1. Metale krystaliczne i amorficzne:
Krystaliczne - uporządkowanie wiązań w komórce elementarnej
Metale mające budowę krystaliczną - atomy zajmują ściśle określone miejsca w uporządkowanej sieci przestrzennej. Sieć jest reprezentowana przez komórkę elementarną.
Metale składają sie z wielu niezwiązanych ze sobą fragmentów sieci krystalicznych - ziaren. Odległości rozdzielające jednorodne fragmenty struktur krystalicznych maja kluczowe znaczenie dla twardości i wytrzymałości mechanicznej metalu: to one są odpowiedzialne za obniżenie sprężystości, pęknięcia czy korozje.
~ Materiały metaliczne (metal, stopy) - właściwości ~ KRYSTALICZNE
· wysoka przewodność elektryczna malejąca ze wzrostem temperatury,
· wysoka przewodność cieplna,
· podatność na odkształcenia plastyczne,
· wysoka podatność do krystalizacji w czasie krzepnięcia,
· odporność na korozje atmosferyczna,
· lejność czyli zdolność ciekłego metalu lub stopu do wypełnienia formy odlewniczej,
· nieprzezroczystość i metaliczny połysk.
*nieprzezroczystość dla światła białego, czerwonego i niebieskiego, natomiast przezroczyste dla promieniowania rentgenowskiego (wyjątek Pb).
Metale amorficzne lub metaliczne szkła
Charakterystyka
W procesie gwałtownego zastygania atomy nie zdążą utworzyć sieci krystalicznej. "Atomowy chaos" zostaje utrwalony i mamy do czynienia z substancja amorficzną: ciałem stałym, bowiem poszczególne atomy utrzymują stałe położenie w przestrzeni (wykazują sie sztywnością), ciecz - ze względu na chaotyczną strukturę wewnętrzną.
Charakterystyczna cecha tego typu materiału jest zdolność do ciągłego i odwracalnego przejścia ze stanu stałego w stan ciekły pod wpływem zmian temp. i ciśnienia.
Ciekły azot -200oC > ciekły hel
Właściwości mechaniczne :
Ponieważ jest to połączenie dwóch dotychczas wykluczających sie cech: amorficzny metal cechuje elastyczność charakterystyczna dla polimerów i twardość przewyższająca najlepsze stopy tytanowe.
W rezultacie amorficznej folii metalicznej nie da sie rozerwać, ani przeciąć nożyczkami.
Ponieważ w strukturze amorficznej nie ma ziaren, które mogłyby sie przerwać, materiał niemal nie pochłania energii kinetycznej.
Właściwości mechaniczne i chemiczne
Amorficzny metal charakteryzuje sie relatywnie niskim ciężarem właściwym, zwykle o kilkanaście niższym od klasycznych stopów metalowych. Można z niego uzyskać nawet piane! W ten sposób wykonuje sie elementy lekkie, a przy tym stukrotnie bardziej wytrzymale od analogicznych otrzymanych z polistyrenu.
Amorficzny metal jest nie tylko sprężysty, ale po podgrzaniu staje sie plastyczny. Nie musi więc być poddawany obróbce takiej jak np.: stal.
Metale amorficzne są niezwykle odporne na korozje. Ich powierzchnie pokrywa cienka utleniona warstwa zabezpieczająca wnętrze. Jednorodna struktura powoduje, że powierzchnia zewnętrzna jest wyjątkowo "gładka" nierówności są o trzy rzędy wielkości mniejsze od występujących na powierzchni metalicznej. W rezultacie tlen i woda nie maja jak wnikać do środka.
2. Nanometale i nanomateriały- charakterystyka, właściwości
Nanomateriały:
Przynajmniej jeden z trzech wymiarów jest w zakresie nanometrów. Max 100nm- wtedy jest nanomateriał. Nanomateriały mogą być materiałami krystalicznymi lub amorficznymi.
Nanomateriał: DZIELIMY NA:
· Nanodrobiny
· Nanocząstki
· Warstwy
3. Stopy- nowoczesne modyfikacje, właściwości:
Przykłady nowoczesnych stopów:
- magnezu - łatwopalny,
- aluminium - toksyczny, (jony aluminium jak się uwolnią i utlenią to nic się nie stanie, ale jeśli uwolnią się i przedostaną do organizmu to bardzo źle- sieją spustoszenie w organiźmie: anemia itp.)
- tytanu – drogi, twardy, nadaje się na implanty ponieważ jest biokompatybilny, odporny na wysokie temperatury
Stopy magnezu
• stopy magnezu maja najniższa gęstość ze wszystkich znanych stopów technicznych,
• magnez tworzy stopy z większością rozpowszechnionych metali poza żelem i chromem. Dzięki dodatkowi aluminium stop staje się łatwiejszy do odlewania, polepsza się wytrzymałość na rozciąganie i twardość,
• dodając siarkę do stopów magnezu powodujemy polepszenie ich lejności. Dzięki dodatkowi cynku następuje zwiększenie odporności korozyjnej stopów magnezu i podniesienie wytrzymałości stopu w temperaturze pokojowej,
• dodatek manganu zwiększa odporność korozyjna na wodę morska.
Stopy tytanu
• tytan ma niska gęstość, która można wzmocnić poprzez proces odkształcania lub przez stopowanie,
• jego zaleta jest duża wytrzymałość i lekkość, ponadto wykazuje duża wytrzymałość na rozciąganie,
• znalazł szerokie zastosowanie w medycynie ze względu na brak toksyczności i odporność na korozje. Jest biologicznie kompatybilny z ludzka tkanka i kośćmi (stopy tytanu z glinem, niobem i tantalem),
Stopy z pamięcią kształtu - Stopy te mogą zmieniać kształt w zależności od temp. Stopy z pamięcią kształtu powracają w odpowiednich warunkach do kształtu nadanego im pierwotnie.
W stopach żelaza mechanizm polega na przemianie austenitu w martenzyt (Fe-Mn. domieszkowany krzemem, chromem, kobaltem, niklem i węglem, stopy srebra, złota z kadmem).
4. Fulereny, grafen, nanorurki- charakterystyka, właściwości, modyfikacje
FULERENY
Są produkowane przy użyciu łuku elektrycznego lub chemicznego osadzania z fazy gazowej. Są alotropową odmianą węgla, stanowią rodzinę cząsteczek o ogólnym wzorze C2n (n>16). Atomy węgla tworzą pierścienie , zawierające 5 lub 6 atomów. Pierścienie są ze sobą sprzężone i tworzą pustą w środku bryłę. Najaktywniej badane są fulereny C60 oraz C70. Fuleren C60 ma kształt dwudziestościanu ściętego. Fuleren C70 zawiera dodatkowy pierścień atomów węgla.
Właściwości
- Czarny, metaliczny połysk w postaci krystalicznej
- Przewodzą prąd po powierzchni
- Nierozpuszczalne w wodzie
- Rozpuszczalne w związkach aromatycznych
- Podwójne wiązania między atomami
- Możliwość przyłączania grup funkcyjny ( dla zmiany właściwości, dzięki rozbiciu podwójnego wiązania atomowego)
- są bdb antyoksydantami
Modyfikacje
Fulereny egzohedralne: powstają dzięki „podłączeniu” do fulerenu grup funkcyjnych modyfikujących własności. Struktura pozostaje bez zmian.
Fulereny endohedralne: ze względu na budowę fulerenów istnieje możliwość umieszczenia w klatce atomów innych pierwiastków. Wewnętrzny atom jest izolowany od otoczenia, a jednocześnie może zachodzić wymiana ładunku elektrycznego miedzy nim a powierzchnią fulerenu.
Heterofulereny: fulereny, w których została zamieniona część atomów węgla na atomy innych pierwiastków. Obecnie właściwie nie znamy własności fizycznych ani chemicznych heterofulerenów, wynika to z faktu, że nie udało się jak dotąd otrzymać ich makroskopowych ilości
GRAFEN
- jest to jedna z alotropowych odmian węgla. Posiada dwuwymiarową strukturę o grubości 1 atomu węgla kształtem przypominającą plaster miodu. Grafen posiada wiązania podwójne. Każdy C jest 4 wartościowy, rozpatrując 1 atom C możemy zobaczyć, że obok niego znajdują się tylko 3 atomy C, wiec 3 wiązania, 4 wiązanie tworzy się „wewnątrz plastra miodu”. Przykładem w jaki sposób wygląda grafen dobrze odwzorowuje siatka, którą trzymam w dłoni. Na jej podstawie przedstawie właściwości materiału.
· na początku 2009r udowodniono, ze grafen reaguje z innymi substancjami, tworząc nowe struktury o właściwościach szczególnie użytecznych w elektronice. Nowy materiał – grafan, będący modyfikacja grafenu powstał w wyniku jego polaczenia z wodorem. Uzupełnienie sieci atom węgla atomami wodoru nie zmieniło dwuwymiarowej struktury, jednak diametralne zmieniło jego właściwości.
· Doskonale przewodzi prąd dzięki posiadaniu podwójnych wiązań, przez co elektrony mogą swobodnie przepływać między poszczególnymi „plastrami”
· Przeźroczysty, absorbuje tylko niewielką ilość światła
· Cienki, ze względu na swoją budowę, grubości jednego atomu
· Lekki, ze względu na strukturę – jedną warstwę i „pustość” w środku. Atomy ułożone są w kształcie sześciokątowa, brak atomu wewnątrz, to znaczy, że nie są znajdują się one blisko siebie
· Elastyczny – możemy rozciągać go w dwóch kierunkach
· Silne wiązania – wytrzymały
· Jest doskonałym przewodnikiem cieplnym
Dzięki posiadaniu przez grafen wiązań podwójnych może być on modyfikowany. Rozrywając wiązanie podwójne, możemy dołączyć do niego różne pierwiastki. Pozwala to nam uzyskać niektóre odmienne właściwości. Podłączając inny związek do grafenu spowodujemy, że przestanie on przewodzić prąd.
NANORURKI
Obiekty których średnica jest wielkości nanometrów ( do 100nm)
Są puste w środku i między atomami
Otwarte lub zamknięte połowami fulerenów (najmniejsza średnica nanorurki to 1,37nm – Najmniejszy fuleren C60) zwinięte w rulon płaszczyzny utworzone z atomów węgla.
Pomiędzy atomami występują wiązania atomowe w tym jedno podwójne
Aktualnie produkuje się do 4 cm
- Wytrzymały - wiązania atomowe (Wytrzymałość nanorurek węglowych na rozciąganie jest 50 – 100 razy większa niż analogiczna wielkość dla stali, przy czym masa nanorurek jest sześciokrotnie mniejsza. Podczas rozciągania długość nanorurki może powiększyć się do 40 %, bez naruszenia jej struktury.)
- Elastyczny i wytrzymały na rozciąganie wzdłużne – przestrzeń pomiędzy atomami (Podczas rozciągania długość nanorurki może powiększyć się do 40 %, bez naruszenia jej struktury.)
-Rewelacyjny przewodnik prądu – wiązanie podwójne (Mogą przewodzić prąd o bardzo dużej gęstości, ponieważ mają bardzo mały opór właściwy)
- przewodzenie ciepła lepiej niż diament
Wkładając nanorurki o różnych średnicach jedną w drugą, otrzymamy nanorurkę wielościenną.
Dzięki wiązaniu podwójnemu możemy modyfikować ściany boczne nanorurek rozrywając je.
5. Plazma, ciekłe kryształy- charakterystyka, właściwości, działanie
Plazma- zjonizowany gaz( składa się z cząstek dodat...
baloniasz171