Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1. Коэффициент диффузии в зависимости от времени старения при 500оС состава Pb0.36Ge0.64Te. Буквы соответствуют фазовому состоянию представленному ниже.
(фазовое состояние, к Рис.1)
Рис.2.
Рис.3. Гипотетическая модель образования шарообразных полисульфоновых частиц.

Спинодальный распад и материалы

Ключевые слова:  материаловедение, спинодальный распад

Автор(ы): Погосова М.А., Силич К.А., Щукин А.Е.

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

17 октября 2010

Спинодаль - линия или поверхность на фазовой диаграмме, которая отделяет область метастабильных состояний (фаз) от лабильных, то есть абсолютно неустойчивых. Неустойчивая фаза самопроизвольно распадается на устойчивые. Это – необратимый процесс, который определяется локальными флуктуациями концентраций компонентов смеси.

Спинодальный распад отличается от распада метастабильных фаз тем, что последний связан с образованием зародышей, а первый происходит равномерно по всему материалу.

Спинодальный распад происходит в различных материалах: сплавах, стеклах, гелях, керамиках, жидких растворах и растворах полимеров. Пример – образование неоднородной смеси, имеющей мелкозернистую структуру, при резком охлаждении некоторых твердых растворов. [1]

Ниже приведены некоторые примеры использования спинодального распада для получения материалов с различными функциональными свойчтвами.

Широкое распространение в технике при обработке материалов давлением, изготовлении медицинских инструментов, автомобильной промышленности и многих других областях получили сплавы системы Fe-Cr. Эти сплавы представляют собой собой сталь ферритно-мартенситного класса Fe-12Cr-Si-Mo-W-V-Nb-B с ОЦК-решеткой. Особый интерес в настоящее время проявляется к данным сплавам в ядерной технике, поскольку они обладают рядом преимуществ по сравнению с широко применяемыми аустенитными сталями (отсутствие вакансионного распухания, что чрезвычайно важно для техники реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных реакторов). Также для сплавов Fe-Cr важнейшей особенностью является их склонность к упрочнению и охрупчиванию. В значительной степени все эти свойства связаны с фазовыми переходами, присущими данной системе. Считается, что изменение свойств обусловлено двумя процессами. Первый проявляется при высоких температурах (600-800оС) и представляет собой образование сигма-фазы, происходящее при концентрации Cr 45-50%. Эта чрезвычайно твёрдая интерметаллидная фаза имеет сложную решетку и преимущественно неметаллический характер химической связи. Второй процесс – это превращение, происходящее при более низких температурах – спинодальное расслоение твердого раствора и выделение при температурах 450-550оС когерентно связанной с решеткой альфа-фазы, при этом формируются области, обогащенные хромом до 82%. Выделение карбидных, нитридных или силицидных фаз в начальной стадии спинодального расслоения ускоряют его протекание. [2]

В работе [3] спинодальный распад эпитаксиальных твердых растворов AlxGa1-xAs и GaxIn1-xP происходит с образованием периодического распределения выделяющихся фаз, а также, как следствие, упорядочению нано- и микрорельефа на поверхности твердого раствора, что улучшает полупроводниковые свойства.

В работе [4] рассматривается получение термоэлектрических материалов, в частности на основе сплава состава Pb0,36Ge0,64. Для получения эффективного двухфазного термоэлектрического материала, крайне важно уменьшить коэффициент диффузии (уменьшение точечных нанодеффектов и

граничных рассеивающих эффектов). Благодаря эффекту спинодального распада, время старения (при 500˚С) в процессе формирования материалаудается сократить до 1-2 минут. При этом минимум коэффициента диффузии достигается при старении продолжительностью 1 мин (рис.1.).

Явление термоэлектрической проводимости связано с преобразованием электричества в температурный градиент. Более того, этот подход используется для охлаждения и производства электричества при нагревании. Эффективность подобных материалов зависит от сочетания различных свойств входящих в его состав материалов и выражается коэффициентом ZT. Коммерческое применение возможно при ZT около 0,8. И лишь несколько известных материалов обладают ZT превышающим единицу.

Также, получение наноструктурированных термоэлектрических материалов с очень низкой термической проводимостью рассматривается в работе [5]. Системы (PbTe)1-x(PbS)x (Pb0,95Sr0,05Te)1-x(PbS)x не являются твердыми растворами. Они состоят из областей насыщенных PbTe и PbS. Но, благодаря процессу спинодального распада, размеры этих областей настолько малы, что по своим характеристикам полученный материал соответствует нормальному твердому раствору. Для этих систем при х=0,08 ZT≈1,5! (проявляется смесь эффектов: нуклеация и спинодальный распад). Что намного выше, чем в случаях не-наноструктурированных материалов того же состава при всех температурах. Спинодальный распад позволяет сделать метастабильный одноофазный твердый раствор, состоящий из двух объемных фракций, термодинамически более стабильным. На рис.2 схематично представлено различие результатов спинодального распада (stripes) и нуклеации и роста (dot).

Принцип спинодального разрушения лежит также в основе механизма образования полисульфоновых мембран для очистки воды [6]. Гипотетическая модель этого процесса представлена на рис.3.

Также спинодальный распад в присутствии нано- и микропор может использоваться для синтеза нанотрубок и наностержней. [7]

Подготовили Щукин А.Е., Силич К.А., Погосова М.А. (химический факультет МГУ)

Список литературы

  1. Морачевский А.Г., Смирнова Н.А., Пиотровская Е.М. и др. Термодинамика равновесия жидкость-пар. Под ред. А.Г. Морачевского. Л.: Химия. 1989. C 344.
  2. Лаборатория материаловедения и наноструктурирования. Москва. Сокольническая пл., 4А.
  3. Середин Н.В. Спинодальный распад в эпитаксиалных твердых растворах гетероструктур AlxG1-xAs/GaAs(100) b GaxIn1-xP/GaAs(100). // Известия самарского научного центра российской академии наук. 2009. Т 11. №3. УДК 539.26-405.
  4. S. Gorsse, P. Bauer Pereira, R. Decourt, E. Sellier. Microstructure Engineering Design for Thermoelectric Materials:An Approach to Minimize Thermal Diffusivity. // Chem. Mater. 2010. №22. Р988–993
  5. J.Androulakis, C.Lin, H.Kong, C.Uher, C.Wu, T. Hogan, B.A. Cook, T. Caillat, K. Paraskevopoulos, M.G.Kanatzidis. Spinodal Decomposition and Nucleation and Growth as a Means to Bulk Nanostructured Thermoelectrics: Enhanced Performance in Pb1-xSnxTe-PbS. // J|A|C|S articles. Published on Web 07/13/2007.
  6. Schaftenaar, H. Theory and Examples of Spinodal Decomposition in a Variety of Materials - http://de.scientificcommons.org/35527410 (дата обращения: 01.08.2010)



Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 


Комментарии
Журавлева Наталья, 17 октября 2010 20:57 
Опечатка "свойчтвами"
А, вот, интересно, авторы хоть определения спинодального распада и спинодалей дать в состоянии? А откуда берется при с.р. ламелярная морфология и чем определяется размер ламелей? А чт о уравнивается в уравнении Кана? Что-то по приведенному тексту - сомнительно...
Потому и написал, что Интернет - знания. Может,ты мог бы кусочек из диссера популярно изложить про это, да еще плюс пару картинок своих. Или, на худой конец, дать в библиотеку автореферат, тогда я его в этой статье в начале ссылкой сделаю...
Жень, автореферат я тебе уже с неделю как выслал. А сейчас его и с сайта ВАК скачать можно ( http://vak.e...hp?id4=2907)...
Трусов Л. А., 18 октября 2010 01:22 
нам, школьникам, незнакомы и непонятны эти ваши умные научные "вещи"
Владимир Владимирович, 18 октября 2010 02:47 
вам, школьникам!
Саша, если высылал на инорг, то не видел, не дошло - барахлит. Выслал бы на гмэйл... :-)

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Monsters Inc.
Monsters Inc.

В Стокгольме прошла церемония вручения Нобелевских премий
10 декабря в Стокгольмской филармонии прошла церемония вручения Нобелевских премий

Cолнечную батарею из белка и квантовых точек создали в России
Ученые НИЯУ МИФИ создали "солнечную батарею" на основе гибридного материала, состоящего из квантовых точек и светочувствительных белков. Авторы разработки считают, что она имеет большой потенциал для солнечной энергетики и оптической обработки информации. Результаты исследования опубликованы в "Biosensors and Bioelectronics".

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Юрий Добровольский: «Через 50 лет вся энергия будет вырабатываться биоорганизмами»
Андрей Бабицкий, Юрий Добровольский
Главный редактор ПостНауки Андрей Бабицкий побеседовал с химиком Юрием Добровольским о науке о материалах, будущем энергетики и новых аккумуляторах

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.