Opis
Kamień milowy w rozwoju inżynierii materiałowej! Interdyscyplinarny podręcznik, który jest źródłem kompleksowej wiedzy o nanomateriałach, będących dzisiaj wyznacznikiem innowacyjności w wielu gałęziach przemysłu. Materiały te charakteryzują się szczególnymi właściwościami, w tym nieosiągalną wcześniej wytrzymałością oraz wyjątkowymi właściwościami cieplnymi, elektrycznymi, chemicznymi i biologicznymi. Książka omawia: * strukturę i właściwości materiałów inżynierskich, * strukturę, właściwości, charakteryzowanie i modelowania nanomateriałów, * nanometale, * nanoceramiki, * nanokompozyty, * nanopowłoki i nanowarstwy, * nanowłókna, * nanorurki, * nanomateriały proszkowe, * nanomateriały inspirowane obserwacją przyrody. Poruszono również temat zrównoważonego rozwoju nanomateriałów i przedstawiono perspektywy nanorewolucji materiałów inżynierskich. Książka napisana w sposób pozwalający na lekturę jej fragmentów przez osoby nie mające formalnego wykształcenia w dziedzinie materiałoznawstwa. M.in. z myślą o nich tekst podręcznika uzupełniono licznymi ilustracjami. Podręcznik jest przeznaczony dla studentów i wykładowców wydziałów inżynierii materiałowej, inżynierii chemicznej, mechatroniki, metalurgii, wydziałów mechanicznych, fizyki, biochemii na uczelniach technicznych i uniwersytetach, a także naukowców praktyków i entuzjastów nanotechnologii. Spis treściPrzedmowa IX 1. Wprowadzenie 1 1.1. Nanomateriały – definicje, podstawowe pojęcia i przykłady 1 1.2. Materiały we współczesnej technice 5 1.3. Klasyfikacja materiałów inżynierskich 12 1.4. Budowa materiałów inżynierskich 14 1.4.1. Elementy mikrostruktury materiałów 17 1.4.2. Hierarchiczność struktury materiałów 24 Literatura 26 2. Struktura i właściwości materiałów inżynierskich 27 2.1. Metale 28 2.2. Ceramiki 38 2.3. Polimery 42 2.4. Kompozyty 45 Literatura 49 3. Struktura i właściwości nanomateriałów 51 3.1. Podstawowe zjawiska wykorzystywane w nanomateriałach 52 3.2. Wpływ skali wymiarowej 53 3.2.1. Zależność Halla–Petcha 53 3.2.2. Charakterystyczne wymiary i odległości w mikrostrukturze 56 3.2.3. Gradient odkształcenia 56 3.3. Wpływ powierzchni granicznych 57 3.3.1. Poślizg po granicach ziaren 58 3.4. Właściwości mechaniczne 59 3.4.1. Moduł sprężystości i efekty niesprężyste 60 3.4.2. Ciągliwość 60 3.4.3. Naprężenie uplastyczniające i wytrzymałość 63 3.4.4. Wytrzymałość teoretyczna 63 3.4.5. Granica plastyczności 65 3.4.6. Wytrzymałość na rozciąganie 66 3.4.7. Twardość 67 3.4.8. Odporność na pękanie 68 3.4.9. Wytrzymałość zmęczeniowa 72 3.4.10. Zużycie ścierne 73 3.5. Właściwości cieplne 74 3.6. Właściwości chemiczne i biologiczne 74 Literatura 75 4. Charakteryzowanie i modelowanie nanomateriałów 78 4.1. Metody obrazowania struktury nanomateriałów 79 4.1.1. Mikroskopia elektronowa 79 4.1.2. Mikroskopia sond skanujących 87 4.1.3. Metody rentgenowskie 88 4.1.4. Techniki tomograficzne 91 4.2. Opis ilościowy struktury 92 4.2.1. Analiza liczby obiektów 94 4.2.2. Analiza wielkości (rozmiaru) obiektów 95 4.2.3. Analiza udziału objętościowego obiektów 96 4.2.4. Analiza kształtu obiektów 97 4.2.5. Analiza sposobu rozmieszczenia obiektów 98 4.3. Modelowanie właściwości i procesów zachodzących w nanomateriałach 99 4.3.1. Metody obliczeniowe 100 4.3.2. Przykład modelowania właściwości granic ziaren 105 4.3.3. Przykład modelowania właściwości mechanicznych 113 4.3.4. Modelowanie stabilności termicznej 119 Literatura 125 5. Nanometale 130 5.1. Metody wytwarzania 131 5.1.1. Osadzanie z fazy gazowej lub ciekłej 132 5.1.2. Szybkie chłodzenie i nanokrystalizacja z fazy amorficznej 133 5.1.3. Konsolidacja nanoproszków 134 5.1.4. Metody dużego odkształcenia plastycznego 135 5.2. Właściwości nanometali 143 5.3. Przykłady zastosowań nanometali 151 Literatura 154 6. Nanoproszki i nanospieki ceramiczne 157 6.1. Charakterystyczne właściwości nanoproszków 158 6.1.1. Powierzchnia właściwa 158 6.1.2. Aglomeracja nanocząstek 160 6.1.3. Właściwości magnetyczne 163 6.2. Metody wytwarzania nanoproszków 164 6.2.1. Metody osadzania z fazy gazowej 164 6.2.2. Metody osadzania z fazy ciekłej 165 6.2.3. Metody rozdrabniania 168 6.3. Eksperymentalne metody pomiaru wielkości nanocząstek 170 6.3.1. Metody pośrednie 170 6.3.2. Metody bezpośrednie 172 6.3.3. Parametry charakteryzujące populację nanocząstek 173 6.4. Formowanie i spiekanie nanoproszków 176 6.4.1. Zagęszczanie 177 6.4.2. Spiekanie 178 6.4.3. Badania skonsolidowanych proszków 181 Literatura 184 7. Nanokompozyty 186 7.1. Podstawowe pojęcia 186 7.2. Metody wytwarzania 194 7.2.1. Nanokompozyty ceramiczne i metaliczne 194 7.2.2. Nanokompozyty polimerowe 201 7.3. Wpływ nanonapełniacza na właściwości nanokompozytów 205 7.4. Przykłady zastosowań 213 Literatura 218 8. Nanowarstwy powierzchniowe 220 8.1. Metody otrzymywania 223 8.1.1. Wytwarzanie pasywnych warstw tlenkowych 223 8.1.2. Metody osadzania z fazy gazowej 224 8.1.3. Osadzanie elektrolityczne 227 8.1.4. Metody mechaniczne 228 8.2. Metody charakteryzowania 230 8.2.1. Badania spektroskop