FIZYKOCHEMIA – opracowanie według zagadnień
Zagadnienia na kolokwium:
1. Metale krystaliczne i amorficzne – charakterystyka, właściwości i zastosowanie,
2. Stopy – nowoczesne modyfikacje, właściwości i zastosowanie
3. Fulereny, grafen, nanorurki – charakterystyka, właściwości, modyfikacje i zastosowanie,
4. Plazma, ciekłe kryształy – charakterystyka, właściwości i zastosowanie,
5. Materiały supertwarde – charakterystyka, podział i zastosowanie
6. Nowoczesne materiały ceramiczne – charakterystyka, przykłady, zastosowanie
7. Szkła – NOWOCZESNE modyfikacje powierzniowe i objętościowe – charakterystyka, zastosowanie
8. Polimery przewodzące, semikrystaliczne, biodegradowalne – charakterystyka, właściwości i zastosowanie
9. Kopozyty o osnowie polimerowej, biokompozyty – charakterystyka właściwości i zastosowanie
1. Metale krystaliczne i amorficzne – charakterystyka, właściwości i zastosowanie
KRYSTALICZNE
AMORFICZNE
Charakterystyka
Atomy znajdują ściśle określone miejsce w uporządkowanej sieci przestrzennej, składają się 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.
Bezpostaciowe cząsteczki ułożone w sposób chaotyczny. W procesie gwałtownego zastygania atomy nie zdążą utworzyć sieci krystalicznej. Substancja amorficzna: ciało stałe – bo atomy utrzymują stałe położenie w przestrzeni, 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.
Właściwości
· 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)
Ponieważ jest to polaczenie dwóch dotychczas wykluczających się cech: amorficzny metal cechuje elastyczność charakterystyczna dla polimerów i twardość przewyższająca najlepsze stopy tytanowe. W rezultacie amorficznej folii metalicznej nie da się rozerwać, ani przeciąć nożyczkami. Ponieważ w strukturze amorficznej nie ma ziaren, które mogłyby się przerwać, materiał niemal nie pochlania energii kinetycznej.
· niski ciężar właściwy (można z niego uzyskać nawet pianę), wykonuje się elementy lekkie, a przy tym 100krotnie bardziej wytrzymałe od analogicznych otrzymanych z polistyrenu
· materiał sprężysty
· po podgrzaniu staje się plastyczny
· odporne na korozję
Zastosowanie
· rakiety tenisowe,
· kije golfowe i bejsbolowe.
· Zastosowanie militarne: płynny metal to materiał na pocisk, który cala swoja energie przekaże w cel.
· amorficzny metal z węgla, żelaza i manganu nie posiada własności magnetycznych, jest wiec idealnym materiałem budowy statków niewidzialnych dla radarów
Przykłady nowoczesnych stopów:
- magnezu - łatwopalny,
- aluminium - toksyczny,
- 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 aluminium
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),
• w medycynie stopy tytanu są wykorzystywane do wytwarzania narzędzi chirurgicznych, kul, wózków inwalidzkich, lekkich i wytrzymałych oprawek okularów.
• ze względu na najwyższy współczynnik wytrzymałości do ciężaru właściwego i wysoka temp topnienia stosuje się je również w pociskach, przemyśle kosmicznym, do budowy silników lotniczych i pokryć samolotów (stopy tytanu z aluminium i wanadem),
• ze względu na odporność na korozje stopy tytanu stosuje się w przemyśle morskim do produkcji śrub okrętowych, zaworów oraz jako materiał na kadłuby okrętów podwodnych,
• ze względu na wytrzymałość i lekkość stopów tytanu stosuje się je do produkcji sprzętu sportowego: rakiety tenisowe, kije golfowe, narty, ramy rowerowe czy sprzęt alpinistyczny.
Stopy z pamięcią kształtu ang. shape memory alloys – SMA
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).
Zastosowanie: nity, roboty, pojazdy, czujniki przeciwpożarowe, podgrzewacze wody, systemy sterowania ścian w szklarniach, itp.
3. Fulereny, grafen, nanorurki – charakterystyka, właściwości, modyfikacje i zastosowanie (węgiel)
Węgiel – konfiguracja elektronowa: 1s22s22p2. Węgiel w przyrodzie ma cztery elektrony walencyjne (czworościan foremny)- są to jedyne informacje które można stwierdzić bez informacji o jakim rodzaju węgla mowa.
Rodzaje węgla:
· Diament
· Fulereny
· Grafit
· Grafen
· Nanorurki węglowe
· Sadza
· Antracyt
· ...
baloniasz171