Тепловые свойства наноматериалов

Наноматериалы

Способы получения наноматериалов можно разделить на две основные группы: диспергирование макроскопических материалов и сборка из атомов. Выделяют следующие основные типы современных наноматериалов: нанокристаллы, нанокластеры, нанопористые структуры, наноструктурированные пленки и поверхности, наночастицы, коллоиды или нанодисперсии, нанотрубки, наноленты, нановолокна. Наноматериалы классифицируются по следующим признакам:

1. Назначение. Согласно данному признаку наноматериалы делятся на конструкционные, функциональные, композиционные.
2. Количество измерений. Согласно данному признаку наноматериалы делятся на нульмерные - сфероидные наночастицы и квантовые точки; одномерные - нанотрубки и квантовые проводники; двумерные - поверхности разделов и тонкие пленки; трехмерные - нанокластеры, многослойные структуры с наноразмерными дислокациями и сверхрешетки.

Статья: Тепловые свойства наноматериалов

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Найти решение задачи

В большинстве случаев свойства наноматериалов отличаются от аналогичных свойств материалов в массивном состоянии. У наноматериалов наблюдается изменение магнитных, тепловых и электропроводных свойств. В особо маленьких материалах можно заметить изменение температуры плавления в сторону снижения.

Тепловые характеристики наноматериалов

К тепловым характеристикам относятся:

1. Температура плавления, которая определяется для материалов с кристаллической решеткой, переходящих из твердого состояния в жидкое при определенной температуре.
2. Температура размягчения, которая определяется для материалов с аморфной структурой, переходящих из твердого состояния в жидкое в определенном интервале температур.
3. Теплостойкость, которая позволяет оценивать стойкость материала к кратковременному нагреву.
4. Холодостойкость - способность материала выдерживать низкие температуры. При низкой температуре механические свойства материалов, такие как гибкость и пластичность ухудшаются. По этой причине испытания на холодостойкость проводятся при одновременном воздействии вибраций.
5. Нагревостойкость, которая заключается в способности материала выдерживать действие повышенной температуры, продолжительность которого равняется сроку нормальной эксплуатации и не сопровождающееся ухудшением свойств.
6. Теплопроводность, характеризующая процесс переноса тепла к менее нагретым частям от более нагретых. Численно данная характеристика определяется коэффициентом теплопроводности. Чем ниже данный коэффициент, тем больше вероятность теплового пробоя.
7. Тепловое расширение, которое оценивается коэффициентом линейного расширения равного относительному увеличению линейного размера при изменении температуры на 1 градус по Цельсию.

Тепловые свойства некоторых наноматериалов

Одними из самых известных и наиболее распространенных наноматериалов являются углеродные нанотрубки. Данные материалы обладают уникальными тепловыми свойствами, делающими их особенными для разработки новых материалов. Их теплопроводность намного лучше, чем у алмаза. У одностенной углеродной нанотрубки теплопроводность при комнатной температуре вдоль оси составляет 3500. Ее температурная стабильность на воздухе около 750 градусов по Цельсию, а в вакууме может достигать 2800 градусов по Цельсию. Они используются в производстве бейсбольных бит, сенсорных устройств, плоских дисплеев, спортивного оборудования, морских красок, ветряных турбин, сканирующих зондовых микроскопов и хоккейных клюшек. Теплопроводность большинства углеродных наноматериалов существенно отличается от других аллотропных форм углерода. Например, коэффициент теплопроводности материала, который наполнен нанотрубками в 60 раз меньше, чем у графита.

Нанодисперсии или наножидкости являются перспективным наноматериалом, представляющими собой жидкость, в которой содержатся частицы и агломераты частиц размером от 0,1 до 100 нанометров. Перспективным материалов их делают уникальные тепловые свойства. Нанодисперсии обладают значительно увеличенными теплопроводностью и конвективным коэффициентом передачи тепла по сравнению с жидкостями-носителями. Использование сильноразбавленных наножидкостей в качестве носителя тепла значительно увеличивает плотность критического теплового потока в установках кипящего типа. Они используются при производстве топливных элементов, в фармацевтике, микроэлектронике и при изготовлении гибридных двигателей. Хорошими тепловыми свойствами также обладает графен, к таким свойствам относятся высокая теплопроводность и термическая стабильность.