ebook Nanomateriały inżynierskie konstrukcyjne i funkcjonalne

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2010

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 treści ebooka Nanomateriały inżynierskie konstrukcyjne i funkcjonalne

Przedmowa 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 spektroskopowe 230
8.2.2. Badania mikrostruktury 234
8.2.3. Pomiary właściwości mechanicznych 239
8.3. Przykłady 243
8.3.1. Nanowarstwy tlenkowe na metalach 243
8.3.2. Powłoki PVD na bazie azotków metali 247
Literatura 253
9. Nanowłókna 256
9.1. Wprowadzenie – nanowłókna polimerowe 256
9.2. Metody wytwarzania nanowłókien 257
9.2.1. Ciągnienie nanowłókien 258
9.2.2. Synteza według szablonu 259
9.2.3. Rozdzielanie faz 259
9.2.4. Samoorganizacja molekularna 259
9.2.5. Elektroprzędzenie nanowłókien 260
9.3. Proces elektroprzędzenia z roztworu 260
9.3.1. Parametry roztworu polimerowego 261
9.3.2. Wpływ warunków procesu 264
9.3.3. Wpływ parametrów otoczenia na proces 266
9.4. Elektroprzędzenie ze stopionego polimeru 267
9.5. Wytwarzanie nanowłókien o różnej morfologii 267
9.5.1. Nanowłókna porowate 268
9.5.2. Nanowłókna płaskie lub wstążkowe 268
9.5.3. Nanowłókna rozgałęzione 269
9.5.4. Nanowłókna wydrążone 270
9.5.5. Nanowłókna o różnej kompozycji 271
9.5.6. Nanowłókna ukierunkowane 271
9.6. Charakteryzacja właściwości nanowłókien 272
9.6.1. Morfologia nanowłókien 272
9.6.2. Właściwości mechaniczne nanowłókien 275
9.7. Zastosowanie nanowłókien w medycynie 277
9.7.1. Inżynieria tkankowa 277
9.7.2. Uwalnianie leków 282
9.7.3. Materiały opatrunkowe 283
Literatura 284
10. Nanostruktury węglowe 288
10.1. Nanorurki węglowe 291
10.1.1. Struktura nanorurek węglowych 291
10.1.2. Struktura elektronowa nanorurek węglowych 293
10.1.3. Wytwarzanie nanorurek węglowych 294
10.1.4. Oczyszczanie i funkcjonalizacja nanorurek węglowych 299
10.1.5. Rozpuszczalność nanorurek węglowych 303
10.1.6. Dyspersja nanorurek węglowych 304
10.1.7. Właściwości nanorurek węglowych – podsumowanie 306
10.1.8. Zastosowania nanorurek węglowych 307
10.2. Nanorurki innych pierwiastków 307
10.3. Galeria obrazów TEM przedstawiających nanorurki węglowe 308
Literatura 313
11. Nanomateriały inspirowane obserwacjami przyrody 314
11.1. Nanomateriały w przyrodzie 314
11.2. Przykład okrzemków jako gotowych wzorców 317
11.3. Inżynieria biomimetyczna nanomateriałów 321
Literatura 326
12. Zrównoważony rozwój nanomateriałów inżynierskich 328
12.1. Toksyczność nanomateriałów 328
12.2. Zagrożenia dla człowieka i środowiska 331
12.3. Bezpieczeństwo pracy z nanomateriałami 334
Literatura 336
13. Perspektywy nanorewolucji materiałów inżynierskich 338
13.1. Odkrywanie skali nanometrycznej w materiałach konwencjonalnych 338
13.2. Nanomodyfikacja 341
13.3. Nanomateriały do wytwarzania mikroelementów 342
13.4. Prognozy rozwoju rynku nanomateriałów 344
13.4.1. Przykłady zastosowań nanomateriałów 345
Skorowidz 351