур, разнообразные применения — от оптоэлектроники до катализа и биотехнологий. Второе издание дополнено материалами по методическим аспектам «индустрии наносистем» и применениям нанотрубок в электронике. Учебник-монография адресован широкому кругу научных работников, инженеров-электронщиков, специалистов в областях химических и биотехнологий.