Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках

Проведен компьютерный анализ публикаций, представленных в автоматизированной Международной материаловедческой Базе Данных Materials Science Citation Index, по проблеме компактных (консолидированных) наноматериалов. Рассмотрены информационные потоки по различным типам наноматериалов, методам их получ...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Вопросы атомной науки и техники
Дата:	2003
Автори:	Тихоновский, М.А., Шепелев, А.Г., Пантеенко, Л.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2003
Теми:	Физика и технология конструкционных материалов
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111384
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках / М.А. Тихоновский, А.Г. Шепелев, Л.В. Пантеенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 5. — С. 103-110. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111384
record_format	dspace
spelling	Тихоновский, М.А. Шепелев, А.Г. Пантеенко, Л.В. 2017-01-09T18:04:54Z 2017-01-09T18:04:54Z 2003 Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках / М.А. Тихоновский, А.Г. Шепелев, Л.В. Пантеенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 5. — С. 103-110. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111384 620.18 Проведен компьютерный анализ публикаций, представленных в автоматизированной Международной материаловедческой Базе Данных Materials Science Citation Index, по проблеме компактных (консолидированных) наноматериалов. Рассмотрены информационные потоки по различным типам наноматериалов, методам их получения и исследуемым свойствам. Определен вклад основных стран в общее число публикаций по этим направлениям. Представлена информация о некоторых национальных и международных программах в области наноматериалов и нанотехнологий. Проведено комп'ютерний аналіз публікацій, представлених в автоматизірованій Міжнародній матеріалознавчій базі "Materials Science Citation Index", по проблемі компактних (консолідірованих) наноматеріалів. Розглянуто інформаційні потоки по різним типам наноматеріалів, методам їх отримання і досліджуваним властивостям. Визначено вклад основних країн в загальну кількість публікацій по цим напрямкам. Представлена інформація про національні та міжнародні програми в галузі наноматеріалів і нанотехнологій. Computer analysis has been performed using the publications presented in the automatic International materials science DataBase “Materials Science Citation Index” on compact (consolidated) nanomaterials. Consideration was given to the information flows on different types of nanomaterials, methods of their production and the properties studied. Contributions of major countries to the total number of publications on the topics under consideration were determined. Information is presented on certain national and international programs in the field of nanomaterials and nanotechnologies. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках Наноматеріали: аналіз тенденцій розвитку на основі данних про інформаційні потоки Nanomaterials: analysis of trends of development, based on information flow data Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках
spellingShingle	Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках Тихоновский, М.А. Шепелев, А.Г. Пантеенко, Л.В. Физика и технология конструкционных материалов
title_short	Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках
title_full	Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках
title_fullStr	Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках
title_full_unstemmed	Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках
title_sort	наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках
author	Тихоновский, М.А. Шепелев, А.Г. Пантеенко, Л.В.
author_facet	Тихоновский, М.А. Шепелев, А.Г. Пантеенко, Л.В.
topic	Физика и технология конструкционных материалов
topic_facet	Физика и технология конструкционных материалов
publishDate	2003
language	Russian
container_title	Вопросы атомной науки и техники
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
format	Article
title_alt	Наноматеріали: аналіз тенденцій розвитку на основі данних про інформаційні потоки Nanomaterials: analysis of trends of development, based on information flow data
description	Проведен компьютерный анализ публикаций, представленных в автоматизированной Международной материаловедческой Базе Данных Materials Science Citation Index, по проблеме компактных (консолидированных) наноматериалов. Рассмотрены информационные потоки по различным типам наноматериалов, методам их получения и исследуемым свойствам. Определен вклад основных стран в общее число публикаций по этим направлениям. Представлена информация о некоторых национальных и международных программах в области наноматериалов и нанотехнологий. Проведено комп'ютерний аналіз публікацій, представлених в автоматизірованій Міжнародній матеріалознавчій базі "Materials Science Citation Index", по проблемі компактних (консолідірованих) наноматеріалів. Розглянуто інформаційні потоки по різним типам наноматеріалів, методам їх отримання і досліджуваним властивостям. Визначено вклад основних країн в загальну кількість публікацій по цим напрямкам. Представлена інформація про національні та міжнародні програми в галузі наноматеріалів і нанотехнологій. Computer analysis has been performed using the publications presented in the automatic International materials science DataBase “Materials Science Citation Index” on compact (consolidated) nanomaterials. Consideration was given to the information flows on different types of nanomaterials, methods of their production and the properties studied. Contributions of major countries to the total number of publications on the topics under consideration were determined. Information is presented on certain national and international programs in the field of nanomaterials and nanotechnologies.
issn	1562-6016
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111384
citation_txt	Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках / М.А. Тихоновский, А.Г. Шепелев, Л.В. Пантеенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 5. — С. 103-110. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT tihonovskiima nanomaterialyanaliztendenciirazvitiânaosnovedannyhobinformacionnyhpotokah AT šepelevag nanomaterialyanaliztendenciirazvitiânaosnovedannyhobinformacionnyhpotokah AT panteenkolv nanomaterialyanaliztendenciirazvitiânaosnovedannyhobinformacionnyhpotokah AT tihonovskiima nanomateríalianalíztendencíirozvitkunaosnovídannihproínformacíinípotoki AT šepelevag nanomateríalianalíztendencíirozvitkunaosnovídannihproínformacíinípotoki AT panteenkolv nanomateríalianalíztendencíirozvitkunaosnovídannihproínformacíinípotoki AT tihonovskiima nanomaterialsanalysisoftrendsofdevelopmentbasedoninformationflowdata AT šepelevag nanomaterialsanalysisoftrendsofdevelopmentbasedoninformationflowdata AT panteenkolv nanomaterialsanalysisoftrendsofdevelopmentbasedoninformationflowdata
first_indexed	2025-11-26T11:42:39Z
last_indexed	2025-11-26T11:42:39Z
_version_	1850619830788423680
fulltext	УДК 620.18 НАНОМАТЕРИАЛЫ: АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ОБ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКАХ М.А. Тихоновский, А.Г. Шепелев, Л.В. Пантеенко Национальный научный центр « Харьковский физико-технический институт», 61108, г. Харьков, Украина; е-mail: tikhonovsky@kipt.kharkov.ua Проведен компьютерный анализ публикаций, представленных в автоматизированной Международной материаловедческой Базе Данных Materials Science Citation Index, по проблеме компактных (консолидиро- ванных) наноматериалов. Рассмотрены информационные потоки по различным типам наноматериалов, ме- тодам их получения и исследуемым свойствам. Определен вклад основных стран в общее число публикаций по этим направлениям. Представлена информация о некоторых национальных и международных програм- мах в области наноматериалов и нанотехнологий. По мнению многочисленных экспертов, 21 век ознаменуется новой научно-технической революци- ей, связанной с так называемыми нанотехнологиями и наноматериалами. Хотя для понятия «нанотехно- логия», введенного, как известно, Ричардом Фейн- маном в 1959 г, нет четкого однозначного определе- ния, из аналогии с существующими ныне микротех- нологиями следует, что нанотехнологии - это техно- логии, оперирующие величинами порядка наномет- ра. Другими словами, это технологии высочайшего уровня, позволяющие работать с небольшими груп- пами атомов или молекул и даже с отдельными ато- мами. Основная идея нанотехнологии заключается в том, что практически любая химически стабильная структура может быть, если это не запрещено физи- ческими законами, построена (собрана) искусствен- но путем соответствующей манипуляции с отдель- ными атомами или их группами. Поэтому переход от «микро» к «нано» — это уже не количественный, а качественный переход — скачок от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами. Возможности нанотехнологий представляются поистине неограниченными — от производства компьютеров с терагерцовой тактовой частотой до создания молекулярных роботов-врачей, которые «жили» бы внутри человеческого организма, предотвращая или устраняя все возникающие повре- ждения, включая повреждения генетические. (Кста- ти, термин наномедицина уже прочно вошел в меж- дународную практику — см., например, www.foresight.org/Nanomedicine/). Подробнее о пер- спективах нанотехнологий изложено в книгах [1-4]. Осознание стратегической важности исследова- ний в этой области привело к тому, что в разных странах на уровне правительств и крупнейших фирм созданы и успешно выполняются программы работ по нанотехнологиям. Первые такие масштабные программы начали осуществляться в Японии, начи- ная с 1981 года (крупнейшим был проект «Aono Atom Craft Project»). В ноябре 1995 г. в этой стране был принят закон, согласно которому в течение пяти лет (начиная с 1996 г.) государственное финансиро- вание работ по нанотехнологиям составило 160 мил- лионов долларов. При этом финансирование из всех источников составляло от 95 до 150 миллионов дол- ларов в год. Постепенно аналогичные проекты и программы «стартовали» в США и Западной Европе (общий объем финансирования этих работ в Япо- нии, США и Западной Европе в 1997 г. составлял около 500 миллионов долларов). В США отставание от Японии по темпам роста объёма финансирования работ в области нанотехно- логий стало предметом серьезного государственного обсуждения. В результате в 2000 г была сформиро- вана «Национальная нанотехнологическая инициа- тива» (National Nanotechnology Initiative (NNI) - http://nano.gov). По решению правительства США работы по нанотехнологии получили высший прио- ритет, а при президенте страны организован специ- альный комитет, координирующий работы по нано- технологии в крупнейших отраслях науки и про- мышленности. При этом объем государственного финансирования был увеличен в два раза. В даль- нейшем это финансирование из года в год суще- ственно возрастало (табл.1). Европейские страны также своевременно поняли важность этих работ и в Шестой рамочной програм- ме Евросоюза (2002-2006 гг.) исследования и разра- ботки в области нанотехнологий были признаны приоритетными. На их финансирование в течение пяти лет предполагается затратить 1 млрд. 300 млн. евро (www.cordis.lu/nmp/whatis.htm). В России в декабре 2002г. состоялась сессия Рос- сийской академии наук, посвященная вопросам на- нотехнологий и наноматериалов (Вестник РАН, 2003 г, т.73, №5), где было принято решение о под- держке российских программ в этой области. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.103-110. 103 http://www.cordis.lu/nmp/whatis.htm http://nano.gov/ http://www.foresight.org/Nanomedicine/ Таблица 1 Объемы финансирования работ по нанотехнологиям (в млн. долларов) в рамках американской государственной программы NNI Год 2001 2002 2003 2004 (запрос) Финансирование 422 604.4 774 847 Следует отметить, что кроме государственного финансирования, которое в значительной мере направлено на развитие фундаментальных исследо- ваний, работы по нанотехнологиям финансируются фирмами, причем объем затрат со стороны фирм многократно превышает государственные вложения. Например, только фирма INTEL на разработки в об- ласти создания на базе нанотехнологий сверхбы- стродействующих вычислительных устройств тра- тит более 1 млрд. долларов в год. Такая «щедрость» вполне понятна, если учесть, что по американским прогнозам мировой рынок нанотехнологической продукции через 10-15 лет составит около 1 трлн. долларов в год. При этом доля наноматериалов, ко- торым посвящена данная статья, в этой продукции оценивается в 340 млрд. долларов [3-5]. Как и понятие «нанотехнология», термин «нано- материалы» (а также близкие по смыслу термины «наноструктурные материалы», «нанокристалличе- ские материалы», «нанофазные материалы», «нано- композитные материалы») не имеет строгого опре- деления. Первоначально Глейтер (см.[5,6]), который первым ввел в научную терминологию это понятие (как «нанокристаллические» материалы), основной упор сделал на решающей роли многочисленных по- верхностей раздела в материалах этого класса, кото- рые могут приводить к кардинальному изменению свойств материала (изложение истории развития ра- бот по наноматериалам дано в работе[5]). Такие из- менения вполне вероятны, если доля объема матери- ала, приходящаяся на границы раздела, достаточно велика (50% и более). Эту долю можно оценить из соотношения 3s/L, где L - размер зерен, а s - «шири- на» границы. Если принять s ≈1 нм, то для достиже- ния высокой объемной доли границ (50%) размер зе- рен должен быть около 6 нм. В дальнейшем стало принято относить к наноматериалам такие материа- лы, у которых размер структурных составляющих (зерен, фаз и др.) не превышает ≈100 нм по крайней мере в одном измерении. Этот предел, разумеется, достаточно условен. Для конкретного физического свойства размер L необходимо соотносить с харак- терным расстоянием, контролирующим тот или иной физический процесс (например, размер петли Франка-Рида для скольжения дислокаций, размер доменов для магнитных свойств, длина свободного пробега электронов для электрокинетических харак- теристик, длина когерентности для сверхпроводя- щих свойств и т.д.). Однако, как показали многочис- ленные исследования, именно в области ниже нескольких сот нанометров наблюдаются значитель- ные практически важные изменения свойств матери- алов (прочности, твердости, коэрцитивной силы и др.). Подробнее о свойствах наноматериалов и осо- бенностях протекания физических процессов в них сообщается в работах [3-6]. Поток работ в области разработки методов полу- чения и исследования свойств наноматериалов на- растает лавинообразно. Проходит до 20 различных конференций в год (в частности, в 2004 г в Герма- нии состоится уже 7-я крупнейшая Международная конференция по наноструктурным материалам- NANO 2004), издаются специализированные журна- лы (в частности — Nanostructured Materials). В тоже время значительная часть информации публикуется в традиционных материаловедческих и физических журналах. Для оценки тенденций развития исследо- ваний в данной работе сделана попытка проанализи- ровать поток научной информации, опираясь на до- статочно представительную автоматизированную Базу Данных Института Научной Информации США “Materials Science Citation Index” (MSCI, 1991- 2002 гг.). Компьютерный анализ проводился по бо- лее чем тридцати ключевым словам и понятиям по следующим направлениям: типы наноструктурных объектов или материалов (металлы и сплавы; кера- мика; полупроводники; полимеры); методы получе- ния наноматериалов (порошковая технология; пленочная технология; закалка из жидкого состоя- ния и контролируемая кристаллизация из аморфного состояния; интенсивная пластическая деформация; механическое сплавление); свойства наноструктур- ных материалов (механические; магнитные; элек- трические или электронные; оптические или опто- электронные; химические или каталитические). Основным языком публикации, судя по данным БД MSCI, является английский, а основной тип публи- каций – статьи в научных журналах. Отметим, что мы намеренно исключили из ана- лиза такие специфические нанометрические объек- ты, как углеродные нанотрубки, кластеры, нанопро- волоки и др., сосредоточившись на рассмотрении «компактных» или «консолидированных» [3,5] ма- териалов. Ниже приводятся и анализируются дан- ные по отмеченным выше направлениям. ТИПЫ НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИА- ЛОВ Наибольшее число публикаций за 1991-2002 гг. (около 10 тысяч) посвящено изучению металлов и сплавов (рис.1 и табл. 2). При этом явным лидером являются специалисты США (рис.2, табл. 2), опубликовавшие почти вдвое больше работ, чем находящиеся на втором месте ученые Японии. Обращает внимание относительно большое число польских публикаций, в особенности ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.103-110. 104 по сравнению с Украиной (<1 %), традиционно счи- тающейся сильной в разработке и исследовании ме- таллических материалов. Частично это может объяс- няться недостаточно полным реферированием укра- инских материаловедческих журналов и в особенно- сти трудов конференций в Базе Данных. Можно предположить также, что в сообществе украинских металловедов и металлофизиков термин «нано» не имеет большого распространения (вместо него ино- гда употребляют термины «ультрадисперсный», «сверхмелкозернистый» и др.) Однако такие объяс- нения вряд ли могут служить основанием для уте- шения. Исходя из числа публикаций, вторым наиболее разрабатываемым наноструктурным объектом (см. табл.2, рис.1) являются полимеры (3,5 тысячи публикаций). Здесь преимущество США еще более очевидно: так по числу публикаций они почти в 4 раза опережают Германию и Японию. Третьим по интенсивности разработки объектом являются наноструктурные полупроводники (см. табл.2, рис.1). И в этой области США значи- тельно опережают ближайших конкурентов. При этом отметим, что Германия опережает по числу публикаций Японию, в которой исследования полу- проводников всегда занимали важное место. В обла- сти наноструктурной керамики ситуация несколько иная. Хотя и здесь США лидируют, их «отрыв» от Японии невелик (табл.2) 1 2 3 4 0 5000 10000 15000 20000 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 1 - Металлы и сплавы 2 - Керамика 3 - Полимеры 4 - Полупроводники Рис.1. Кумулятивный рост количества информационных документов в БД MSCI (1991-2002 гг.) по различным типам наноструктурных материалов, рассматриваемых в настоящей статье Таблица 2 Общее количество и распределение по некоторым странам публикаций по различным типам наноструктурных материалов в БД MSCI (1991-2002 гг.) Тип матери- ала Общее число публика- ций Число обзо- ров США Япония Герма- ния Россия Польша Украина Металлы и сплавы 9998 214 23,6% (1) 13,8% (2) 11,2% (3) 6,2% (5) 2,7% (9) <1% (24) Полимеры 3509 280 37,2% (1) 10% (3) 10,2% (2) 4,9% (5) <1% (17) <1% (26) Полупро- водники 3323 107 34,4% (1) 11,0% (3) 12,5% (2) 4,6% (5) 1,2% (16) 1,1% (17) Керамика 1597 33 21,1% (1) 16,7% (2) 13,3% (3) 4,1% (5) 1,0% (15) 0,8% (19) ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.103-110. 105 Примечание. Здесь и далее в таблицах в скобках указано место, которое страна занимает по числу пуб- ликаций. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ Основные методы получения наноматериалов, рассматриваемых в предыдущем разделе, представ- лены в табл. 3 [5]. В ней 3 мы добавили механиче- ское сплавление или легирование (mechanical alloy- ing). Этот метод по характеру объекта (порошки) может быть отнесен к порошковому методу, а по способу воздействия (высокоэнергетический помол разнородных порошков) - к методу интенсивной пластической деформации. Однако для прослежива- ния тенденций развития работ в области наномате- риалов нам представляется целесообразным рассмотреть этот метод отдельно (тем более, что в работе [5], как и в ряде других известных нам работ этот метод вообще никак не упоминается). Порошковая технология. Порошковый метод первоначально был реализован Глейтером в виде со- четания изготовления ультрадисперсных порошков испарением и конденсацией в вакууме с последую- щим прессованием порошков без разгерметизации камеры (см.[5]). В последующем были предложены различные методы компактирования (см. табл.3). В изучении процессов получения нанопорошков и их компактирования лидирующая роль по числу публи- каций принадлежит США (см. табл.4). Украинским ученым принадлежат 1% публикаций, что можно считать вполне удовлетворительным, учитывая объемы финансирования науки в Украине. Следует, однако, и здесь обратить внимание на позицию Польши, которая имеет в два раза больше публика- ций в этой области. И это при том, что порошковая металлургия всегда была одним из приоритетов в материаловедении Украины. Таблица 3 Основные методы получения консолидированных (компактных) материалов[5] Группа Основные разновидности Объекты Порошковая технология Метод Глейтера (газовое осаждение и компактирование) Электроразрядное спекание Горячая обработка давлением Высокие статические и динамические давления при обычных и высоких темпе- ратурах Металлы, сплавы, химиче- ские соединения Интенсивная пластическая деформация Равноканальное угловое прессование Деформация кручением Обработка давлением многослойных композитов Фазовый наклеп Сдвиг под давлением Металлы, сплавы Контролируемая кристал- лизация из аморфного со- стояния Обычные и высокие давления Аморфные вещества Плёночная технология Химическое осаждение из газовой фазы (CVD) Физическое осаждение из газовой фазы (PVD) Электроосаждение Золь-гель технология Элементы, сплавы, химиче- ские соединения Механическое сплавление Высокоэнергетичный помол порошков Металлы, сплавы Таблица 4 Публикации по различным методам получения наноструктурных материалов (общее количество и распределение по некоторым странам) в БД MSCI (1991-2002 гг.) Метод получения Общее число публикаций Число обзоров США Япония Герма- ния Россия Польш а Украина Порошковая технология 246 3 22,4% (1) 6,1% (5) 17,5% (2) 8,9% (4) 2,9% (7) 1,6% (14) Пленочная технология 17008 431 26,5% (1) 13,3% (2) 12,5% (3) 3,9% (6) 1,2% (15) 0,8% (21) ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.103-110. 106 Кристал- лизация 2305 26 15,6% (2) 17,1% (1) 14,8% (3) 4,5% (7) 4,8% (6) 0,5% (24) Механическое сплавление 1268 17 14,8% (1) 14,0% (2) 10,6% (3) 8,0% (4) 6,4% (6) 0,1% (35) Интенсивная пластическая деформация 242 5 22,7% (2) 5,8% (4-5) 5,8% (4-5) 47,5% (1) 1,7% (7) 0,4% (12) Пленочная технология. Пленочная технология получения наноматериалов является самой распро- страненной, по-видимому, вследствие относитель- ной простоты реализации наноструктурного состоя- ния в процессах напыления, а также ввиду большой развитости различных методов нанесения покрытий. Доминирующее положение США здесь очевидно (табл.4) Кристаллизационная технология получения наноструктурных материалов непосредственно бы- строй закалкой из жидкого состояния или контроли- руемой кристаллизацией аморфных материалов яв- ляется также одним из наиболее распространенных методов. Особенно важное значение этот метод име- ет для получения магнитных материалов, как магни- томягких (типа «Finemet»), так и магнитожестких (главным образом, на основе соединения Nd2Fe14B) [10,11]. В этой области по числу публикаций Япо- ния опережает США. Отметим также, что количе- ство польских публикаций несколько превышает число российских работ (см. табл.4). Механическое сплавление является достаточно простым методом, позволяющим реализовать нано- структурное состояние в широком круге материа- лов. Ведущими странами по использованию этого метода являются США, Япония, Германия и Россия. Метод интенсивной пластической деформа- ции (ИПД) позволяет создавать в объемных матери- алах сверхмелкое зерно (в ряде металлов, например в меди, размер зерен достигает 10 нм и менее). Осо- бенно эффективно измельчение (фрагментация) зе- рен происходит при больших сдвиговых пластиче- ских деформациях. Методы осуществления таких деформаций (в частности, равноканальное угловое прессование - РУП) были впервые предложены в СССР [8,9]. В ДонФТИ развиваются такие методы ИПД как винтовое прессование и пакетная гидро- экструзия [12,13]. Отметим, что украинские ученые внесли существенный вклад в становление метода получения наноструктур интенсивной пластической деформацией. Так в работах киевских исследова- телей методом просвечивающей электронной ми- кроскопии подробно изучен был впервые генезис дефектной структуры металлов при больших степе- нях деформации, приводящий в итоге к формирова- нию мелкозернистой структуры [10,11]. В ННЦ ХФТИ развит метод цикловых операций «осадка- выдавливание», позволивший получить мелкозерни- стый бериллий, обладающий сверхпластичностью [15-17]. Разработаны также методы глубокой дефор- мации при криогенных температурах и показано, что снижение температуры деформации до азотных и гелиевых температур приводит к существенному усилению процессов фрагментации в однофазных и многофазных материалах [14-17]. Теоретические представления о механизмах фрагментации зерен и деформации наноструктурных материалов развиты в работах санкт-петербургской школы исследователей [18,19]. Активные работы по использованию метода ИПД ведутся в Уфе и Томске. Неудивительно поэто- му, что основное число работ по получению нано- материалов методом ИПД опубликовано российски- ми исследователями (см. табл. 4). . ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.103-110. 107 1 2 3 4 5 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 1 - Электрические свойства 2 - Магнитные свойства 3 - Оптические свойства 4 - Химические свойства 5 - Механические свойства Рис. 2. Кумулятивный рост количества информационных документов в БД MSCI (1991-2002 гг.) по различным свойствам наноматериалов Таблица 5 Публикации по различным свойствам наноструктурных материалов в БД MSCI (1991-2002 гг.) Свойства Число пуб- ликаций Число обзоров США Япония Германия Россия Польша Украина Механические 2795 54 33,7% (1) 15,0% (2) 9,7% (3) 4,2% (6) < 1% (19) < 1% (22) Магнитные 1434 19 18,6% (1) 14,9% (2) 8,1% (3) 3,8% (9) 4,9% (6) < 1% (32) Оптические (опто- электронные) 1102 28 23,6% (1) 17,1% (2) 10,0% (4) 6,6% (5) 2,0% (9) 1,1% (16) Электрические (электронные) 608 36 30,6% (1) 11,6% (2) 10,0% (3) 5,1% (5) < 1% (22) 1,8% (13) Химические (ката- литические) 183 9 24,8% (2) 8,6% (3) 28,1% (1) 6,7% (4) < 1% (20) - (-) Таблица 6 Твердость некоторых материалов, полученных методами компактирования и технологии пленок [3] Состав Метод изготовления Относи- тельная плотность Толщина пленки, мкм Размер зерна, нм Твердость Hv, Гпа Компакты Fe Теплое прессование 0,94 --- 15 8 Fe-63%TiN Динамическое прессование 0,92 --- 12 13,5 Ni-54%TiN То же 0,97 --- 10 13 Ag- 76%MgO Прессование --- --- 2-50 2,5 Nb3Al Электроразрядное горячее прессование 0,97 --- 30 18-22 TiAl Горячее изостатическое прессование 0,99 --- 20 6 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.103-110. 108 WC- 10%Co Жидкофазное спекание ~1,0 --- ~200 23,6 TiN Высокие давления и температуры 0,98-0,99 --- 30-50 29-31 TiN- 50%TiB2 То же 0,98-0,99 --- --- 34 Si3N4 - « - 0,99 --- --- 38 SiC Горячее изостатическое прессование 0,97 --- 70 27 BN Спекание в ударных волнах 0,96 --- 25 43-80 Алмаз Динамическое прессование 0,91 --- --- 63-68 Пленки TiN Магнетронное напыление --- 1-2 5-30 35-50 TiB2 То же --- 1-4 2-8 50-70 Ti(B, N,C)x - « - --- 5-12 1-5 60-70 TiN-Si3N4 TiSi2 Плазма CVD --- 3,5 3 ~100 TiN/VN Магнетронное напыление --- 2,5 2,5 54 TiN/NbN Дуговое напыление --- 2 10 78 TiN/ZrN То же --- 2 10 70 СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕ- РИАЛОВ Наибольшее число работ посвящено исследова- нию механических свойств наноматериалов (рис.2, табл.5). И это понятно, так как первоначально ин- терес к наноструктурным материалам был связан именно с их необычными механическими свойства- ми (табл.6). Как видно из рис.2, интерес этот все время возрастает. При этом наибольшее внимание изучению механических свойств наноструктурных материалов уделяется в США (исследователи этой страны опубликовали треть всех информационных документов по этим свойствам). Особенно привле- кает исследователей и разработчиков возможность получения в наноструктурных материалах сочета- ния высоких прочностных и пластических свойств. Традиционные методы упрочнения приводят обычно к снижению пластичности материала: чем выше прочность, тем ниже пластичность. Эта зако- номерность иллюстрируется рис.3. В то же время вследствие специфических механизмов деформации [18,19], материалы с нанокристаллической структу- рой, полученные, в частности равноканальным угло- вым прессованием и последующей термообработкой [8,9,20], обладают одновременно высокими прочно- стью и пластичностью (см. рис.3). Так например, в работе [21] глубокой деформацией при азотной тем- пературе и последующим кратковременным отжи- гом получена медь с бимодальным распределением размеров зерен, имеющая предел текучести 350 МПа и равномерное удлинение до разрушения около 30%. Значительный интерес представляет вы- сокопрочный наноструктурный титан, в частности для использования в качестве имплантантов в меди- цине. Изучению магнитных свойств наноструктур- ных материалов также уделяется большое внима- ние. В значительной степени это связано с тем, что наноструктурные магнитомягкие материалы типа “Finemet” и магнитожесткие сплавы на основе со- единения Nd2Fe14B уже сейчас находят широкое применение в технике [22]. Отметим, что Япония по числу публикаций в этой области лишь незнательно уступает США (см. табл.5). Рис.3. Соотношение между прочностью и пла- стичностью для сталей [20] Далее в порядке убывания числа публикаций следуют исследования оптических, электрических и химических свойств. Причем в последней обла- сти наибольшее число публикаций принадлежит ученым Германии, в которой исследования в обла- сти химии всегда были на высоком уровне в то вре- мя, как в двух первых из указанных областей первое место занимает США. Проведенный анализ показывает, что исследова- ния в области наноматериалов развиваются очень быстрыми темпами. Существует ряд национальных и международных программ, активно поддерживаю- щих эти работы. Ведущими странами в области раз- работки методов получения наноматериалов и изу- ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.103-110. 109 чения их свойств являются США, Япония, Герма- ния, Франция, Россия. Активно ведутся исследова- ния по наноматериалам в Польше. К сожалению, Украина по ряду направлений (наноструктурные металлические и полимерные материалы, получение наноматериалов кристаллизацией и механическим сплавлением, изучение магнитных свойств материа- лов с наноструктурой) существенно отстает по коли- честву публикаций от Польши. Для того, чтобы за- нять достойное место в области разработки и изуче- ния наноматериалов, которые могут существенно изменить мир в 21-м веке, от украинских ученых по- требуются значительные усилия. Успех в решении этой задачи в большой степени зависит от государ- ственной политики в области финансирования и поддержки перспективных научных исследований и высоких технологий. ЛИТЕРАТУРА 1. K.E.Drexler. Engines of creation ( The coming era of nanotechnology). Ancor Books, 1986. (Русский перевод http://mikeai.nm.ru/russian/eoc/eoc.html). 2. K.E.Drexler. Nanosystems: molecular machinery, manufacturing, and computation. Wiley Inter- science, 1992. 3. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направлений исследований /. Пер. с ан- глийского под ред. Р.А.Андриевского. М.: «Мир», 2002. 4. Societal implication of nanoscience and nanotech- nology / Eds. M.C.Roco, W.S.Bainbridge. Kluwer Acad.Publ., 2001. 5. Р.А. Андриевский. Наноматериалы: концепция и современные проблемы // Рос. хим ж., 2002, т.46, №5, с.50-56 6. H. Gleiter. Nanostructured Materials: basic con- cepts and microstructure. Acta mater. 2000, v. 48, p.1-29. 7. А.И. Гусев. Эффекты нанокристаллического со- стояния в компактных металлах и соединениях // УФН, 1998, т.168, №1, с.55-83. 8. В.М. Сегал, В.И. Резников, В.И. Копылов и др. Процессы пластического структурообразова- ния металлов. Минск: Навука і тєхніка, 1994. 9. Р.З.Валиев, В.И.Александров. Наноструктурные материалы, получаемые интенсивной пластиче- ской деформацией. М.: Логос, 2000. 10. В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман. С.А. Фирстов. Физические основы прочности тугоплавких металлов. Киев: “Наукова думка”, 1975. В.И. 11. Трефилов, Ю.В. Мильман, Р.К.Иващенко и др. Структура, текстура и механические свойства деформированных сплавов молибдена. Киев: “Наукова думка”, 1983. 12. Я.Е.Бельгейзимер, Д.Ф.Орлов, Д.В.Сынков и др. Винтовое прессование: технологические аспек- ты // Физ. и техн. высоких давлений, 2002, т.12, №4, с.40-47. 13. В.Н.Варюхин, А.Б.Дугадко, И.Н.Матросов и др. Закономерности упрочнения волокнистых нано- материалов, полученных пакетной гидроэкстру- зией // Там же. 2003, т.13, №1, с.96-105. 14. I.I. Papirov, G.F.Ttikhinsky. Modern investigation of the beryllium. Garinizdat Kharkov, 1998. 15. И.А. Гиндин, Я.Д. Стародубов. В.К. . Аксенов. Структура и прочностные характеристики ме- таллов с предельно искаженной кристалличе- ской решеткой // Металлофизика,1980, т. 2., №2, с.49-67. 16. В.К. Аксенов, Н.Ф. Андриевская, О.И. Волчок и др. Микроструктура и физико-механические свойства естественного композита Cu-Nb после волочения при 77К // Металлофизика, 1991, т.13, №5, с. 24-28. 17. М.А.Тихоновский, В.С.Безродный, И.Б. Доля и др. Дефектность структуры и прочность сильно- деформированных микрокомпозитов // Меха- низмы повреждаемости и прочность гетеро- генных материалов. Л.: ЛФТИ, 1985, с.193-195. 18. В. В. Рыбин Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: «Металлургия», 1986. 19. М.Ю. Гуткин, И.А. Овидько Дефекты и меха- низмы деформации в наноструктурных и некри- сталлических материалах. С.- Петербург: Янус, 2001. 20. Н.П. Лякишев Наноструктурные материалы – новое направление развития конструкционных материалов // Вестник РАН. 2003, т.73, №5, с.422-425. 21. 10. Y. Wang, M. Chen, F. Zhou ,E. Ma. Нigh ten- sile ductility in nanostructured metal // Nature, 2002, v. 419, p .912-915. 22. В.Г. Шадров, Л.В.Немцович. Нанокристалличе- ские магнитные материалы // Физ. и хим. обра- ботки мат. 2002, №5, с.50-61. НАНОМАТЕРІАЛИ: АНАЛІЗ ТЕНДЕНЦІЙ РОЗВИТКУ НА ОСНОВІ ДАННИХ ПРО ІНФОРМАЦІЙНІ ПОТОКИ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.103-110. 110 http://www.wiley.com/ http://mikeai.nm.ru/russian/eoc/eoc.html М.А. Тихоновський, А.Г. Шепелєв, Л.В.Пантєєнко Національний науковий центр "Харківський фізико-технічний інститут", 61108, м.Харків, Україна Проведено комп'ютерний аналіз публікацій, представлених в автоматизірованій Міжнародній матеріалознавчій базі "Materials Science Citation Index", по проблемі компактних (консолідірованих) наноматеріалів. Розглянуто інформаційні потоки по різним типам наноматеріалів, методам їх отримання і досліджуваним властивостям. Визначено вклад основних країн в загальну кількість публікацій по цим напрямкам. Представлена інформація про національні та міжнародні програми в галузі наноматеріалів і нанотехнологій. NANOMATERIALS: ANALYSIS OF TRENDS OF DEVELOPMENT, BASED ON INFORMATION FLOW DATA M.A. Tikhonovsky, A.G. Shepelev, L.V. Panteyenko National science center “Kharkov Institute of Physics & Technology” 61108, Kharkov, Ukraine Computer analysis has been performed using the publications presented in the automatic International materials science DataBase “Materials Science Citation Index” on compact (consolidated) nanomaterials. Consideration was given to the information flows on different types of nanomaterials, methods of their production and the properties studied. Contributions of major countries to the total number of publications on the topics under consideration were determined. Information is presented on certain national and international programs in the field of nanomaterials and nanotechnologies. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.103-110. 111

Наноматериалы: анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках

Репозитарії

Схожі ресурси