"Nanomateriały inżynierskie konstrukcyjne i funkcjonalne"

Spis treści

Przedmowa 10

1. Wprowadzenie 12

1.1. Nanomateriały – definicje, podstawowe pojęcia i przykłady 12

1.2. Materiały we współczesnej technice 16

1.3. Klasyfikacja materiałów inżynierskich 23

1.4. Budowa materiałów inżynierskich 25

1.4.1. Elementy mikrostruktury materiałów 28

1.4.2. Hierarchiczność struktury materiałów 35

Literatura 37

2. Struktura i właściwości materiałów inżynierskich 38

2.1. Metale 39

2.2. Ceramiki 49

2.3. Polimery 53

2.4. Kompozyty 56

Literatura 60

3. Struktura i właściwości nanomateriałów 62

3.1. Podstawowe zjawiska wykorzystywane w nanomateriałach 63

3.2. Wpływ skali wymiarowej 64

3.2.1. Zależność Halla–Petcha 64

3.2.2. Charakterystyczne wymiary i odległości w mikrostrukturze 67

3.2.3. Gradient odkształcenia 67

3.3. Wpływ powierzchni granicznych 68

3.3.1. Poślizg po granicach ziaren 69

3.4. Właściwości mechaniczne 70

3.4.1. Moduł sprężystości i efekty niesprężyste 71

3.4.2. Ciągliwość 71

3.4.3. Naprężenie uplastyczniające i wytrzymałość 74

3.4.4. Wytrzymałość teoretyczna 74

3.4.5. Granica plastyczności 76

3.4.6. Wytrzymałość na rozciąganie 77

3.4.7. Twardość 78

3.4.8. Odporność na pękanie 79

3.4.9. Wytrzymałość zmęczeniowa 83

3.4.10. Zużycie ścierne 84

3.5. Właściwości cieplne 85

3.6. Właściwości chemiczne i biologiczne 85

Literatura 86

4. Charakteryzowanie i modelowanie nanomateriałów 89

4.1. Metody obrazowania struktury nanomateriałów 90

4.1.1. Mikroskopia elektronowa 90

4.1.2. Mikroskopia sond skanujących 98

4.1.3. Metody rentgenowskie 99

4.1.4. Techniki tomograficzne 102

4.2. Opis ilościowy struktury 103

4.2.1. Analiza liczby obiektów 105

4.2.2. Analiza wielkości (rozmiaru) obiektów 106

4.2.3. Analiza udziału objętościowego obiektów 107

4.2.4. Analiza kształtu obiektów 108

4.2.5. Analiza sposobu rozmieszczenia obiektów 109

4.3. Modelowanie właściwości i procesów zachodzących w nanomateriałach 110

4.3.1. Metody obliczeniowe 111

4.3.2. Przykład modelowania właściwości granic ziaren 116

4.3.3. Przykład modelowania właściwości mechanicznych 124

4.3.4. Modelowanie stabilności termicznej 130

Literatura 136

5. Nanometale 141

5.1. Metody wytwarzania 142

5.1.1. Osadzanie z fazy gazowej lub ciekłej 143

5.1.2. Szybkie chłodzenie i nanokrystalizacja z fazy amorficznej 144

5.1.3. Konsolidacja nanoproszków 145

5.1.4. Metody dużego odkształcenia plastycznego 146

5.2. Właściwości nanometali 154

5.3. Przykłady zastosowań nanometali 162

Literatura 165

6. Nanoproszki i nanospieki ceramiczne 168

6.1. Charakterystyczne właściwości nanoproszków 169

6.1.1. Powierzchnia właściwa 169

6.1.2. Aglomeracja nanocząstek 171

6.1.3. Właściwości magnetyczne 174

6.2. Metody wytwarzania nanoproszków 175

6.2.1. Metody osadzania z fazy gazowej 175

6.2.2. Metody osadzania z fazy ciekłej 176

6.2.3. Metody rozdrabniania 179

6.3. Eksperymentalne metody pomiaru wielkości nanocząstek 181

6.3.1. Metody pośrednie 181

6.3.2. Metody bezpośrednie 183

6.3.3. Parametry charakteryzujące populację nanocząstek 184

6.4. Formowanie i spiekanie nanoproszków 187

6.4.1. Zagęszczanie 188

6.4.2. Spiekanie 189

6.4.3. Badania skonsolidowanych proszków 192

Literatura 195

7. Nanokompozyty 197

7.1. Podstawowe pojęcia 197

7.2. Metody wytwarzania 205

7.2.1. Nanokompozyty ceramiczne i metaliczne 205

7.2.2. Nanokompozyty polimerowe 212

7.3. Wpływ nanonapełniacza na właściwości nanokompozytów 216

7.4. Przykłady zastosowań 224

Literatura 229

8. Nanowarstwy powierzchniowe 231

8.1. Metody otrzymywania 234

8.1.1. Wytwarzanie pasywnych warstw tlenkowych 234

8.1.2. Metody osadzania z fazy gazowej 235

8.1.3. Osadzanie elektrolityczne 238

8.1.4. Metody mechaniczne 239

8.2. Metody charakteryzowania 241

8.2.1. Badania spektroskopowe 241

8.2.2. Badania mikrostruktury 245

8.2.3. Pomiary właściwości mechanicznych 250

8.3. Przykłady 254

8.3.1. Nanowarstwy tlenkowe na metalach 254

8.3.2. Powłoki PVD na bazie azotków metali 258

Literatura 264

9. Nanowłókna 267

9.1. Wprowadzenie – nanowłókna polimerowe 267

9.2. Metody wytwarzania nanowłókien 268

9.2.1. Ciągnienie nanowłókien 269

9.2.2. Synteza według szablonu 270

9.2.3. Rozdzielanie faz 270

9.2.4. Samoorganizacja molekularna 270

9.3. Proces elektroprzędzenia z roztworu 271

9.2.5. Elektroprzędzenie nanowłókien 271

9.3.1. Parametry roztworu polimerowego 272

9.3.2. Wpływ warunków procesu 275

9.3.3. Wpływ parametrów otoczenia na proces 277

9.4. Elektroprzędzenie ze stopionego polimeru 278

9.5. Wytwarzanie nanowłókien o różnej morfologii 278

9.5.1. Nanowłókna porowate 279

9.5.2. Nanowłókna płaskie lub wstążkowe 279

9.5.3. Nanowłókna rozgałęzione 280

9.5.4. Nanowłókna wydrążone 281

9.5.5. Nanowłókna o różnej kompozycji 282

9.5.6. Nanowłókna ukierunkowane 282

9.6. Charakteryzacja właściwości nanowłókien 283

9.6.1. Morfologia nanowłókien 283

9.6.2. Właściwości mechaniczne nanowłókien 286

9.7. Zastosowanie nanowłókien w medycynie 288

9.7.1. Inżynieria tkankowa 288

9.7.2. Uwalnianie leków 293

9.7.3. Materiały opatrunkowe 294

Literatura 295

10. Nanostruktury węglowe 299

10.1. Nanorurki węglowe 302

10.1.1. Struktura nanorurek węglowych 302

10.1.2. Struktura elektronowa nanorurek węglowych 304

10.1.3. Wytwarzanie nanorurek węglowych 305

10.1.4. Oczyszczanie i funkcjonalizacja nanorurek węglowych 310

10.1.5. Rozpuszczalność nanorurek węglowych 314

10.1.6. Dyspersja nanorurek węglowych 315

10.1.7. Właściwości nanorurek węglowych – podsumowanie 317

10.2. Nanorurki innych pierwiastków 318

10.1.8. Zastosowania nanorurek węglowych 318

10.3. Galeria obrazów TEM przedstawiających nanorurki węglowe 319

Literatura 324

11. Nanomateriały inspirowane obserwacjami przyrody 325

11.1. Nanomateriały w przyrodzie 325

11.2. Przykład okrzemków jako gotowych wzorców 328

11.3. Inżynieria biomimetyczna nanomateriałów 332

Literatura 337

12. Zrównoważony rozwój nanomateriałów inżynierskich 339

12.1. Toksyczność nanomateriałów 339

12.2. Zagrożenia dla człowieka i środowiska 342

12.3. Bezpieczeństwo pracy z nanomateriałami 345

Literatura 347

13. Perspektywy nanorewolucji materiałów inżynierskich 349

13.1. Odkrywanie skali nanometrycznej w materiałach konwencjonalnych 349

13.2. Nanomodyfikacja 352

13.3. Nanomateriały do wytwarzania mikroelementów 353

13.4. Prognozy rozwoju rynku nanomateriałów 355

13.4.1. Przykłady zastosowań nanomateriałów 356

Skorowidz 362