Наноструктурні матеріали — Енциклопедія Сучасної України

Наноструктурні матеріали

НАНОСТРУКТУ́РНІ МАТЕРІА́ЛИ – метастабільні системи, для яких характерний розмір елемента структури, що хоча б в одному напрямі не перевищує 100 нм. Ін. назва – наноматеріали (див. також Нанотехнології). Більшість аномал. ефектів обумовлені малими розмірами елементів структури, що належать до діапазону 10–50 нм і менше. Нижня границя розмірів строго не визначена, однак існує певний гранич. розмір сукупності атомів або молекул, для якого все ще справедливі термодинам. уявлення про фази, що обмежені поверхнею розділу, а властивості є відображенням колектив. реакції цієї сукупності на зовн. вплив. Поняття елемента структури потребує додатк. пояснення. В ієрархії структур. рівнів, що характеризують будову фіз.-хім. системи, виділяють такі: атомно-молекуляр. (0,1–1 нм); супрамолекуляр. і кластер. (0,5–5 нм); мікроскопіч., або зерно-гетерофаз. (5 нм – 100 мкм); макроскопічний (> 100 мкм). Відповідно до цієї класифікації Н. м. можна віднести до кластер. та зерно-гетерофаз. рівнів. Таким чином, елементами структури вважають кластери, частинки, зерна, фазові включення або прошарки, між якими існують переважно некогерентні поверхні розділу, тобто такі об’єкти структури, що підпадають під термодинам. визначення фази. Особливий клас наноструктур. систем складають системи з кластер. структурою, напр., закристалізов. аморфні сплави, структури розпаду речовин у нерівноваж. стані, а також макромолекули, напр., фулерени, нанотрубки, супрамолекулярні кластери та ін. Кластерні наноматеріали є окремим випадком консолідов. наноматеріалів, а молекулярні кластери є елементами структури нанокомпозитів. Осн. елемент структури консолідов. наноматеріалів – зерно. Сукупність зерен може мати ізотропну й анізотропну структуру, зокрема текстуру. Крім того, розподіл зерен за розмірами відображає технол. особливості отримання наноматеріа­лів і багато в чому визначає їх термічну стабільність. Своєрід. елементами структури консолідов. наноматеріалів є пори. Коли об’єм пор дорівнює об’єму речовини або його перевершує, то вживають поняття нанопористих матеріалів. Визначаючи наноструктуру, виділяють 4 категорії об’єктів відповідно до їхньої розмірності: нульмірні – нанокластери, наночастинки, квант. точки; одномірні – нанотрубки, нанодроти, волокна; двовимірні – тонкі плівки та багатошар. наноматеріали; тривимірні – наноструктурні полікристали. Амер. науковець Г. Ґлейтер запропонував класифікацію консолідов. наноструктур. об’єктів відповідно до форми структур. елементів, їх розташування в просторі та хім. складу. Першу групу складають ізольовані або слабо пов’язані між собою малі частинки, тонкі волокна або тонкі плівки. Структурні елементи в таких нанорозмір. системах у 3-х, 2-х або одному вимірі відповідно. Друга група – це наноструктурні за товщиною поверхн. шари, що не відокремлені від масив. підкладки або відрізняються від неї хім. складом і структурою. Ці шари можуть бути й самі наноструктурними, тобто складатися з нанорозмір. зерен. У межах шару структура може бути однорідною, гетерофазною, періодично-шаруватою або градієнтною. Третю групу складають масивні наноструктурні тіла, що можуть бути однофазними (мікрооднорідними) або гетерофазними (мікронеоднорідними), але однорідними макроскопічно. Такі тіла або матеріали переважно бувають нанокристалічними, тобто струк­турні елементи, з яких вони складаються, мають кристалічну будову та характерні розміри, а границі між ними відповідають більше кутовим границям зерен (див. Нанокристалічні матеріали). Проблемами Н. м. займаються фахівці багатьох ін-тів НАНУ (зокрема проблем матеріалознавства; фізики; металофізики; фізики напівпровідників; електрозварювання; магнетизму; усі – Київ; фіз.-тех. низьких т-р; монокристалів; обидва – Харків; Донец. і Харків. фіз.-тех.) та низки укр. ВНЗів. В Україні виходить зб. наук. пр. «Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології». До 2015 друкували ж. «Наноструктурное материаловедение». Проведено 7 міжнар. конф. «Нанотехнології та наноматеріали» (1-а – 2013, курорт Буковель, Івано-Фр. обл.; 2-а, 3-я та 4-а – 2014–16, Львів. ун-т; 5-а – 2017, Чернів. ун-т; 6-а – 2018, Київ. ун-т; 7-а – 2019, Нац. ун-т «Львів. політехніка»).

Літ.: H. Gleiter. Nanostructured mate­rials: state of the art and perspectives // Nanostructured Materials. 1995. Vol. 6; Його ж. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure // Acta Mate­rialia. 2000. Vol. 48, № 1; Андриевский Р. А., Рагуля А. В. Наноструктурные материа­лы. Москва, 2005; Скороход В. В., Рагуля А. В. Наноструктурное состояние материалов // Неорган. материаловедение. Т. 1. Основы науки о материалах. К., 2007; Вони ж. Консолидованные наноструктурные ма­териалы. К., 2007; Заячук Д. М. Нанотехнології і наноструктури: Навч. посіб. Л., 2009; Свечников Г. С., Морозовская А. Н. Нанотрубки и графен – ма­териалы электро­ники будущего. К., 2009; Глинчук М. Д., Рагуля А. В. Наноферроики. К., 2010; Зауличный Я. В. и др. Углеродные нано­материалы: электронное строение и процессы структурообразования. К., 2012; Азарєнков М. О. та ін. Наноматеріали і нанотехнології: Навч. посіб. Х., 2014.

А. В. Рагуля

Статтю оновлено: 2020

Покликання на статтю
А. В. Рагуля . Наноструктурні матеріали // Енциклопедія Сучасної України: електронна версія [веб-сайт] / гол. редкол.: І.М. Дзюба, А.І. Жуковський, М.Г. Железняк та ін.; НАН України, НТШ. Київ: Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2020. URL: https://esu.com.ua/search_articles.php?id=71845 (дата звернення: 18.09.2021)