Описание:Курс призван дать слушателям необходимый обзор различных классов современных материалов и материаловедческих проблем, связанных с их получением и использованием, а также в целом о предмете изучения и месте материаловедения среди смежных естественных наук (химия, физика, механика, медицина).
Тема 1. Природные материалы органического и неорганического происхождения. Природное сырье для получения искусственных материалов. Способы переработки
Что такое «материал»? Вещество и материал. Место материаловедения среди естественных и технических дисциплин. Материалы и вид homo sapiens sapiens. Природные материалы - конструкционные (известняк, мрамор, гранит, глин,. песок, дерево), топливо (дерево, торф, уголь, нефть, газ), оптические - кварц, слюда, драгоценные и полудрагоценные камни. Удобрения - сильвинит, селитра. Магнитные материалы: метеоритное железо, магнетит. Типы руд - самородные простые вещества (золото, сера), оксиды, сульфиды, соли. Обогащение сырья. Очистка (методы разделения полиметаллических руд, платиновых металлов, РЗЭ, цианидное выделение золота, очистка вольфрама, титана и пр. за счет транспорта иодидов, магнитная сепарация). Основные химические методы получения простых веществ. Металлургия - получение Fe и Al. Получение высокочистых веществ для полупроводниковой промышленности.
Тема 2. Металлические конструкционные материалы (получение, термообработка)
Основные механические характеристики конструкционных материалов (пределы прочности, текучести и т.д. на растяжение/кручение). Микроструктуры сплавов Fe-C, влияние на них условий получения и дополнительных отжигов (виды отжигов). Связь микроструктуры и механических характеристик. Аморфные металлы. Порошковая металлургия. Керметы. Дисперсионное упрочнение.
Тема 3. Полимерные материалы
Основные полимеры конструкционного назначения. Методы синтеза (полимеризация, поликонденсация). Особенности химического строения полимерных материалов. Эластичность. Каучуки, вулканизация. Природные полимеры - белки, ДНК, РНК, полисахариды (крахмал, целлюлоза). Проводящие полимеры. Сверхпроводящие полимеры. Органическая электроника. Жидкие кристаллы.
Тема 4. Неметаллические неорганические конструкционные материалы (стекла, цемент, бетон, огнеупоры)
Основные технические требования к конструкционным материалам по условиям эксплуатации (хим. стойкость, термостойкость, пористость (плотность), оптические свойства). Основные керамические материалы. Керамика в истории развития человека (неолит). Основные огнеупорные материалы. Спекание. Вяжущие материалы (цементы, гипс). Механизмы схватывания. Методы получения стекол.
Тема 5. Биосовместимые материалы. Композиты. Лекарства
Синтетические материалы как заменители тканей организма. Бионеогранические материалы - заменители костной ткани. Резорбируемость. Костная ткань как композит. Лекарственные материалы. Испытания in vivo и in vitro.
Тема 6. Полупроводники
Основы зонной теории. Металлы, полуметаллы, полупроводники, диэлектрики. Основные химические классы полупроводников. Собственная и примесная проводимость. Понятие о квазихимии. p-n переход. Диоды, транзисторы, полевые транзисторы (МОП). Полупроводниковые датчики излучения, болометры. Полупроводниковые источники света, лазеры.
Тема 7. Материалы для катализаторов
Основные принципы катализа. Гомогенный и гетерогенный катализ. Некоторые важные катализаторы в гомогенном катализе. Ферменты. Теория активных центров. Мультиплетная теория катализа. Катализ переходными металлами и полупроводниками.
Тема 8. Материалы для энергетики
Виды топлива (дерево, уголь, нефть и продукты ее переработки, торф, газ,…), сравнение по теплосодержанию, легкости получения, удобству транспортировки, безопасности. Водородная энергетика. Материалы для хранения водорода, материалы топливных ячеек. Твердые электролиты, катодные, анодные материалы. Материалы для ядерной энергетики.
Тема 9. Магнитные и диэлектрические материалы
Природы ферромагнетизма и сегнетоэлектирества. Домены. Гистерезис. Ферро-, ферри-, антиферро- магнетики/электрики. Магнитный момент и электронная структура вещества. Металлические и неметаллические магнетики. Магнитный момент шпинелей. Пьезо- и пироэлектрики. Магниторезистивные материалы.
Тема 10. Методы синтеза материалов
Классификация методов синтеза по удалению условий протекания от равновесных. Методы синтеза поликристаллов (керамический, методы химической гомогенизации, СВС, синтез с использованием микроволнового излучения), монокристаллов, стекол. Спекание. Расплавные методы. Получение тонких пленок.
Тема 11. Методы диагностики материалов.
Дифракционные методы, методы исследования элементного состава, колебательная спектроскопия, термические методы, микроскопические методы. Мессбауэровская спектроскопия и EXAFS, спектроскопия комбинационного рассеяния. Микрозондовый анализ. Электронная дифракция.