История развития исследований наноматериалов как предмет технических наук

Введение
Глава 1 Определение наноматериалов
Глава 2 История развития исследований наноматериалов
2.1 Доисторические наноматериалы
2.2 Наноматериалы и древние цивилизации
2.3 Наноматериалы в средневековье
2.4 Наноматериалы в современную эпоху
2.5 Наноматериалы нового поколения
Заключение

Весь текст будет доступен после покупки

Наноматериалы существовали в природе задолго до того, как ученые смогли их даже представить. Однако история науки, стоящей за нанотехнологиями и наноматериалами, относительно коротка.
Чтобы манипулировать материей в таком маленьком масштабе, пришлось объединить знания из многих областей, таких как физика, химия, биология и материаловедение.
В современном человеческом обществе используется все больше и больше типов материалов, и их характеристики становятся все лучше и лучше. Например, сегодняшняя процветающая авиационная промышленность не могла бы существовать без термостойких материалов из суперсплавов, современные компьютерные технологии не существовали бы без изобретения процессов производства материалов из монокристаллов кремния (рис. 13-1) и прецизионной керамики. материалов, космические аппараты, такие как космический шаттл, не могут безопасно
Наноматериалы, нанонаука и нанотехнология стали общеупотребительными терминами не только в исследованиях, но и в обычной жизни. История наноматериалов (НМ) началась сразу после Большого взрыва, когда в ранних метеоритах образовались наночастицы и наноструктуры. Позднее природа создала множество других наночастиц и наноструктур. В последние годы исследования НМ вызывают огромный интерес у ученых и инженеров всего мира.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1 Определение наноматериалов
Приставка «нано» происходит от греческого слова «нанос» (т. е. «очень маленький»), которое описывает наномасштаб (1–100 нм), который считается подходящим для частиц и материалов [36].
Как правило, любой материал, классифицируемый как наноматериал, имеет размер от 1 до 100 нм, и его свойства должны отличаться/улучшаться по сравнению с объемными аналогами [80]. Для сравнения, толщина одного человеческого волоса составляет от 60 000 до 100 000 нм, диаметр эритроцита ~ 7000 нм, толщина бумаги ~ 75 000 нм, радиус двойной спирали ДНК составляет 1 нм, а радиус изолированной нейтральной атомов составляет от 30 до 300 пм (триллионных долей метра) (рис. 6). Следовательно, радиус атома в 10 000 раз больше радиуса его ядра (1–10 фм) и меньше 1/1000 длины волны видимого света (400–700 нм).

Рис. 6. Схема, показывающая шкалу размеров объектов по сравнению с режимом наномасштабных размеров.
Нанотехнология и нанонаука — это две области исследований, которые сосредоточены на материи в нанометровом масштабе. Если какое-либо исследование связано с объектами размером менее 100 нм, оно относится к области нанотехнологий и нанонауки. Группа по стандартам нанотехнологий, созданная Американскими национальными стандартами, определила следующие приоритеты стандартизации нанотехнологий: (i) определить терминологию для описания структуры и свойств материалов, возникающих в результате нанонауки и нанотехнологий [81], (ii) развивать метрологические исследования. и стандартные методы испытаний [82] и (iii) для оценки токсичности, воздействия на окружающую среду и оценки риска этих новых материалов [83]. В отличие от нанотехнологий, нанонаука описывает изучение материи в нанометровом масштабе, особенно свойства твердотельных материалов, зависящие от размера. Исследователи начали интересоваться этой темой с момента первых исследований размеров атомов. Нанонаука объединяет различные дисциплины (физику, материаловедение и биологию) для понимания материалов и управления ими на атомном и молекулярном уровнях. С другой стороны, нанотехнология описывает способность наблюдать, измерять, манипулировать и производить наноматериал. На сегодняшний день несколько агентств и регулирующих комитетов предоставили научные термины. (например, наночастицы, наноматериалы, наноструктурированные материалы, нанотехнологии, нанонаука) и их объяснение (таблица 1). Стандарты ISO/TS 80,004 определяют наноматериалы как «материалы с определенными внешними наноразмерными размерами или с внутренней наноразмерной структурой или структурой поверхности» и длиной от 1 до 100 нм. Это определение включает нанообъекты с определенными материальными компонентами и наноструктурированные материалы с внутренней или поверхностной наноразмерной структурой. Наноматериал может быть отнесен к обеим категориям [83]. В 2011 году Европейская комиссия определила наноматериалы как природные, случайные или искусственные материалы, которые содержат несвязанные, агрегированные или агломерированные частицы, более 50% которых имеют размер 1–100 нм. Это пороговое значение 50 % может быть заменено пороговым значением 1–50 % в особых случаях, когда это оправдано заботами об окружающей среде, здоровье и безопасности или конкурентоспособностью [1,83].

Глава 2 История развития исследований наноматериалов
В настоящее время нанотехнологии быстро расширяются с новыми приложениями в различных областях. Например, наноинженерия открывает новые возможности для прогресса в здравоохранении, энергетике, охране окружающей среды, строительстве, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и других областях за счет разработки наноматериалов, наноструктур и наносистем. На сегодняшний день различные области исследований, от органической химии до физики полупроводников, вовлечены в производство множества различных наночастиц и наноструктурированных материалов, а также в связанные с ними приложения, от разработки новых наноматериалов до прямого регулирования материи на атомном уровне [1]. В настоящее время исследователи работают над созданием нанороботов, которые могут выбирать, подбирать и размещать атомы так же, как дети используют кубики LEGO. По данным Global Industry Analysts, Inc., размер нанотехнологий оценивался в 42,2 миллиарда долларов США в 2020 году и должен увеличиться до 70,7 миллиарда долларов к 2026 году.
Наноматериалы различаются по своим размерам, формам, размерам, составу, пористости, фазам и однородности, поэтому для их классификации используется несколько классификаций. На сегодняшний день описано много типов наноматериалов, и многие другие будут разработаны.

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки