Актуальность проблемы
производства нано- или ультрадисперсных (УД) материалов определяется
особенностью их физико-химических свойств, позволяющих создавать материалы
с качественно и количественно новыми свойствами для использования на
практике [1—5]. Это связано с тем, что для материала таких малых размеров
приобретает большее значение квантовая механика, а это существенным
образом изменяет механические, оптические и электрические свойства
вещества.
Первые исследования
наноматериалов [1—5] показали, что в них изменяются, по сравнению с
обычными материалами, такие фундаментальные характеристики, как
удельная теплоемкость, модуль упругости, коэффициент диффузии,
магнитные свойства и др. [1, 6—9]. Следовательно, можно говорить о
наноструктурном состоянии твердых тел, принципиально отличном от обычного
кристаллического или аморфного.
Анализ теоретических и
экспериментальных исследований, выполненных к концу 70-х годов,
позволил сделать вывод об особом УД состоянии твердых тел, отличном
от традиционных и аморфных материалов, и дать определение этого понятия на
основе физической природы. В этом случае к нано- или УД материалам относят
среды или материалы, которые характеризуются настолько малым размером
морфологических элементов, что он соизмерим с одной или несколькими
фундаментальными физическими величинами этого вещества (изменение периодов
кристаллической решетки и др.).
По мере того как размер зерен или
частиц становится все меньше и меньше, все большая доля атомов оказывается
на границах или свободных поверхностях. Так, при размере структурных
единиц 6 нм и толщине поверхностного слоя в один атом, почти половина
атомов будет находиться на поверхности. Так как доля поверхностных
атомов в УД материалах составляет десятки процентов, ярко проявляются
все особенности поверхностных состояний, и разделение свойств на
«объемные* и «поверхностные» приобретает, в какой-то мере, условный
характер. Развитая поверхность оказывает влияние как на решеточную, так и
на электронную подсистемы.
Появляются аномалии поведения
электронов, квазичастиц (фононов, плазмонов, магнонов) и других
элементарных возбуждений, которые влекут за собой изменения физических
свойств УД систем, по сравнению с массивными
материалами.
Поведение УД материалов часто
определяется процессами на границе частиц или зерен. Например,
нанокерамика может деформироваться пластически достаточно заметно за счет
скольжения по границам. Эта
