Размерная зависимость физических свойств наноматериалов

Свойства	Изменение свойств при переходе в наноразмерное состояние
Фазовые превращения	Понижение температур плавления и фазовых переходов
Кинетические	Аномально высокие значения коэффициентов диффузии
Электрические	Рост электросопротивления и диэлектрической проницаемости
Магнитные	Рост коэрцитивной силы, магнитосопротивление, появление суперагнетизма
Механические	Рост предела текучести, твердости, вязкости разрушения, появление сверхпластичности

Физическая функция (ФФ). Описание ФФ включает следующую информацию:

§ техническая функция, которую может реализовать ТО;

§ функциональная структура ТО;

§ физическая операция, с помощью которой реализуется техническая функция.

Описание физической операции (ФО) формализовано представляют тремя компонентами: входной и выходной потоки вещества, энергии, сигналов и наименование действия по превращению входного потока в выходной.

Каждый ТО находится в определенном взаимодействии с факторами внешнего воздействия, влияющими на строение, функционирование и развитие ТО. Для конкретного ТО в качестве внешних факторов могут вступать его надсистема, природные и технические объекты, физические поля, которые находятся в функциональном или вынужденном взаимодействии с разрабатываемым ТО и должны учитываться в качестве функциональных или вынужденных входных и выходных потоков в ФО.

Принцип реализации функции (ПР). Описание ПР содержит схему ФО, в которой показаны основные функциональные элементы, обеспечивающие ее реализацию, направление функциональных потоков и основные физические величины, характеризующие используемые физико-химические эффекты (ФХЭ).

Под ФХЭ понимают приложения химических и физических законов, устанавливающих закономерности появления результатов взаимодействия объектов материального мира, находящихся под действием энергетическуих полей. Качественное описание ФХЭ включает: входной и выходной потоки вещества, энергии, сигналов и физический объект, осуществляющий преобразование

Таблица 1 – Описание физико-химического эффекта

Наименование ФХЭ	Входной поток	Физический объект	Выходной поток
Закон Гука	Механическая энергия	Твердое тело	Деформация (движение структурных элементов) Тепловая энергия
Термодиффузия	Тепловая энергия	Вещество	Диффузия (движение структурных элементов)
Закон Джоуля-Ленца	Электромагнитная энергия	Проводник	Тепловая энергия (движение структурных элементов)

Техническое решение (ТР). Описание ТР представляют в виде двухуровневой структуры, указывая значения и функционально важные соотношения параметров ТО и его основных элементов, включая их взаимное расположение в функциональном объеме и способы сопряжения. Описание содержит необходимую информацию для изготовления и эксплуатации ТО.

Систематика задач поиска и выбора технологических

Решений

При разработке любого ТО, когда ставится задача получить изделие с параметрами, не уступающими лучшим мировым образцам, технологу необходимо решать иерархическую последовательность задач выбора и оптимизации технического решения. Систематика поиска основывается на поэтапном анализе альтернативных вариантов для каждого компонента, характеризации ТО в их иерархической последовательности:

Этап 1 – составление описания потребности (технической функции). Кроме качественного описания, указывают основные количественные характеристики реализуемой функции и условий (ограничений) накладываемых на ее реализацию.

Этап 2 – выбор физической операции. Для реализации одной и той же потребности практически всегда можно использовать несколько альтернативных вариантов операций.

Например, для реализации потребности в консолидации порошкообразной смеси могут быть применены несколько способов (физических операций): высокотемпературная обработка, отверждение с использованием цемента, пропитка полимерными композициями и др.

Этап 3 – выбор принципа реализации функции. При реализации процесса высокотемпературной обработки могут быть задействованы различные физико-химические эффекты, обеспечивающие достижения заданного уровня прочности:

спекание –термодиффузия

горячее прессование – вязкое течение

литье расплава – кристаллизация

Этап 4 – выбор технического решения. Один и тот же принцип реализации функции может быть выполнен несколькими практически приемлемыми вариантами ТР. Например, спекание может быть осуществлено разогревом объекта за счет конвективной передачи тепла от внешних источников, прямым пропусканием электрического тока через объект или теплом химических реакций между компонентами объекта.

Выделенные для поиска компоненты характеризации и их последовательность имеют определенную условность, поскольку на практике выбор оптимального технологического решения ведут итерационным путем, а решение смежных этапов часто совмещают.

Перечисленные этапы поиска и выбора технологического решения имеют важную закономерность. Относительное влияние этапов поиска на технико-экономический эффект всей разработки значительно возрастает от четвертого (выбор ТР) к первому (выбор ТФ). Наиболее важным с этой точки зрения является изобретение новых ФО и прогнозирование новых потребностей.