І. Ғарыш және нанотехнология ұғымы.
Тақырыбы: Ғарыш техникасындағы нанотехнологиялар мен наноматериалдар
Тобы: Ф-13-1
Курс: 3
Орындаған:Қарабаева Әмина
Қабылдаған: Наурызбаев Алтынбек
Тараз 2015
Жоспары:
Кіріспе.
І. Ғарыш және нанотехнология ұғымы.
ІІ. Ғарышты нанотехнология көмегімен игеру.
2.1 Ғарыштағы энергия.
2.2. Тәулік бойғы күн.
2.3. Ғарыштағы зауыттар.
2.4. Ғарыш кеңістігін ғарыш қалдықтарынан тазарту-өзекті мәселе.
2.5. Ғарыш кеңістігін ластанудан сақтаудың алдын алу бағдарламасын құру жобасы.
2.6. Ғарыш қалдықтарының Жер тұрғындарына әсері.
ІІІ. Ғарыштық нанотехникалар.
3.1. Наноматериалдар
3.2. Наноспутниктер
3.3. Нанороботтар
3.4. Ғарыштық құрылғылар
ІV. Қорытынды.
V. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
Кіріспе.
Ғарыш бағыты қоғамдағы ең қажетті саланың бірі. Ғарыштық бағдарламаның дамуы экономиканың, ғылыми-техниканың, мемлекеттік қорғанысының қуатын сипаттайды. Ғарыш ұғымы – ғарыштық техника және ғарыштық материалдарды қолдануды, құрастыруды (өңдеуді, дайындауды, тәжірибе жасауды), ғарыштық технологияларды дамыту және пайдалануды, ғарышпен байланысты басқа да қызметтерді білдіреді. Ғарыштың қазіргі таңдағы ең үлкен жетістігі – ғарыштық нанотехнологияның дамуы. Нанотехнология - бұл көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын-ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды құрастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру. Нанотехнология (грек. nanos – ергежейлі және технология) – кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым. Нанометр дегеніміз бір метрдің миллиардтан бір бөлігі (1 нанометр=10−9 метр). Нанотехнология осындай ауқымды өлшемдермен айналысады. Нанотехнология – кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химия қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым.
Наноматериалдарды қолданатын негізгі салалар және оларға қойылатын шектеулер.
Қазіргі уақытта наноматериалдар мен нанотехнологияларды қолданатын негізгі салалар:
Ø Конструкциялық материалдар
Ø Инструменталдық материалдар
Ø Өндірістік технологиялар
Ø Триботехника
Ø Материал беттерін қорғау
Ø Әскери іс
Ø Электр-магнит және электрондық техника
Ø Ядролық техника
Ø Медицина мен биотехнология
Ø Ғарыш кеңістігінде
І. Ғарыш және нанотехнология ұғымы.
Конструкциялық материалдар. Наноқұрылымдық көлемдік материалдар үлкен тығыздықпен сонымен қатар дәнек өлшеміндей материалдармен салыстырғанда мықтылыққа ие. Сондықтан оларды қазіргі уақытта қолданудың негізгі бағыты – бұл аса төзімді және тозуға төзімді материалдарды алу болуда. Мықтылық қасиеттері кәдімгі күйімен салыстырғанда 2,5-3 есе артатындықтан, ал тұтқырлық әсіресе керамикалық наноматериалдар жағдайында өте елеусіз артады, немесе кемиді. Көміртекті наноталшықтармен және фулерендермен армирленген композиттер соққылы динамикалық әсерлер үшін жеке алғанда брондар мен бронежилеттер үшін перспективті материалдар ретінде қарастырылады.
Инструменталдық материалдар. Нанодәнекті инструменталды құймалар ережеге сай, әдеттегі құрылымдық күймен салыстырғанда неғұрлым орнықты болып табылады. Карбидтер қосылған метал наноұнтақтары жартылай өткізгіштер мен диэлектриктерді өңдеудің соңғы кезеңдерінде шлифтеуші және полирлеуші материалдар ретінде қолданылады.
Өндірістік технологиялар. Қазіргі уақытта наноматериалдарды қолдануда маңызды және перспективалы оларды әртүрлі мақсатта композиттар ретінде қолдану болып табылады. Қиын балқитын наноұнтақтарды болаттар мен құймаларға әдеттегі ұнтақтарға ұнтақ металлургиясы әдістерімен қосу бұйымдардың қуыстылығын төмендетуге, механикалық қасиеттері комплексін жақсартуға мүмкіндік береді. Наноұнтақтардың өте үлкен меншікті беті оларды бірқатар химиялық өндірісте катализаторлар ретінде қолдануға мүмкіндік береді.
Тозуға төзімді материалдар. Наноқұрылымдыметалл материалдар әдеттегі құрылымдық күймен салыстырғанда қаттылық пен тозуға төзімділікке ие. Тозуға төзімділік және үйкеліс коэффициентінің аздығы полинанокристаллдық алмаздарды және алмаз тәріздес жамылғыларды, соынмен қатар фулерендер негізіндегі аса қатты заттарды (сфера тәріздес молекулалы FexC60) және фуллеридтерді (мысалы, легирленген фулерендер FexC60), өте жоғары қаттылыққа ие (70 ГПа) куб негізді BN, C3N4, TiC, TiN, Ti(Al,N) күрделі құрамды фуллеридтерді қолданғанда пайда болады. Ғарыш техникасы үшін өзі майланатын жамылғылар ретінде қаттылығы 20 ГПа TiB2-MoS2 негізіндегі көп фазалы және сырғанау үйкеліс коэффициенті аз наноқұрылымды жамылғылар ұсынылады. Метал наноұнтақтарды үйкелетін беттерді қалпына келтіру үшін мотор майларына және үйкелісті азайту үшін фторпластыларды қосады.
Электронды техника. Кейбір наноматериалдардың (халькогенидтердің қабаттарымен үйлескен темір) магниттік сипаттамаларының жақсы жиынтығы оларды жазу құрылғылары үшін қолдануды перспективалы етеді. Магнитті-жұмсақ құймалардан жасалған қабықшалы наноматериалдарды қызметтік қасиеттері бойынша дәстүрлі материалдардан басым түсетін магниттік тасымалдаушыдан ақпарат оқу үшін қолданады. Бірқатар наноматериалдардың коэрцивті күштерінің жоғарғы мәндері оларды тұрақты магнит ретінде қолдануды перспективалы етеді. Темір атомдары қабатымен SmxCoy типті кобальтті самарилі интерметаллидтермен жабылған көміртекті нанотүстіктер магнитті сиялар мен тонерлерде қолданылады. Қиын балқитын металдар (TaC, NbC, MoC) карбидтерімен толтырылған көміртекті нанотүтіктер асқын өткізгіштер ретінде қолданылуы мүмкін. Дәнек өлшемі шамамен 2 нм Ti-C-B қабықшалар көлемдік әдеттегі үлгілермен салыстырғанда жоғары термиялық орнықтылықта резисторлар ретінде оңтайлы электр физикалық қасиеттерге ие болды. Наноөткізгіштерден «кілемшелер» түріндегі реттелген құрылымдар сенсорлар немесе жоғары айыратын экран элементтері ретінде қолданылады. Тығыздығы аса жоғары деректерді жазу құрылғылары үшін мысалы квантты магниттік дискілер үшін қуысты төсенішке алюминий оксидінен электролиттік тұндыру арқылы алынған диаметрі 50 нм Fe0,3Co0,7 алюминий наноөткізгіштен алынатын жабдықтар қолданылады.
Материалдарды қорғау. Бұйымдар дұрыс функционалдануы үшін олардың беттерінің жоғары су- және май ығыстыратын қасиеттерін қамтамасыз ету керек. Мұндай бұйымдарға автомобиль әйнектері, ұшақтарды және кораблдерді әйнектеу, қорғаныш костюмдері, сұйықтарды сақтайтын резервуарлар қабырғалары, құрылыс конструкциялары және т.б. мысал болып табылады. Осы мақсаттарда 20-50 нм өлшемді титан оксиді және полимер байланыстырушы негізіндегі жамылғы жасалған. Осы жамылғы бетке судың, өсімдік майының және спирт ерітіндісінің жұғуын күрт төмендетеді.
Медицина және биотехнология. Таза наноқұрылымды материалдарды жеке алғанда Ті-ды қолданудың маңызды облысы оларды медициналық мақсатта - имплантанттарды, протездерді және травматологиялық аппараттарды дайындау үшін қолдану болып табылады. Оның себебі жоғары механикалық қасиеттердің ағза жарғақшаларымен жоғары биологиялық үйлесімділігі болып табылады. Көміртегінің наноқұрылымды қабықшалары және көміртегі мен Si, SiOx, SiNx негізіндегі композициялық наноқабықшалар жақсы биоүйлесімділікке, химиялық, термиялық және механикалық орнықтылыққа ие және сондықтан олар биосенсорлар түйіндерінде, протездерде және импланттарда қолдану үшін перспективалы. Емдік препараттардың наноұнтақтары тез сіңірілетін медикаменттерде және экстремалды жағдайларда әрекет ету үшін (катастрофалар мен әскери әрекеттердегі жаралануда) қолданылады.
Әскери іс. Ультрадисперсті ұнтақтар «Стелс» технологиясын қолдана отырып жасалған ұшақтардың бірқатар радиожұтатын жамылғыларында, сонымен қатар жарылатын заттардың және жанатын қоспалардың перспективалы түрлерінде қолданылады. Көміртекті наноталшықтар қарсыластың энерго жүйесін және электроникасын істен шығаруға арналған әскери жарақтарда («графит» бомба») қолданылады.
Наноматериалдарды қолданудағы шектеулер. Наноқұрылымды конструкциялық материалдарды қолданудағы маңызды шектеу олардың дәнек шекараларының көлемдік үлесінің үлкен болуынан коррозияға ( беттегі атомдардың және дәнек шекаралары бойынша атомдар диффузиясы, коррозиялық әсерлермен үйлесімділіктегі жоғары температуралар, радиация, дәнек шекаралары бойынша химиялық құрамның өзгерістерге бейімділігі құйма құрамы) бейімділігі болып табылады. Осыған байланысты олар осындай коррозия жағдайында ( беттен және дәнек шекаралары бойынша атомдардың диффузиясы, коррозиялық әсерлермен жоғары температуралардың бірігуі, дәнек шекарасы бойынша химиялық құрамның өзгерістеріне қабілетті құйма құрамы және т.б.) жұмыс істеуге жарамсыз болып табылады. Басқа маңызды шектеу наноматериалдар құрылымының орнықсыздығы, осылайша олардың қасиеттерінің орнықсыздығы болып табылады. Осылай термиялық, радиациялық, деформациялық және т.б. әсерлерде қайта кристалдану, релаксациялық, сегрегациялық және гомогенизациялық процестер, сонымен қатар ыдырау, фазалық түрленулер құбылыстары және нано арын мен нанокапиллярлардың пісірілу және жүзуі, аморфизация немес кристалдану сөзсіз орын алады. Мысалы сұйықты фильтрлеуге арналған көміртекті наноталшықтар вибрация әсерінен және көміртегінің құрылымдық орнықсыздығында қоздырылған сұйық ағынымен зақымдалуы мүмкін. Наноұнтақтардан бұйымдарды қалыптастырғанда нанобөлшектердің жабысып қалу мәселесі маңызды, бұл құрылымы және компоненттердің таралуы берілген материалдарды алуды қиындатуы мүмкін. Қазіргі уақытта металдар мен құймалар наноұнтақтары, оксидтер ( кремний, темір, сурьма, алюминий, титан) наноұнтақтары, бірқатар карбидтердің наноұнтақтары, көміртекті наноталшықтар, фуллерен материалдар сияқты наноматериалдар кеңінен шығарылуда.