История науки Реферат. 1. Роль науки в развитии человечества 1 Социальные и психологические особенности науки 1,2,3 5,6
 Скачать 194 Kb.
|
|
3.4. Нанотехнологии в материаловедении [25,26] Современные тенденции развития материаловедения связаны и использованием нанотехнологий. Уникальные свойства материалов, которые уже можно получать, найдут применение во всех отраслях. В частности, нанотехнологии уже сегодня позволяют получить углеродные материалы, прочность которых в несколько раз выше, чем у стали. Эти новые материалы в несколько раз легче, чем сталь, они обладают хорошей электро- и теплопроводностью. Понятно, что самые разные отрасли промышленности от аэрокосмической до производства бытовой техники будут стремиться применять эти инновации. Одним из перспективных направлений развития материаловедения является создание функциональных наноматериалов. Функциональные материалы могут быть определены как материалы, свойства которых организуют или конструируют таким образом, чтобы они могли удовлетворить конкретному назначению (исполняемой функции) контролируемым способом. Функциональные материалы обладают физическими и химическими свойствами, которые или стабильны, или, наоборот, изменяются при изменении внешних условий или параметров окружающей среды, причем задание или изменение этих свойств должны быть предсказываемыми и управляемыми. Изменения условий или параметров могут включать изменения температуры, давления, электрических и магнитных полей, длин волн видимого света, типа молекул абсорбированного газа, кислотности среды и т.д. Функциональные материалы могут быть как заново сконструированными, так и представлять собой некоторую модификацию или комбинацию уже существующих материалов. Так, например, функциональные сенсорные материалы могут быть интегрированы с другими материалами таким образом, чтобы, скажем, строительный или упаковочный материалы получили возможность реагировать на изменения влажности или температуры окружающей среды. Новые материалы, сохраняющие работоспособность в экстремальных условиях эксплуатации, например в топливных элементах или двигателях различного типа, могут быть также отнесены к функциональным материалам. Такими же материалами являются и функциональные металлические сплавы со специальной организацией различных структурных уровней. Ясно, что простое перечисление вряд ли позволит исчерпать список функциональных материалов, в силу чего представляется достаточным остановится на описательном определении этого термина, данного выше. В классе функциональных материалов можно выделить один очень интересный и перспективный, как для исследования, так и для разнообразных важных областей применения, подкласс так называемых «умных» материалов (smart materials). «Умные» материалы – это относительно новая и быстро развивающаяся область материалов, которая комбинирует основы современного материаловедения с информатикой. Подобный «умный» материал, который на самом деле представляет собой некоторую организованную систему, строится из подсистем считывания внешнего сигнала (воздействия), его обработки, исполнения некоторого действия (функциональный отклик), системы обратной связи, систем самодиагностирования и самовосстановления. У каждого узла этой системы должна быть определенная функциональность, которая обеспечивается функциональными свойствами разрабатываемых с этой целью перспективных материалов. Вся система («умный» материал) устроена таким образом, чтобы выполнить самоконтролирумое «умное» действие, подобное действию живого организма, способного «думать», принимать решение и совершать действие. Известными примерами подобных материалов, на основе которых можно сконструировать «умную» систему, являются: – сплавы и полимеры с памятью формы, которые деформируются и затем восстанавливают свою форму при изменении температуры или напряженности магнитного поля; – pH-чувствительные полимеры, которые набухают или коллапсируют при изменении кислотности окружающей среды; – температурочувствительные полимеры, которые изменяют свои свойства при изменении температуры внешней среды; – галохромные, электрохромные, термохромные, фотохромные материалы, которые изменяют свою окраску при изменении кислотности среды, приложенного напряжения электрического поля, температуры среды, облучении светом, соответственно; – неньютоновские жидкости, которые изменяют свою вязкость (вплоть до потери текучести) при изменении величины приложенной скорости сдвига. Достигнутые в последнее время успехи в области создания функциональных наноматериалов и «умных» структур посредством управления их структурной и композиционной организацией по принципу «снизу-вверх», основанные, в том числе, на разработанных ранее приемах эпитаксиального выращивания структур на кремниевых подожках, является первым шагом, объединяющим функциональные наноматериалы с логической системой. Ожидается, что наука и техника 21-ого столетия в значительной степени будут связаны с разработкой новых функциональных и «умных» материалов, которые станут способными отвечать на изменения окружающих условий и реализовывать свои функции оптимальным образом. Разработка таких материалов уже сейчас является основной задачей во многих областях науки и техники, таких как информатика, микроэлектроника, медицина, наука о жизни, энергетика, транспорт, машиностроение с высоким уровнем безопасности механизмов и конструкций, военная техника. В качестве перспективы ставится задача создания гиперфункциональных материалов, которые в некоторых аспектах будут способны превзойти функции отдельных биологических органов. Анализ существующей научно-технологической базы российских исследований и разработок в области наноматериалов функционального назначения позволяет предложить следующие рамочные направления исследований и областей применения таких материалов, которые отвечают задачам и редакционной политике журнала «Российские нанотехнологии». Направления исследований в области функциональных наноматериалов: 1) Исследование структуры материалов и их свойств – физика и химия материалов – моделирование – методы исследования 2) Управление свойствами материалов и специальная организация их функциональности – исследование физических и химических свойств – исследование стабильности свойств, работоспособности в условиях износа, коррозии, изменения температуры и т.д. 3) Технологические аспекты – перерабатываемость – возможность придания комплекса свойств – технологии нанесения покрытий – технологии производства 4) Управление полным эксплуатационным циклом материалов – материальный и энергетический баланс – оценка полного эксплуатационного цикла – проблема обеспечения исходным сырьем и его повторная переработка – повторная переработка материалов Список использованной литературы 1. Спиркин А.Г. Основы философии. Учебное пособие для вузов. М., 1988 г. 2. Философия. Основные идеи и принципы. М., 1990 г. 3. Скачков Ю.В. Полифункциональность науки. “Вопросы философии”, 1995, №11. 4. Пуанкаре А. О науке. М., 1983. 5. Философский энциклопедический словарь. М., 1989 г. 6. “Вопросы философии”, 1995 № 2 - 12. 7. Андреев Д.Л. "Роза Мира". М, изд-во "Прометей ", 1991. 8. Аристотель. Сочинения. М., "Мысль", 1975 г. 9. Кант И. Сочинения, М., "Мысль", 1964 г. 10. И.П. Фарман. "Теория познания и философия культуры". М., "Наука", 1986 г. 11. Н.К. Вахтомин. "Теория научного знания Эммануила Канта. " М., "Наука", 1986 г. 12. К. Ясперс. Смысл и назначение истории - М., 1994. - 100 с. 13. Декарт Р. Рассуждение о методе. Избр. произв. - М., 1950. – 305 с. 14. Бунин К.П., Железоуглеродистые сплавы, К. - Металловедение, 1949. 15. Бунин К.П. Физические основы металловедения, Металловедение, 1955. 16. Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., Металловедение, 1956. 17. Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, Металловедение, 1960. 18. Лившиц Б. Г., Металлография, Металловедение, 1963. 19. Алексей Шаповалов, Алена Корнышева, Андрей Козенко, Наталья Гриб. Нанотехнологии зарядили энергией. - Газета "КоммерсантЪ" № 163(3739) от 08.09.2007. 20. Гладких Н.Т., Крышталь А.П., Богатыренко С.И. Особенности структурного состояния и диффузионной активности малых частиц. Мателиалы Воронежской конференции по нанотехнологиям (14-20 октября 2007 г.). 21. Кабаченко Л.А. Тонкоплёночные неорганические материалы. Мателиалы Воронежской конференции по нанотехнологиям (14-20 октября 2007 г.). 22. Марк Ратнер, Даниэль Ратнер. Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи \ Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea. -- М.: «Вильямс», 2006. -- 240 с. 23. Материалы Интернет-энциклопедии Wikipedia. 24. Материалы новостного сайта Науки и разработки - R&D.CNews. 25. Публикации нанотехнологического общества «Нанометр» 21. М. Соловьёв; “Нанотехнология - ключ к бессмертию и свободе”; Компьютерра; 13.10.97; № 41(218). 26. Хасслахер Б., Тилден М.; “Живые машины”; Природа; №4, 1995. |