Главная Обратная связь

Дисциплины:






Сверхпрочная наноструктурированная сталь



Металлы и их сплавы приобретают ковкость при высоких температурах и становятся более ломкими и хрупкими при охлаждении. Японские ученые выявили обратную зависимость для слаболегированных сталей при низких температурах. Полученные образцы имеют зернистую структуру, ориентированную вдоль направления прокатки, с вкраплениями наноразмерных сферических частиц карбидов.

Новый метод термомеханической обработки, использованный в работе, авторы назвали температурной формовкой или темпформингом. В качестве модельного сплава использовалась низколегированная сталь, содержащая 0.4% C, 2% Si, 1% Cr, and 1% Mo. Формовка образцов производилась с эквивалентной деформацией порядка 1,7 после отпуска стали при 500°C. В частности, значение ударной прочности по Шарпи для образцов после температурной формовки (TP-образец) составляет 226 Дж, что почти в 16 раз больше, чем в аналогичном испытании с обычной сталью.

Сталь без температурной формовки (QT) разламывается в месте V-образного надреза, образуя ровный скол. Образцы после темпформинга при ударе расслаиваются, причем полного разрушения в некоторых случаях не происходит. Измерения показателя ударной прочности при различных температурах дают интересную зависимость. Для TP-образцов наблюдается максимум в интервале температур от -60°C до -20°C, при дальнейшем повышении температуры ударная прочность уменьшается. После темпформинга происходит удлинение зерен вдоль кристаллографического направления, которое совпадает с направлением прокатки. Средний поперечный размер зерен металла составлял порядка 260 нм, размер сферических карбидных частиц, диспергированных в железной матрице не более 50 нм.

В заключении авторы отмечают, что комбинация наноразмерной зернистой структуры материала и контролируемой текстуры прокатки позволяет повысить как прочность, так и ковкость стали при низких температурах. Кроме того, описанный подход может быть применен и для мартенситностареющих сталей, которые являются наиболее прочным материалом, использующимся на сегодняшний день.

2 Магнитные материалы

Актуальность исследования магнитных нанокластеров различной геометрии на изоляторных и металлических поверхностях, служащих основой для создания совершенно новых устройств записи и хранения информации, связана с характеристиками, которых будут на порядки превосходить современные аналоги. Уникальность подобных систем определяется способностью исследователей контролировать и изменять магнитные взаимодействия на атомном масштабе. Это стало возможным благодаря развитию в последнее десятилетие экспериментальных методов сканирующей туннельной микроскопии.



Дальнейшее развитие нанотехнологий необходимо осуществлять не только на уровне наноматериалов, но и также на уровне наноустройств. Одной из актуальных задач здесь является определение электронных и магнитных характеристик комплексов магнитных молекул (молекулярных магнетиков) на различных поверхностях. Благодаря существованию большого собственного магнитного момента, а также значительной магнитной анизотропии, молекулярные магнетики идеально подходят в качестве квантовых битов для проведения квантовых вычислений. Типичные представители класса молекулярных магнетиков содержат в своем составе порядка 15-20 атомов переходных металлов, которые составляют ядро молекулярного магнетика, и 100-150 атомов водородных, углеродных и углеродных комплексов, образующих периферию молекулы. Корректное описание корреляционных эффектов таких нульмерных систем представляет собой сложную физическую и вычислительную задачу, решение которой может быть получено с использованием современных многочастичных методов теории динамического среднего поля и систем с числом ядер не менее 1000. Определение, понимание и контроль магнитных взаимодействий между магнитными молекулами на поверхности – это те задачи, без решения которых невозможно технологическое построение и эффективное использование наноустройств на базе молекулярных магнетиков. Это в свою очередь требует объединения современных первопринциных методов и многочастичных модельных подходов, максимально эффективно реализованных на суперкомпьютерных платформах.

Магнитные свойства наночастиц определяются многими факторами, среди которых следует выделить химический состав, тип кристаллической решетки и степень ее дефектности, размер и форму частиц, морфологию (для частиц с комплексной структурой), взаимодействие частиц с окружающей их матрицей и соседними частицами. Изменяя размеры, форму, состав и строение наночастиц, можно в определенных пределах управлять магнитными характеристиками материалов на их основе. Однако контролировать все эти факторы при синтезе примерно одинаковых по размерам и химическому составу наночастиц удается далеко не всегда, поэтому свойства однотипных наноматериалов могут сильно различаться.

Методы

Современные методы получения наночастиц магнитных материалов можно разделить на две группы – основанные на получении наночастиц из компактных материалов или же в противоположность, основанные на сборке наночастиц из атомов, ионов, молекул.

1. ГИДРОЛИЗ, СООСАЖДЕНИЕ

Магнитные НМК частицы в виде феррожидкостей были известны исследователям примерно с середины 60-х годов. Широкое внимание к ним с точки зрения нанохимии было привлечено, в частности, после работы Рене Массарта посвященной синтезу и стабильности коллоидного магнетита в водных растворах при различных значениях pH. В первую очередь такой всплеск интереса к водным дисперсиям магнетита был вызван перспективой его широкого применения в биологии, диагностике и медицине, из-за его низкой токсичности и высокой намагниченности насыщения.

2. МИЦЕЛЛЫ

В начале прошлого десятиления появились первые статьи посвященные использованию обратных мицелл как микро- и нанореакторов для осуществления в них химических реакций, и в частности, приготовлению высокодисперсных частиц. Обратные мицеллы возникают в результате самоорганизации бифункциональных молекул, классических ПАВ, содержащих в своем составе ионогенную гидрофильную (-СOONa) и гидрофобную (углеводородный фрагмент, например алкильный радикал) группы. При интенсивном перемешивании с небольшим количеством воды и избытком неполярного растворителя (гексан, толуол) происходит самоорганизация молекул ПАВ в сферические образования, полярными хвостами внутрь, вокруг микро- или нанокапелек воды. В зависимости от соотношения вода/растворитель можно изменять размеры мицелл в диапазоне от 4 до 18 нм

3. ТЕРМОЛИЗ

У каждого из рассмотренных методов получения магнитных наночастиц существуют ограничения, сужающие возможности синтеза наночастиц. В силу электростатических, ионных и других взаимодествий, присутствие воды в реакционных системах существенно осложняет контроль степени монодисперсности наночастиц, и как видно из примеров, управлять процессами нуклеации и роста наночастиц можно добавляя дополнительные стабилизирующие вещества и используя двухфазные системы. Наиболее гибким и эффективным в настоящее время методом получения магнитных наночастиц в растворах является термолиз металлсодержащих соединений в высококипящих некоординирующих растворителях в присутствии стабилизирующих веществ. Как было отмечено, широкое распространение и последующее развитие этот метод получил после успешной адаптации технологии синтеза полупроводниковых наночастиц на магнитные материалы.

ПРИМЕНЕНИЕ

Биология и медицина:

Противораковые пептидные группы, имитирующие гормоны

Томографы

Адсорбенты , удаляющие загрязнения окружающей среды

Сепарация вирусов и бактерий

Техника и технологии:

Сверхмалые записывающие устройства

Суперпарамагнетизм

Сверхтонкие пленки для получения гигантского магнитосопротивления

Другое :

Ультратонкие дисплеи

Создание дифракционной решетки с управляемым периодом

Временное сцепление между ферромагнитными движущимися деталями

Герметизация люфтов между вращающимися деталями и корпусом

Оксиды и порошки

Оксид — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менееэлектроотрицательным элементом.

Новый эффективный способ получения микросфер из оксида железа для очистки воды

Исследователи из Китая разработали простой и эффективный способ синтеза получения микросфер из оксида железа, которые могут применяться для очистки загрязненной воды.

Хонгжи Жанг (Hongjie Zhang) с коллегами из Института прикладной химии Чаньгунь разработал простой метод получения магнитных микросфер Fe3O4, которые могут применяться для обработки сточных вод. В отличие от ранее разработанных методов получения частиц такого типа в гидротермическом методе Жанга не применяются поверхностно-активные вещества и сополимеры, которые после получения микросфер необходимо удалять из реакционной смеси.

Микроразмерные металлооксидные частицы отличаются большой площадью поверхности, что позволяет им обрабатывать большие количества воды за короткий промежуток времени. После очистки воды железооксидные частицы с адсорбированными на них загрязнениями могут быть извлечены с помощью магнита, после чего нагревание восстанавливает их адсорбционную способность, что позволяет неоднократно использовать эти адсорбенты для очистки воды.

Нанопорошки – только один из многих существующих на сегодняшний день наноматериалов. Большинство из них, такие как, например, дендримеры, фуллерин, нанотрубки, нанопрокладки и нанопоры, производятся из ограниченного количества видов сырья. А нанопорошки можно производить из сотен различных материалов. Все наноматериалы, которые производятся в настоящее время, подразделяются на четыре группы: оксиды металлов, сложные оксиды (состоящих из двух и более металлов), порошки чистых металлов и смеси.





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...