NANOTEHNOLOGIA INFORMATICI

{\rtf1\ansi\ansicpg1250\deff0\deflang1048{\fonttbl{\f0\fswiss\fcharset238{\*\fname Arial;}Arial CE;}} {\*\generator Msftedit 5.41.15.1507;}\viewkind4\uc1\pard\f0\fs20 NANOTEHNOLOGIE\par \par \par Dictionarul Webster defineste cuvantul "nanotehnologie" ca fiind "arta manipularii unor dispozitive minuscule, de dimensiuni moleculare". Guvernul american insa a investit in ultimii ani miliarde de dolari in cercetarea in domeniul nanotehnologiilor, in incercarea de a transforma-o dintr-o arta intr-o "stiinta". Ca urmare, activitatea de cercetare din domeniu este prodigioasa. Progresele rapide, mai ales din chimie, au pus la indemana cercetatorilor in domeniu o varietate de unelte miniaturale minunate.\par Nanotehnologia a fost initial introdusa pentru a furniza o tinta concreta acuratetei pentru procesele de fabricatie care implica finisari de ultraprecizie, cum ar fi: taieri ultrafine, diverse tipuri de prelucrare (procesare) cu fascicule energetice, utilizand fascicule de fotoni, electroni sau ioni, evaporarea in strat subtire, corodari superficiale ultrafine, etc.\par \tab De la prezentarea conceptului de nanotehnologie in anul 1974 la Tokyo, acesta a castigat teren atat in Europa cat si in S.U.A., referindu-se aici la stiinta fenomenelor la scara atomica. \par Cercetarea stiintifica este evident necesara intrucat nanotehnologia nu poate avea succes fara o intelegere stiintifica de baza a fenomenelor petrecute la scara atomica.\par \tab Noua tehnologie va transforma produsele de fiecare zi si modul in care sunt fabricate prin manipularea atomilor astfel incat materialele sa poata fi micsorate, imbunatatite si usurate in acelasi timp. Desi modeste, produsele actuale bazate pe nanotehnologie, precum tesaturi rezistente la pete si ambalaje pentru alimente proaspete, care au intrat pe piata, unii oameni de stiinta estimeaza ca nanotehnologia va juca un rol deosebit de important in viitor.\par \tab Datorita unor imbunatatiri a microscoapelor, oamenii de stiinta pot acum plasa pentru prima data atomi singulari unde doresc. Aplicatiile potentiale sunt numeroase: computere microscopice, nanoparticule pentru tratarea cancerului si motoare nepoluante. Potrivit celor mai multi oameni de stiinta, viitorul nanotehnologic ar putea sa ia avant peste 10-20 de ani, deoarece trebuiesc depasite principalele obstacole cum ar fi in primul rand lipsa unei productii economice de masa.\par \tab Unele dintre cele mai complicate dispozitive vor necesita o pozitionare exacta a miliarde de atomi. \par O alta provocare este crearea unei punti de legatura intre dimensiunile nanoscopice si macroscopice. Cu alte cuvinte, dispozitivele nanoscopice sunt nefolositoare atunci cand trebuie atasate la dispozitive mari, ramanand deocamdata nesolutionata problema depasirii neajunsurilor mentionate. La acestea se adauga temerile derivate din domeniul SF, care ameninta sa deraieze nanotehnologia, in acelasi mod in care populara anxietate provocata de "super-plante" si "super-alimente" au impiedicat dezvoltarea biotehnologiei in agricultura.\par \tab La nivel mondial, cele doua domenii care ar putea castiga potential de pe urma nanotehnologiei, sunt electronica si biotehnologia.\par \tab Spre exemplu, in domeniul biotehnologic, oamenii de stiinta promoveaza notiunea de nanoparticule din aur care ar putea fi activate prin telecomanda pentru a se incalzi si a omori celulele canceroase. \par \tab Lucrarea de fata isi propune sa realizeze o trecere in revista a unora dintre "dispozitivele minuscule" si modalitati de realizare cu ajutorul acestora a diferitelor produse, pasind astfel intr-o noua era a tehnicii de varf\par Prezentarea conceptului\par Nanotehnologia este acea ramura a stiintei care permite crearea de materiale, de dispozitive si de sisteme la scara nanometrica (1-100 nm), prin manipularea materiei la aceasta scara, precum si prin exploatarea noilor proprietati ce rezulta la scara nanometrica, avand un puternic impact asupra numeroaselor aplicatii comerciale, militare si spatiale. \par in cele ce urmeaza va fi prezentata o descriere de ansamblu al conceptului de nanotehnologie, pe baza unor exemple menite sa ajute la intelegerea conceptului legat de fabricarea, caracteristicile, aplicatiile si comercializarea produselor din aceasta categorie.\par Conceptul de nanotehnologie se caracterizeaza prin faptul ca toate procesele care se studiaza si se produc, au ca unitate de referinta nanometrul, ce reprezinta a miliarda parte dintr-un metru (3 - 4 atomi). \par Pornind de la definirea acestei dimensiuni, se poate usor deduce ca nanotehnologia reprezinta practic un procedeu de asamblare la nivel molecular.\par Noua tehnologie are menirea de a transforma produsele de fiecare zi si modul in care acestea sunt fabricate prin manipularea atomilor, astfel incat materialele sa poata fi micsorate si imbunatatite in acelasi timp. \par Desi produsele actuale bazate pe nanotehnologie sunt modeste - precum tesaturi rezistente la pete si ambalaje pentru alimente proaspete - care au intrat deja pe piata, unii oameni de stiinta estimeaza ca nanotehnologia va juca un rol deosebit de important in viitor.\par \tab Datorita unor imbunatatiri a microscoapelor, oamenii de stiinta pot acum plasa pentru prima data atomi singulari acolo unde doresc. Aplicatiile potentiale sunt numeroase: computere microscopice, nanoparticule pentru tratarea cancerului, motoare nepoluante, etc. \par Utilizand binecunoscutele proprietati chimice ale atomilor si moleculelor (care vizeaza modul de "lipire" a acestora), nanotehnologia propune construirea de dispozitive moleculare inovatoare, cu caracteristici extraordinare. Secretul consta in a manipula atomii individual si de a-i plasa exact acolo unde este nevoie, astfel incat sa produca structura dorita. \par Nanotehnologia se poate defini si ca fiind abilitatea de a transforma materia ordonand cu precizie atom dupa atom si molecula dupa molecula, pentru ca in final sa se produca nanostructuri din care sa se poata forma nanoproduse, adica dispozitive si masini.\par \par Directii de utilizare a nanotehnologiei in confectionarea echipamentelor militare\par Domeniul cercetarii militare este unul extrem de strict, iar informatiile care ajung la public nu reprezinta probabil nici 5% din realitatea analizata si procesata de oamenii de stiinta. Se cunoaste totusi ca tehnologia folosita la confectionarea materialelor folosite pentru echipamentul are la baza viitorului este in strinsa legatura atat cu avansata nanotehnologie precum si cu materialele sintetice fortificate cu diversi polimeri.\par Este cunoscut faptul ca apararea americana cheltuieste anual sume fabuloase pentru modernizarea fortelor militare. Miliarde de dolari sunt destinate domeniilor de cercetare care au o singura preocupare: modernizarea echipamentelor militare.\par in pofida faptului ca fortele militare americane sunt si in prezent cele mai dotate si mai eficiemnte din lumea intreaga, autoritatile americane sunt foarte interesate de a aduce noi si noi imbunatatiri atat echipamentelor cat si aparaturii si armamentului din dotare. \par Ultimele descoperiri in materie de echipamente vor fi implementate curand, urmand ca pana in anul 2025 militarul american sa aiba o uniforma inteligenta, capabila sa-si adapteze instantaneu culoarea intr-o perfecta corelare cu zona geografica si fauna, dar si cu modificarea proprietatilor de izolare asigurand o temperatura optima in functie de conditiile de mediu specifice zonelor din teatrele de operatii unde militarii isi executa misiunile.\par Uniformele inteligente se bazeaza pe inserarea in materialele din care acestea sunt produse a unor particule inteligente, programate special pentru a se adapta situatiilor. Dincolo de faptul ca aceasta uniforma se va comporta ca un cameleon, are si proprietati inteligente: daca se rupe, se activeaza un mecanism de regenerare, iar in cazul in care intra in contact cu substante chimice, are un sistem de autoaparare prin care se va evita deteriorarea. in plus, uniformele militare din viitor nu fasaie si nu fac nici un fel de zgomot pe timpul miscarii.\par Principala caracteristica a hainelor si uniformelor inteligente fabricate din materiale imbogatite cu anumiti polimeri este ca fac corp comun cu purtatorul. Aceste haine respira. in ciuda faptului ca sunt rezistente si actioneaza descurajator asupra efectelor mediului exterior, purtatorului ii dau senzatii dintre cele mai benefice: sunt usoare, nu se transpira in ele, asigura o lejeritate in miscare. Daca la toate acestea mai adaugam si faptul ca aceste haine anticipeaza multe dintre posibilele efecte ale mediului inconjurator si apara purtatorul de o multime de pericole, putem recunoaste pe buna dreptate ca aceasta reprezinta haina ideala pentru om si nu doar pentru militarii viitorului.\par Cercetarile efectuate au luat si iau in considerare imbunatatirea tinutei militare in ansamblul ei, deci nu numai a uniformelor propriuzise dar si a castilor din dotare, accesoriu care a fost intotdeauna cea mai blamata componenta a tinutei militare. \par Fiind de obicei dintr-un material dur \endash de cele mai multe ori din fier si de cativa ani din kevlar \endash cascheta este un obiect vestimentar dificil de purtat chiar de cei mai caliti si antrenati militari din lume. Pentru a contribui pe deplin la mmarirea gradului de mobilitate al militarului pe timpul misiunilor, in laboratoarele americane s-au impins cercetarile astfel incat se afla in stadiu de proiect o cascheta ce va fi confectionata dintr-un material de 70 de ori mai usor decat actuala piesa a garderobei militare.\par \par Componente nanotehnologice in electronica\par \tab Primul ingredient necesar pentru a construi circuite la scara moleculara este \'85 sarma. Astfel de sarme trebuie sa fie foarte subtiri, lungi, rezistente mecanic si sa aiba o conductanta electrica buna. Din fericire chimistii au descoperit o serie de molecule care au exact proprietatile necesare. \par Fig.1.2 prezinta un fragment din cea mai celebra dintre moleculele descoperite, si anume nanotubul de carbon. Nanotubul de carbon este caracterizat prin faptul ca fiecare atom de carbon este legat covalent cu vecinii sai. Pentru descoperirea acestor molecule, Richard Smalez de la Universitatea Rice din S.U.A. a primit premiul Nobel pentru chimie in anul 1996. Astfel de molecule au un diametru de 5nm si pot avea lungimi de ordinul milimetrilor. Se caracterizeaza prin excelente proprietati electrice si mecanice, in pofida dimensiunilor minuscule.\par \par \par . Nanotubul de carbon. Partea din stanga a unei singure molecule \par \tab Al doilea ingredient de care avem nevoie este un comutator, care poate inchide si deschide circuite. Din fericire si pentru acest dispozitiv exista o pletora de alternative. in fig. 1.3. este prezentat un astfel de comutator molecular.\par \tab Molecula polarizata prezentata in fig. 1.3.(a) este caracterizata printr-un nor de sarcina electric asimetric. in pozitia din stanga norul blocheaza trecerea curentului electric. Aplicand un potential ridicat cauzam rotirea moleculei si reorientarea norului electronic; molecula din pozitia din dreapta a figurii mentionate conduce curent electric intr-o singura directie, comportandu-se ca o dioda.\par Molecula are "memorie", deoarece ramane multa vreme in pozitia in care a fost pusa. Un potential mare negativ poate muta molecula inapoi la starea neconducatoare.\par \par \par \par a) Comutatorul molecular caruia i s-a aplicat un potential ridicat;\par b) Comutatorul molecular plasat intre doua nanosarme.\par \tab in fig. 1.3.(b) este prezentata micrografia unui comutator molecular cuplat cu doua nano \endash sarme. Acest comutator poate fi pozitionat cu precizie ridicata prin urmatoarele procedee chimice simple, astfel:\par 1.\tab Cele doua sarme se fabrica separat;\par 2.\tab Se inmoaie una dintre sarme intr-o solutie care contine molecule-comutator;\par 3.\tab Cele doua sarme se suprapun in unghi drept.\par Respectand cele mentionate mai sus, comutatorul de la intersectia celor doua sarme se va cupla de ambele, devenind astfel operational.\par Faptul ca putem construi sarme izolate si legate prin comutatoare nu este suficient pentru a construi circuite complexe. Trebuie sa fim capabili sa construim in mod eficient (in paralel) multe astfel de sarme cuplate cu comutatoare. \par Din fericire, chimistii au descoperit un fenomen care ne ofera solutia intr-un mod aproape miraculos. Acest fenomen se numeste auto-asamblare (self-assembly). Una din formele sale se manifesta astfel: se realizeaza o solutie cu un anumit tip de molecule. \par in solutie se inmoaie un suport dupa care solutia se incalzeste, se extrage suportul si in mod spontan, fara a avea vreun control dinafara, moleculele din solutie se aseaza intr-o structura aproape regulata. \par in acest mod se pot construi simultan zeci sau sute de sarme paralele, aflate la distante foarte mici una de alta.\par \par Nanocalculatoarele\par in aceasta sectiune ne-am propus sa schitam modalitatea de imbinare a nanotehnologiei si a hardware-ului reconfigurabil in scopul construirii masinilor de calcul. \par Avand in vedere cercetarile in domeniu, in fig.1.6 este prezentata arhitectura unui sistem de calcul bazat pe nanotehnologii ce consta dintr-un nanocircuit ce are la baza o grila bidimensionala de grupuri (clusters), legate prin "sarme" configurabile de lungimi diferite, fiecare grup constand dintr-o grila de nanoblocuri.\par Structura aceasta este foarte asemanatoare cu cea a circuitelor reconfigurabile disponibile comercial numite FPGA (Field Programmable Gate Array), pentru care exista deja multa experienta in proiectarea sculelor si tehnologiilor de compilare, plasare si rutare.\par \par \par Reprezentarea structurii unui nanocircuit si a unui nanobloc\par \tab Astfel de circuite pot fi fabricate printr-o mixtura de tehnologii: fiecare nanobloc este fabricat folosind nanotehnologii. Lacasurile pentru grupuri si sarmele lungi sunt fabricate prin tehnologia CMOS, fiecare nanobloc este apoi inserat intr-un astfel de locas. Au fost puse la punct metode prin care se pot configura nanoblocurile.\par Dupa fabricatie, circuitele vor fi cuplate intr-un calculator care va testa grupurile, pentru a gasi unul perfect functional. Urmeaza apoi configurarea acestui grup de catre calculator cu ajutorul unui program de autotestare, prin care restul circuitului este testat pentru a gasi alte defecte. \par Nanoblocurile defecte vor fi inregistrate intr-o lista de defecte atasata circuitului. Atunci cand circuitul este utilizat, compilatorul care genereaza configuratia va folosi aceasta lista de defecte pentru a genera un circuit care foloseste numai partile functionale.\par \par PROPRIETatILE NANOMATERIALELOR\par Generalitati privind propritatile nanomaterialelor\par \tab Mediu condensat \endash este starea lichida si cristalina a substantei. Sistemele moleculare complicate pot fi transformate in stare condensata ca o trecere din starea gazoasa in stare condensata. \par \tab in stare cristalina se intilnesc toate corpurile solide. Cu studierea diferitor structuri cristaline se ocupa cristalografia. Fara ideile de baza formate in cristalografie, nu se poate intelege ce reprezinta un corp solid. Meritele cristalografiei au fost atat de convingatoare, ca in mare masura au influentat dezvoltarea de mai departe a ideilor noastre despre fizica corpului solid. Asa ca simetria translativa a cristalelor a determinat celula elementara a cristalului. Fiecarui tip de cristal ii corespunde o singura celula elementara. Unirea celulelor elementare formeaza structura cristalina. Fiecare structura cristalina are proprietatile sale geometrice. Pentru descrierea diferitelor directii in cristal se introduc indici de directie. Toate acestea impreuna permit sa descriem corect structura cristalina.\par Simetria cristalelor \par \tab Corpurile cristaline au proprietati de simetrie. Se numesc simetrice acele corpuri, care sint formate din parti identice. Elementele simetriei sunt suprafata de simetrie si axa de simetrie. La axele de simetrie se adauga sirul simetrei. Toate cristalele sunt simetrice, si aceasta inseamna, ca in fiecare cristal se pot defini suprafata de simetrie si axa de simetrie de diferite ordine.\par \tab Dupa simetria formei exterioare cristalele se impart in 32 de clase, unite in sapte sisteme: cubica, hexagonala, tetragonala, trigonala, rombica. Fiecare sistem se caracterizeaza printr-un ansamblu determinat de elemente ale simetriei. in cristalele sistemului cubic sunt prezente trei axe de ordinul patru; in sistemul hexagonal \endash axe de ordinul sase; in cel trigonal \endash axe de ordinul trei; in sistemul rombic sunt prezente trei axe perpendiculare una pe alta de ordinul doi; in cristalele sistem monopana se contine numai o singura axa de ordinul doi si in sfirsit in sistemul tripana lipsesc total suprafetele de simetrie si axele de simetrie.\par Structurile cristaline tipice\par \tab Multe material constructive, ca metalele, au structuri cristaline simple. Dintre cele mai raspindite este structura hexagonala compacta (SHC.) si structura cubica cu fete centrate (SCFC). Numarul de atomi in celula elementara a SHC este 5, iar in SCFC este 4. Structura cubica centrata intern (SCCI) se intalneste mai rar, iar structura cubica simpla (SCS) are un singur element. Numarul de atomi in celula elementara a acestor structuri este doi sau unu. \par in structura cubica simpla atomii sunt distribuiti numai in colturile cubului, si se ating reciproc de-a lungul laturilor cubului.\par \tab Structura centrata intern se intalneste la toate metalele alcaline si alte metale, iar unele au o structura centrata intern numai intr-o gama de temperaturi. celula elementara in SCCI reprezinta un cub cu atomii in fiecare colt si in centru. Asa cum numarul de atomi in SCI este de numai doi si aceasta structura nu are ambalare compacta. Totalitatea atomilor in SCI sunt aranjati in lungul diagonalei cubului. Fiecare atom in aceasta structura este inconjurat de 8 atomi.\par \tab Structura cubica cu fete centrate este destul de densa. Celula elementara contine patru atomi, care ocupa toate colturile cubului si centru fiecarei fete. Aceasta structura are simetrie, care permite rotirea la 900 a fiecarei laturi a cubului. Fiecare atom din acesta structura este inconjurat de 12 vecini. Atomii se ating unul cu altul in lungul fetei pe diagonala.\par \tab Structura hexagonala compacta in cristale se intilneste destul de des. Aceasta structura se formeaza prin asezarea suprafetelor compacte in consecutivitate (sir) simpla: doua suprafete compacte se ating usor una cu alta, asa ca, fiecare atom a unei suprafete cade intre trei atomi a suprafetei vecine. Fiecare atom in asa structura este inconjurat de 12 vecini apropiati.\par \tab Piramida tetragonala. Aceasta structura are 6 atomi, iar in stratul doi de coordonare se afla 8 atomi, care sunt ecranati de 6 vecini apropiati. in natura se gasesc structuri si mai compacte, ca de exemplu diamantul.\par \tab Structura diamantului. Re\rquote eaua diamantului are structura cubica.\par \tab in colturile cubului de baza, avand structura cu fete centrate, sunt adaugati atomi, care impart cubul de baza in 8 parti egale. De aceea o parte din atomi se aseaza in varfuri si centrele fetelor unui cub, iar alta \endash in varfuri si centrele fetei altui cub. Prima sfera de coordonate a retelei diamantului contine 4 atomi, distanta dintre ei este de . A doua sfera de coordonate se afla la distanta si contine 4 atomi. A treia sfera de coordonate contine de asemenea 4 atomi, care sunt asezati la distanta , si in sfarsit sfera patru de coordonate se afla la distanta de si are 4 atomi. in calculele energetice ale straturilor cristaline esta necesar sa se analizeze cristalul din diferite directii in spatiu. in legatura cu aceasta in cristalografie se studiaza cateva metode descriere a propritatilor substantei.\par \par Nanotehnologia de obtinere a metaloceramicii\par Materialele metaloceramice se folosesc in diferite domenii: constructii de aeronave, motoare, in medicina si alte domenii. O mare importanta are ceramica pe baza de Ti. Tipic reprezentativ pentru ceramica, reprezinta topirea pe baza de ( Ti -2%), aluminiu titan (Ti - % Al) si deasemenea topirea tripla de forma (Ti- % C si % Al).\par Tehnologia de obtinere a astfel de substante metaloceramice la nanonivele este grea si complicata. Este conditionata de faptul ca tehnologia de obtinere nu are in baza sa un model fizico-chimic de formare a materialelor metaloceramice la nanonivele. La fabricarea acestor materiale nu se obtin rezultate bine determinate. Aceasta tehnologie este extrem de costisitoare si ca atare limiteza utilizarea acestor materiale pe o scara mai larga.\par Pentru obtinerea aliajelor triple de titan e necesar de a aplica metalurgia granulara. Proportia optima a greutatii compozitiei este Ti-0,35%, C-6,44% si Al. Temperatura incalzirii compozitiei amestecului trebuie sa fie mai mare decat temperatura de topire a aluminiului, dar sa nu intreaca temperatura de topire a Ti, adica trebuie sa fie o medie intre aceste doua temperaturi si anume 1300-1400 K. La presiunea 200 MP are loc un soc triplu de temperatura, cu incalzire la 1100 K. S-a dovedit experimental ca scaderea temperaturii trebuie sa dureze pana la 1 ora in aer atmosferic. Cu acest procedeu de incalzire si racire straturile superioare vor fi saturate cu atomi de oxigen si azot, si care trebuie sa umple golurile intercluster de domensiuni mici din titan, odata cu formarea catalitica a moleculelor TiO si TiN. Aceasta va duce la o evidenta imbunatatire a proprietatilor mecanice ale acestui material metaloceramic. Astfel ca straturile superioare vor umple toate golurile fisurale si sferice de mici dimensiuni.\par Proprietatile mecanice ale nanomaterialelor\par Mecanica solidului rigid deformabil, se studiaza in momentul actual la nivel micro, mezo si macro. Mult timp, deformarea solidului rigid se studia prin metoda determinarii cantitative a proprietatilor de deformare la nivel micro, cu trecerea la nivel macro, prin introducerea caracteristicilor integrale ale comportarii solidului rigid in conditiile diferitor influente mecanice, trecand pragul interfazal spre formarea nanoparticulelor sub forma de clustere cu compozitia lor interioara si influenta intercluster. Acest gol l-a umplut mezomecanica.\par Rezultatele obtinute la acest nivel de studiere a proprietatilor solidelor rigide, a permis cunoasterea dinamicii solidului rigid deformabil si in special a proprietatilor plastice ale diferitelor materiale compozite.\par insa in mezomecanica nu studiaza mecanica formarii particulelor relativ mari la nivel micro si interactiunea lor la nivel mezo.\par in continuare se studiaza aceasta problema din perspectiva modelului partial cuantomecanic al deformarii solidului rigid, aplicabil la proprietatile mecanice ale materialelor.\par Solicitarile mecanice asupra solidului rigid sunt: compresiunea, rasucirea, incovoierea. Proprietatile electrice, magnetice si altele vor fi studiate aparte.\par Constructia de masini din secolul XXI pune mari probleme si noi cerinte in fata diferitelor materialelor. Materialele trebuie sa lucreze in conditii deosebite: sa reziste la temperaturi joase si inalte, stari de tensiune prelungite, sa aiba rigiditate inalta si oboseala joasa. Cu toate acestea, caracteristicile masice trebuie sa fie minime. Pentru a asigura astfel de proprietati, este necesar sa se formuleze clar modelul fizic a reactionii solidului rigid la diferite solicitari mecanice avand in vedere ultimele descoperiri in acest domeniu.\par in momentul actual s-au propus urmatoarele modele de teorii asupra solidului rigid: 1. Teoria inelara a lui Frenkel; 2. Modelul volumului liber; 3. Teoria sibotaxis; 4. Modelul cvasichimic; 5. Modelul clusterial.\par in toate aceste modele, s-a revazut interactiunea binara cu aplicarea potentialului Lenard-Jones si modelului cuantomecanic monoparticular. La prima vedere se parea ca folosirea pseudopotentialului evident in modelul monoparticular in locul potentialului Lenard-Jones este de perspectiva. insa, toate modelele studiate sunt semiempirice. Fiecare model explica multumitor doar unele proprietati ale solidului rigid, iar calculele teoretice pentru un model sau altul au condus la diferente fata datele experimentale cu cel putin un ordin de marime. Materialul experimental foarte bogat obtinut in domeniul mecanicii corpului rigid, a permis aprofundarea mecanicii diferitelor materiale constructiv pentru diferite solicitari mecanice.\par De exemplu: obtinerea diagramei tensiune-deformatie (?-?) la intindere a permis determinarea precisa in domeniul deformatiilor rigide si plastice, de a determina pentru tip de materiale limita rigiditatii si limita de curgere.\par Limitele deformatiilor elastice depind de temperatura. Cu cresterea temperaturii deformatiei elastice scade spre zero.\par in conditii dinamice ale incarcarii apare deformarea neuniforma. Deformarea intirzie, adica cresterea deformatiei incepe nu imediat ci peste un timp oarecare dupa inceputul incarcarii.\par Pentru un rind de materiale compozite, astfel de aliaj este Cu- 12%Al-4,5%Mn si nichelat de Ti, are loc efectul retinerii formei. Astfel de materiale la comprimare-intindere in conditii izotermice de incarcare au proprietatea de histerezis.\par Deformarea plastica a corpului solid policristalin este insotita de o reformare structurala cand se petrece transformarea din policristalin in monocristalin. Aceasta proprietate a corpului solid a fost observata in etapa de inceput a folosirii razelor Roentgen pentru analiza corpului solid.\par in articolul sau Panin V.E evidentiaza foarte clar mezomecanica, ca baza pentru studierea proprietatilor mecanice ale corpului solid. Prima curba "incarcare-deformare" poate fi definita prin trei etape ale curbei deformarii si anume:\par I. campul liniar, descris de legea lui Hook;\par II. dependenta neliniara reversibila, care de asemenea poate fi descrisa de Legea lui Hook, insa folosind modelul lui Young;\par III. campul de trecere de la dependenta reversibila la ireversibila.\par Primele doua nivele ale dezvoltarii deformarii pot fi intelese destul de convingator. Al treilea nivel este determinat ca un mezonivel. La mezonivelul-1 se formeaza structuri disipative in structura initiala a modelului si la mezonivelul 2 apar distribuiri stochastatice mezopolos si are loc fragmentarea modelului. Trebuie sa presupunem ca mezonivelul-1 iincepe sa se formeze pe o portiune nelineara reversibila dependentei tensiune-deformare, si mezonivelul 2 in zona de curgere a modelului. La macronivel apare formarea "gatului" modelului cu pierderea globala a rezistentei lui ca un intreg. Toate acestea apar ca macrolinii localizate. La dilatarea modelului apare formarea "gatului" exact la mijloc. Caracterul reactiunii se transmite cu o anumita viteza prin corpul solid de la fiecare zona a solicitarii modelului si aceste reactiuni se intalnesc cu exactitate la mijlocul modelului, se amplifica unul pe altul si ca rezultat in aceste locuri apare o distrugere puternica.\par Ce genuri de interactiuni determina viteza distribuirii reactiunii in corpul solid poate fi inteles doar la micronivele. Toate materialele constructive contin un numar mare de defecte de diferite proveniente si diferite marimi. Distributia acestor defecte pe volumul corpului este ceva aleator. Aleatoare pot fi si actiunile exterioare. Acest fapt a condus la descrierea problemei distrugerii folosind metoda statistica. Datele experimentale la diferite incercari de modele din acelasi material confirma natura statistica a distrugerii.\par Scurta analiza efectuata a proprietatilor mecanice initiale ale corpurilor solide ne permit sa punem problema foarte precis: trebuie sa obtinem explicarea fizico-matematica a tuturor proprietatilor la micronivel. O astfel de explicare este necesara pentru modelarea la calculator a proprietatilor fizico-mecanice prin metoda analizei rezultate la micro-, mezo- si macronivele. Modelul monomolecular cuantomecanic nu a permis efectuarea acestei analize pe deplin. De aceea astfel de probleme se pot rezolva la un nivel nou prin aplicarea modelului bimolecular cuantomecanic.\par \par SISTEME DE PROCESARE LA NIVEL NANOMETRIC \par Unitate de procesare, tensiuni de rupere si densitate de energie de procesare\par in ultima vreme a devenit tot mai necesara fabricarea de produse inteligente precise cu o acuratete extrem de inalta si realizare fina de ordinul nanometrilor. in mod clar, pentru a produce astfel de produse de inalta precizie trebuie utilizate sisteme de prelucrare/procesare in domeniul subnanometric sau de tip atom cu atom. Unitatea de prelucrare/procesare corespunde dimensiunii unei "portiuni" din cip in procesele de mascare, unui "pas" din procesele de deformare si unui "cluster" molecular in procesele de consolidare.\par Tensiunea de rupere in domeniul retelei atomice\par Atunci cand sunt utilizate unitati de prelucrare de dimensiuni "atomice", apare o problema serioasa: rezistenta al forfecare sau tensiunea de rupere ?(N mm-2) sau energia specifica la forfecare (J cm-3) devine extrem de mare.\par Un exemplu de dependenta a tensiunii de forfecare de grosimea probei pentru otel carbon este prezentat in figura 6.1.\par \par Relatia dintre grosimea probei si rezistenta la forfecare pentru otel-carbon SAE 1112\par \tab Curba arata ca, cu cat grosimea probei devine mai mica, rezistenta la forfecare la frontul de atac al sculei de aschiere sau al granulei abrazive devine extrem de mare, apropiindu-se de tensiunea de forfecare teoretica ?th din materialele fara defecte sau de taria legaturii din otel-carbon:\par \tab ?th=G/2?=1,3?104 Nmm-2\tab (3.1)\par unde G = 8,2 ?104 N mm-2 este modulul de rigiditate al otel-carbonului.\par Motivul pentru care rezistenta la forfecare devine asa de mare la frontul de aschiere pentru nivelul atomic, este acela ca exista numai defecte punctuale care pot initia ruperea structurii la nivelul legaturilor atomice. Totusi, dupa cum se prezinta schematic in figura 6.2, in metalele ductile, ruperea prin alunecare pentru unitati de prelucrare/procesare intre 0,1 si 10 \'b5m provine din dislocatiile relativ usor de deplasat din granula cristalina metalica, in care intervalul mediu de reaparitie a unei dislocatii mobile este de circa 1 \'b5m, iar in granula cristalina a unei ceramici fragile, ruperea apare datorita microfisurilor care sunt, de asemenea, distribuite pe un interval mediu de circa 1 \'b5m.\par \par \par \par \par \par Distributia defectelor in materiale: rupere datorata dislocatiilor mobile in materialele ductile, respectiv microfisurilor in materialele fragile\par \tab Pentru unitati de procesare mai mari de 10 \'b5m, ruperea metalelor ductile datorata deplasarii prin forfecare incepe intr-un punct slab la limita de granula sau intr-o cavitate, iar in ceramicile fragile ruperea apare in principal din fisurile din jurul interfetelor granulare. Din acest motiv, prelucrarea cu masini-unelte obisnuite ce utilizeaza muchii ascutite sau abrazivi fixati pe sculele de slefuire (rectificare) nu poate produce "aschii" de dimensiuni atomice, intrucat muchiile de taiere se uzeaza rapid datorita inaltei rezistente la forfecare. insa, sculele si abrazivii pe baza de diamant pot fi utilizate pentru aschiere si rectificare fina datorita rezistentei lor mari la uzura. Mai mult, lepuirea si lustruirea, care folosesc abrazivi liberi, pot fi utilizate pentru procesarea "atom cu atom" a materialelor.\par \par PRELUCRARE NANOTEHNOLOGICa\par Generalitati\par \tab Nanoprelucrarea este realizata prin nanoaschiere, nanoslefuire si honuire, nanolepuire si lustruire, etc. \par Unitatea de procesare in aceste metode este de cativa zeci de nanometri, astfel ca o comportare la indentare si zgariere in domeniul clusterilor atomici consta, in principal, in alunecare prin forfecare datorita ruperii elastice, care are la baza defectele punctuale din domeniul fara dislocatii si fara microfisuri.\par Nanoaschierea este principala metoda de prelucrare bazata pe forfecare utilizand cutite diamantate cu un singur varf pentru materialele moi si ductile, in timp ce nanoslefuirea si honuirea sunt utilizate la prelucrarea ductila fara fisurare a materialelor dure si fragile, prin folosirea discurilor si granulelor de diamant. Nanolepuirea si lustruirea sunt utilizate pentru prelucrarea materialelor dure si fragile cu pulberi abrazive.\par Nanoaschierea implica o marime de prelucrare de cativa zeci de nanometri, dar tensiunea de taiere care actioneaza la extremitatea sculei este foarte mare, comparabila cu fortele de legatura atomice. Drept rezultat, singurele scule disponibile se limiteaza la diamant, iar prelucrarea este limitata la materialele moi si ductile. Nanoaschierea produce o suprafata foarte fina de tip oglinda, iar stratul degenerat rezultat este extrem de subtire. De curand, s-au incercat simulari computerizate ale aschierii la scara atomica. \par Nanoslefuirea si honuirea creeaza o alunecare prin forfecare cu o adancitura de taiere de cativa zeci de nanometri si sunt cele mai des folosite la obtinerea suprafetelor lipsite de fisuri pe materiale dure si fragile, cum ar fi sticla si ceramicile. Nu este nevoie de spus ca tensiunea de lucru care actioneaza la muchia taietoare a abrazivilor este extrem de ridicata. in consecinta, pot fi utilizati numai abrazivi de diamant cu granule foarte fine prelucrare cu abrazivi stationari in domeniul de procesare la nivel de clusteri atomici. \par Spre deosebire de prelucrarea cu abrazivi statonari, lepuirea fina si lustruirea tip oglinda in domeniul clusterilor de atomi fac apel la abrazivi regenerabili (mobili) foarte fini, dar mecanismele celor doua metode sunt destul de diferite, dupa cum se indica in figura 4.1. Lustruirea tip oglinda se realizeaza prin polizare cu abrazivi fini tesiti, dar rezistenti termic, cum ar fi: Fe2 O3, Cr2O3, CeO2 sau MgO. in aceasta metoda, abrazivii inglobati in suprafata placii de lustruire au o deplasare in raport de suprafata piesei de prelucrat, netezind suprafata acesteia, prin forfecarea generala, de defectele punctuale. Lepuirea fina, pe de alta parte, utilizeaza placi semidure pentru a realiza indepartarea materialului cu alungiri fine si dure, desi mai de graba fragile cu muchii ascutite, cum ar fi diamantul, BN-cubic, SiC, SiO2 sau B4C. \par \par \par Lepuirea fina si lustruirea tip oglinda pentru materialele dure si fragile cum ar fi sticla, ceramicile, aliajele superdure etc: (a) lustruirea tip oglinda a sticlei (abrazivi: SnO2 Fe2O3, MgO, Ce2O3, rezistenti termic); (b) lepuirea fina a sticlei (abrazivi:diamant, SiC, B4C, c-BN) dur si ascutit; (c) fisurarea la intindere pentru aschierea fragila; (d) alunecarea prin forfecare pentru aschierea ductila; (e) prelucrarea fina ultrasonica; (f) sablare normala.\par Fisurarea datorita ruperilor foarte fine de la suprafata este initiala de defectele punctuale la extremitatea cavitatilor in forma de pana imprimata de muchiile ascutite ale abrazivilor duri care se rostogolesc intre placa de leptuire si suprafata piesei de prelucrat, dupa cum se prezinta in figurile 4.1 (b), (c) si (d). \par Tensiunea de rupere la extremitatea ascutita a amprentei este marita de efectul de pana si de factorul de concentrare a tensiunii pentru a depasi limita de rupere elastica la intindere . Cand limita de rupere elastica la intindere este mai mica de doua ori decat limita de rupere elastica de forfecare , materialul este considerat fragil. Cu alte cuvinte, avem in materiale de sablare cu abrazivi duri foarte fini si reprezinta in principiu acelasi tip de proces ca lepuirea avansata, dupa cum se prezinta in figura 4.1 (e) si (f). \par Procesarea subgranula\par Procesarea subgranula a metalelor ductile\par Ruperea prin forfecare sau deformarea plastica a metalelor ductile porneste de la dislocatiile in domeniul 1-10 \'b5m, ceea ce corespunde unei dimensiuni subgranulare. \par a) Dislocatiile si vectorul Burgers\par Materialele ductile, cum ar fi metalele Al si Fe, sunt alcatuite din granule monocristaline cu dimensiuni de la cativa micrometri la cativa zeci de micrometri. in granulele cristaline, intotdeauna exista defecte liniare, cum ar fi dislocatiile marginale si elicoidale. Astfel de dislocatii in monocristale reprezinta o dezordonare a aranjamentului atomic, asa cum se poate observa din figurile 4.2 si 4.3. \par \par Fig. 4.2 Defectele liniare (dislocatii)\par Fig. 4.3 Dislocatii elicoidale (W. T Read Jr. 1953, Dislocations in Crystals, Me Graw \endash Hill, New York ) : (a) alunecare ce produce o dislocatie elicodiala intr-o retea cubica simpla. Dislocatia se afla pe directia AD paralela cu directia de alunecare. Alunecarea a aparut in zona ABCD; (b) aranjamentul atomic in jurul dislocatiei elicoidale. Planul figurii este paralel cu linia de alunecare. ABCD reprezinta aria "alunecata", iar AD este dislocatia elicodiala. Cercurile goale reprezinta atomii din planul aflat exact deasupra planului de alunecare, iar cercurile pline sunt atomii din planul aflat exact sub planul de alunecare.\par O dislocatie marginala este un defect liniar orientat al retelei atomice, marcat cu semnul in sectiunea transversala in timp ce o dislocatie elicoidala este un defect spiral orientat al retelei cristaline dupa cum arata semnul care indica directia spiralei. Vectorul Burgers, care defineste dezordinea indica directia si marimea dislocatiei. Directia vectorului Burgers pentru dislocatiile marginale este normala pe linia de dislocatie, in timp ce pentru dislocatiile elicodale este paralela cu linia de dislocatie. \par Densitatea dislocatiilor poate fi definita de lungimea liniilor de dislocatie din unitatea de volum (cm-3), prin numarul de sectiuni ale liniilor de dislocatii pe unitatea de suprafata (cm-2), sau prin intervalul mediu dintre liniile de dislocatii sectionate (cm). Intervalul dintre dislocatiile marginale este de ~ 1 cm intr-un monocristal de siliciu (cristal fara defecte). \par b) Forta Peierls-Nabarro sau tensiunea Peirls pentru alunecarea tangentiala bazata pe defectele de dislocatie in metalele ductile\par Cand se aplica o sarcina unei piese de lucru ce cauzeaza o alunecare tangentiala, atomii retelei din jurul liniei de dislocatie se deplaseaza de-a lungul vectorului Burgers. Cu alte cuvinte, linia de dislocatie determina atomii sa se deplaseze cu o unitate de distanta reticulara din reteaua atomica. Tensiunea de forfecare necesara pentru a deplasa o dislocatie printr-o retea cristalina intr-o anumita directie este data de tensiunea Peierls c (Nm-2), care se bazeaza pe o lege forta atomica-distanta de tip sinusoidal:\par \tab \tab (4.1)\par unde :\par G - modulul de elasticitate de forfecare (Nm-2); \par - coeficientul lui Poisson;\par b - marimea vectorului Burgers corespunzator distantei atomilor dintr-o directie de alunecare particulara (m);\par - latimea regiunii de dislocatie efectiva (m). \par Pentru reteaua cubica centrala intern a metalelor ductile (figura 7.4) pentru un plan de alunecare, iar pentru ceramicile fragile , astfel ca este destul de mic din cauza cresterii tip treapta a potentialului de legatura atomica langa nodurile retelei. Este usor de intuit ca exista un camp potential inalt in jurul liniilor de dislocatie datorita dezordinii retelei facand astfel usoara aparitia alunecarii prin forfecare. \par in fier (metal ductil), de exemplu, cu =0,28 si ,\par \tab MPa\tab (4.2)\par pentru G=80 GPa.\par Valoarea calculata este apropiata de valoarea reala a rezistentei la forfecare, care este considerabil mai scazuta (cu un factor de 1/500 la 1/300) decat rezistenta teoretica c=G/2 . \par \par \par Fig. 4.4 Potentialul de legatura atomica U0, vectorul Burgers b si latimea regiunii de dislocatie efectiva ? in materiale fragile si ductile.\par Figura 4.5 arata un model de propagare a liniei de dislocatie datorita unei surse Frank-Read. in acest model, tensiunea de incarcare externa produce deformarea dislocatiei care se propaga. \par c) Tensiunea Peierls in materiale fragile \par Chiar daca numarul de dislocatii este extrem de mic in domeniul subgranula al materialelor fragile, microfisurile sunt distribuite dens. Mai mult, tensiunea Peierls c datorata dislocatiilor este destul de mare pentru ca in ecuatia lui Peierls, G este extrem de mare cand /b este foarte mic (comparativ cu materialele ductile). De exemplu, c pentru diamant este > 10 GPa (G=900 GPa), iar c pentru cristalul de siliciu este 5-6 GPa (G=125 GPa). De aceea, ruperea fragila datorita microfisurilor este posibil sa apara la tensiuni scazute in ceramici, dupa cum s-a mentionat anterior. \par \par Fig 4.5 Modul de propagare a dislocatiei datorita sursei Frank-Read\par \tab Motivul pentru care materiale ca diamantul si siliciul au tensiuni Peierls extrem de mari este acela ca:\par -\tab structura lor atomica consta din puternice legaturi covalente;\par -\tab structura lor de tip diamant cu retele cubice centrateintern si cu fete centrate contin plane greu glisante in cristal.\par Din acest motiv este foarte dificil de a depasi bariera abrupta de potential de legatura atomica si de a deplasa un atom catre urmatoarea pozitie din retea.\par \tab in materiale ceramice, cum ar fi Si O2, se gasesc structuri de tip diamant similare, constand din diferiti atomi cu puternice forte de legatura. Astfel, tensiunile Peierls ale Al2O3 sau ale ceramicilor similare sunt 4-6 GPa.\par \tab La temperaturi ridicate, alunecarea tangentiala a atomilor in materialele ceramice apare mai rapid decat la temperatura camerei, deoarece atomii poseda o inalta energie de vibratie termica care corespunde unei cresteri a energiei potentiale libere. in acest fel devine mai usoara depasirea barierei de potential a legaturilor atomice. in diamant, de exemplu, alunecarea de forfecare apare la o tensiune de 50 MPa la 1800\'b0C. in cristalul de Si aceasta se intampla la 600\'b0C, iar in cristalul de Ge la 800\'b0C. Acest efect al temperaturii apare in lustruirea la nivel atomic si clusterii atomici ai diamantului cand piesa de diamant deseori se incalzeste pana la rosu.\par \par \par \par }

Textul de mai sus reprezinta un extras din "NANOTEHNOLOGIA INFORMATICI". Pentru versiunea completa a documentului apasa butonul Download si descarca fisierul pe calculatorul tau. Prin descarcarea prezentei lucrari stiintifice, orice utilizator al site-ului www.studentie.ro declara si garanteaza ca este de acord cu utilizarile permise ale acesteia, in conformitate cu prevederile legale ablicabile in domeniul proprietatii intelectuale si in domeniul educatiei din legislatia in vigoare.
In cazul in care intampini probleme la descarcarea fisierului sau documentul nu este nici pe departe ceea ce se doreste a fi te rugam sa ne anunti aici: raporteaza o eroare