Лекция 06 (Лекции 1-16, без 15й)

Лекция N6.

Недостатки КМ полупроводникового материала на основе кобальтита марганца. Не выдерживает воздействие водородной газовой среды при пайке при 900 градусах Цельсия; слишком велика разница величин компонентов при 25 градусах Цельсия (больше 10 порядков (кобальтит марганца 10^5, Al2O3 – 10^17)), это делает невозможным получение композиций с воспроизводимыми свойствами. Был предложен оксид на основе РЗИ. Они имеют аналогично переходным металлам незаполненную внутреннюю оболочку 4f. В то же время сопротивление оксидов 4f элементов больше, чем 3d элементов. Термическая стойкость свойств оксидов и других соединений РЗИ больше оксидов и других соединений переходных металлов.

Таблица 1.

Удельное сопротивление оксидов РЗИ и Sc2O3 и Y2O3.

Для температур срабатывания 500-600 градусов Цельсия у таких оксидов как Nd2O3, Dy2O3 = 10^5 Ом*см. Таким образом, для высокотемпературных терморезисторов их можно применять и по отдельности, и в композиции друг с другом для регулирования «ро» и других характеристик. Термочувствительный кабель отличается тем, что с целью улучшения технологичности, а также повышения надежности и термочувствительности, термочувствительный слой выполнен из полуторных оксидов РЗИ с температурой плавления 2060-2300 градусов Цельсия. При использовании в качестве наполнителя (для кабеля) Nd2O3 и Sm2O3 коэффициент термочувствительности В больше 10000К. При чем, кабель (линейно протяженный терморезистор) выдерживает перегревы до 1100 градусов Цельсия без заметного изменения параметров.

Синергетика и синергизм в материаловедении.

С легкой руки физика-теоретика Германа Хакина термин синергетика получил достаточно широкое признание и распространение (в конце 20 века) как некоторое общее название для междисциплинарной области знаний, занимающейся изучением появления и развития упорядоченных во времени и пространстве процессов или структур. Не только в физике, но и в других науках, изучающих более сложные явления природы, очень часто приходится встречаться с саморегуляцией, самоорганизацией, т. е. появлением и развитием структур в первоначально однородной среде. Синергетика это не отдельная наука, а скорее термин говорящий об общности интересов. Синергетика рассматривает закономерности самоорганизации диссипативных структур в неравновесных условиях (процессах). Диссипативный – значит связанный с рассеянием энергии. Системы могут находится в равновесном и неравновесном состояниях. Под равновесным состоянием системы понимают неизменное во времени состояние системы, причем неизменность состояния не поддерживается протеканием какого-либо внешнего по отношению к системе процесса. Движущей силой равновесных процессов служит стремление системы к минимуму свободной энергии; значит, термодинамическое равновесие соответствует наибольшей степени ее неупорядоченности. Движущей силой самоорганизации диссипативных структур является стремление системы к минимуму энтропии, а точнее говоря, к снижению производства энтропии. Новое направление в материаловедении – управление структурообразованием в расплавах и сплавах с использованием свойств открытых систем, находящихся вдали от термодинамического равновесия и связанных с самоорганизацией диссипативных структур. Открытая система может обмениваться с внешней средой и веществом и энергией. Система, которая не может обмениваться с внешней средой ни веществом, ни энергией называется изолированной. Объект исследования термодинамики – термодинамические системы, под которыми понимаются макроскопические части пространства, ограниченные реальными или мысленными контрольными поверхностями от окружающей среды. В материаловедении в качестве термодинамической системы в зависимости от решаемой задачи могут рассматриваться как обрабатываемый материал, так и весь технологический комплекс. Получение КМ с новыми комплексами требуемых свойств стало возможным благодаря применению новых нетрадиционных технологий, таких как горячее изостатическое (газостатическое) прессование, детонационное компактирование (нанесение покрытий), плазмо-химические методы и др. При использовании таких технологий система (изготавливаемый материал) находится в неравновесных условиях; а именно благодаря применению таких технологий стало возможным изготовление новых КМ с требуемыми комплексами свойств. Таким образом, разработка и освоение технологии новых КМ стали возможным на базе в том числе методов исследований, применяемых в синергетике. Синергетика определила единые принципы анализа сложных систем в живой и неживой природе. С позиций этики при создании сплавов с заданными свойствами эффективно использование принципа обратных связей, действующего в живых организмах. В этой связи управление свойствами связано с целенаправленным введением в сплав лидера-дефекта, контролирующего диссипацию энергии при внешнем воздействии. Синергетика занимается изучением процессов самоорганизации, устойчивости и распада структур различной природы, формирующихся в системах, далеких от равновесия. Эти процессы являются общими для живой и неживой природы. Общность заключается в том, что и биологическим, и химическим, и физическим и др. неравновесным процессам свойственны неравновесные фазовые переходы, отвечающие особым точкам – точкам бифуркаций, по достижении которых спонтанно изменяются свойства среды, обусловленные самоорганизацией диссипативных структур. Движущей силой самоорганизации диссипативных структур является стремление открытых систем при нестационарных процессах к снижению производства энтропии. Синергетика открыла новый образ единого и целостного мира, в котором наряду с детерминированными факторами существенную роль играют также случайные, вероятностные события – неравновесные процессы в открытых диссипативных структурах. Синергетика как молодая наука возникла на стыке многих наук. Так как волновые процессы оказались универсальными в различных областях знаний. Предметом исследований волновой теории середины 20 века в основном были упругие, гидравлические, электромагнитные и тепловые волны. Последние 20 лет волновая теория стала интенсивно внедрятся в химические процессы, биофизику, физику плазмы и т. д. Еще на заре развития волновой динамики ее основоположники обратили внимание на нелинейность волновых процессов. Нелинейная динамика, как показали последние исследования, открыла путь для изучения сложных явлений в живой и неживой природе – самоорганизации и хаоса. Один из основных принципов синергетики формулируется так: неравновесность – источник упорядоченности. Согласно этому принципу в любой диссипативной системе, находящейся в однородном стационарном состоянии при прохождении стационарных потоков, интенсивность которых превышает критическое значение, должны возникать упорядоченные неоднородные состояния – диссипативные структуры. Согласно третьему закону термодинамики пространственно-временные явления имеют чередующийся характер, т. е. в результате самоорганизации большого числа структурно-кинетических изменений возникает микроструктура.

Самоорганизация диссипативных структур.

Самоорганизующимися процессами называют процессы, при которых возникают более сложные и более совершенные структуры. Это определение позволяет выделить самоорганизацию как один из путей эволюции и отнести этот процесс к условиям далеким от термодинамического равновесия. Эволюция может приводить и к деградации. Так, в закрытых системах, когда движущая сила процесса – стремление системы к минимуму свободной энергии, достигаемое равновесное состояние является наиболее хаотическим состоянием среды. Если же эволюция системы контролируется минимумом производства энтропии (неравновесные условия), происходит самоорганизация динамических структур, названных диссипативными. К диссипативным структурам относятся пространственные, временные или пространственно-временные структуры, которые могут возникать вдали от равновесия в нелинейной области, если параметры системы превышают критические значения. Диссипативные структуры могут перейти в состояние термодинамического равновесия только путем скачка (в результате неравновесного фазового перехода). Таким образом, диссипативная структура это высокоупорядоченные самоорганизующиеся образования в системах далеких от равновесия, обладающие определенной формой и характерными пространственно-временными размерами. Они устойчивы относительно малых возмущений. Важнейшие характеристики диссипативных структур – время жизни, область локализации, фрактальная размерность. Диссипативные структуры отличаются от равновесных тем, что для своего существования они требуют постоянного притока энергии извне, т. к. по определению их самоорганизация связана с обменом энергией и веществом с окружающей средой. Процесс перехода устойчивость-неустойчивость следующий. Первоначально устойчивая диссипативная структура достигает в процессе революции системы порога неустойчивости, начинает осциллировать, возникающие в ней флуктуации приводят к самоорганизации новой, более устойчивой на данном иерархическом уровне диссипативной структуры. В чем различия между процессами организации и самоорганизации. Понятие организация относится к процессам, близким к равновесным, при которых движущейся силой развития является стремление системы к минимуму свободной энергии. Самоорганизация структур связана с переходом через кризис (неустойчивость системы) в условиях далеких от равновесия. Движущей силой процесса в этих условиях является стремление системы к минимуму производства энтропии. Яркий пример организации – кристаллическая структура твердых тел. С развитием синергетики утвердился термин самоорганизация. Материаловедение сегодня изобилует множеством примеров самоорганизации.

Тареев. Физика диэлектрических материалов (1982). Прочитать. Композиционные диэлектрики. Рассмотрение структур и формул для расчета диэлектрической проницаемости, распределения электрических полей и других характеристик КД, в зависимости от соотношения и распределения компонентов. Изотропные и анизотропные среды. Диспергирование твердых частиц основной матрицы композита. Композиционные порошковые пластмассы, фольгированные диэлектрики. Параграф 3.7 (стр. 165-168 (до формулы 3.109)). Диэлектрическая проницаемость КД. Дальше 169-172. стр. 174 (формулы). Стр. 176-177 матричные смеси. Стр. 179 (с последнего абзаца)-187. 193-194. диэлектрические потери 242-244.