Наукові конференції України, Нові матеріали і технології в машинобудуванні-2018

Розмір шрифту: 
НЕОРГАНІЧНІ НАНОМАТЕРІАЛИ – ВІСКЕРИ
В. А. Косенко, А. М. Литвиненко

Остання редакція: 2018-05-04

Тези доповіді


Віскер (від англ. Whisker – волосся, шерсть; "вуса", неорганічні волокна) – це ниткоподібні кристали з діаметром від 1 до 10 мкм і співвідношенням довжини до діаметру >1000 (рис. 1).

а                                                                                 б

Рис. 1. Віскери: а – нитковидні кристали діоксиду олова; б – оптична фотографія нановіскерів струмопровідних ванадієвих бронз

Віскер є одним із найбільш перспективних кристалічних матеріалів з унікальним комплексом властивостей. Вони, як правило, мають досконалу, майже ідеальну бездислокаційну будову, що виключає звичайні механізми пластичної деформації і наближає їх міцність до теоретичного для даної речовини порога. Віскер у десятки і навіть сотні разів міцніше звичайних кристалів, володіє вражаючою гнучкістю, корозійною стійкістю і кристалографічною анізотропією властивостей. Отримання "вусів" надчистих металів і алмазу, ниткоподібних кристалів кремнію або надпровідних віскерів Bi2Sr2CaCu2O8 стало класикою сучасної хімії функціональних матеріалів. Подібна незвичайна форма кристалів цікава не тільки з точки зору дослідження механізму її утворення, але через свої специфічні фізико-хімічні характеристики.

Уявляючи собою одновимірну кристалічну систему, віскери можуть знайти широкий діапазон застосувань.

Незважаючи на те, що ниткоподібні кристали відомі понад півстоліття, віскери технічно використовуються досить однобічно – в основному, як армувальні волокна. Переважна більшість з них застосовуються винятково для створення конструкційних композитних матеріалів з поліпшеними механічними властивостями (вуглецеві волокна, SiC, Al2O3), при цьому обсяги виробництва досягають значних величин. Останнім часом розвивається напрямок, пов'язаний з практичним використанням класичних кремнієвих віскерів як вістрів для атомно-силової, магніто-силової мікроскопії та для біологічних потреб.

Впорядковані ансамблі нановіскерів можна розглядати в якості систем з унікальними оптичними властивостями, в яких проявляються квантові ефекти (квантові точки, квантові нитки).

Віскери, при наявності у них особливої кристалічної структури, яка зумовлює змішану електронно-іонну провідність, можливості інтеркаляції – деінтеркаляції і високої рухливості іонів у внутрішніх відкритих порожнинах структури (міжшаровий простір, тунелі та ін.), можуть бути використані для створення електродних і мембранних матеріалів нового покоління завдяки унікальному поєднанню визначних механічних властивостей і суперіонній провідності. До переваг потенційних електродів з ниткоподібних кристалів належить також можливість легкого отримання бажаної форми і дешевизна. Але найбільший ефект нановіскери можуть дати при їх використанні в якості функціональних добавок для створення модифікованих пластиків. Для створення корпусних деталей верстатів, двигунів внутрішнього згорання тощо. По своїм механічним характеристикам вони перевершують 2…3 рази  такі традиційні конструкційні матеріали, як сталь, чавун, є корозійностійкими.

Нанокомпозитні матеріали широко використовуються передовими автобудівними компаніями світу. Так, компанія  General Motors поступово розширює використання нанокопозитів у своїй продукції, одночасно зменшуючи вагу транспортних засобів та забезпечуючи якість продукції при помірній вартості.


Full Text: PDF