ОБРАЗОВАНИЕ САМОПОДОБНЫХ СТРУКТУР НА ФОЛЬГАХ МОНОКРИСТАЛЛА АЛЮМИНИЯ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ПРОДОЛЬНОМ РАСТЯЖЕНИИ
|
Введение
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 14
1.1 Алюминий и его сплавы 16
1.2 Создание объектов по принципу «снизу-вверх» и «сверху-вниз» 21
1.3 Методы формирования наноструктур, основанные на самоорганизации .23
1.4 Регулярные периодические структуры 26
1.5 Особенности макроскопического рельефа монокристаллов алюминия, закрепленных на образцах высокопрочных сплавов при циклическом растяжении 31
1.5.1 Неустойчивость Эйлера в системах «жесткое покрытие на податливом
основании» 31
1.5.2 Модель Г.П. Черепанова 33
1.5.3 Модель Гринфельда 34
2. МАТЕРИАЛЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 37
2.1. Материал исследования 37
2.2. Подготовка поверхности 38
2.2.1 Шлифование и механическое полирование 38
2.2.2 Электролитическое полирование 40
2.3 Деформация образца с помощью испытательной машины 41
2.4 Возбуждение продольных колебаний в стержне (подложке) 41
2.5. Возбуждение изгибных колебаний показать, что изгибные колебания преобразуются в продольные на наклеенном, на стрежень образце монокристалла - использование резонанса, размеры стержня, расчет (определение) частот (рисунок - схема возбуждения колебаний) 41
3 . ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛЬЕФА МОНОКРИСТАЛЛОВ АЛЮМИНИЯ КУБИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИИ, ЗАКРЕПЛЕННЫХ НА ОБРАЗЦАХ ДЮРАЛЬАЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА, ПРИ ПРОДОЛЬНОМ РАСТЯЖЕНИИ 43
3.1 Эволюция макроскопического рельефа на монокристаллах алюминия при
продольном растяжении 44
3.1.1 Образование и эволюция макроскопического рельефа на поверхности
фольги монокристалла алюминия 45
3.2 Механизм образования макроскопических полос на фольгах монокристаллов алюминия, на образцах алюминиевого сплава при продольном
растяжении 46
4 . ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 48
4.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 48
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 48
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений 49
4.1.3. SWOT-анализ 50
4.2. Планирование научно-исследовательских работ 52
4.2.1. Структура работ в рамках научного исследования 53
4.2.2. Определение трудоемкости выполнения работ 54
4.2.3. Разработка графика проведения научного исследования 55
4.3. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 58
4.3.1. Расчет материальных затрат НТИ 58
4.3.2. Расчет затрат на специальное оборудование для
научных(экспериментальных) работ 59
4.3.4. Дополнительная заработная плата исполнителей темы 60
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 64
5.1. Техногенная безопасность 65
5.1.1 Анализ вредных факторов производственной среды 70
5.1.2 Анализ опасных факторов производственной среды 72
5.2 Охрана окружающей среды 71
5.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 72
5.4 Особенности законодательного регулирования проектных решений
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 75
5.5.1 ЧС природного характера 77
5.5.2 ЧС техногенного характера 78
Заключение 79
Список литературы 80
Приложения 85
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 14
1.1 Алюминий и его сплавы 16
1.2 Создание объектов по принципу «снизу-вверх» и «сверху-вниз» 21
1.3 Методы формирования наноструктур, основанные на самоорганизации .23
1.4 Регулярные периодические структуры 26
1.5 Особенности макроскопического рельефа монокристаллов алюминия, закрепленных на образцах высокопрочных сплавов при циклическом растяжении 31
1.5.1 Неустойчивость Эйлера в системах «жесткое покрытие на податливом
основании» 31
1.5.2 Модель Г.П. Черепанова 33
1.5.3 Модель Гринфельда 34
2. МАТЕРИАЛЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 37
2.1. Материал исследования 37
2.2. Подготовка поверхности 38
2.2.1 Шлифование и механическое полирование 38
2.2.2 Электролитическое полирование 40
2.3 Деформация образца с помощью испытательной машины 41
2.4 Возбуждение продольных колебаний в стержне (подложке) 41
2.5. Возбуждение изгибных колебаний показать, что изгибные колебания преобразуются в продольные на наклеенном, на стрежень образце монокристалла - использование резонанса, размеры стержня, расчет (определение) частот (рисунок - схема возбуждения колебаний) 41
3 . ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛЬЕФА МОНОКРИСТАЛЛОВ АЛЮМИНИЯ КУБИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИИ, ЗАКРЕПЛЕННЫХ НА ОБРАЗЦАХ ДЮРАЛЬАЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА, ПРИ ПРОДОЛЬНОМ РАСТЯЖЕНИИ 43
3.1 Эволюция макроскопического рельефа на монокристаллах алюминия при
продольном растяжении 44
3.1.1 Образование и эволюция макроскопического рельефа на поверхности
фольги монокристалла алюминия 45
3.2 Механизм образования макроскопических полос на фольгах монокристаллов алюминия, на образцах алюминиевого сплава при продольном
растяжении 46
4 . ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 48
4.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 48
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 48
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений 49
4.1.3. SWOT-анализ 50
4.2. Планирование научно-исследовательских работ 52
4.2.1. Структура работ в рамках научного исследования 53
4.2.2. Определение трудоемкости выполнения работ 54
4.2.3. Разработка графика проведения научного исследования 55
4.3. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 58
4.3.1. Расчет материальных затрат НТИ 58
4.3.2. Расчет затрат на специальное оборудование для
научных(экспериментальных) работ 59
4.3.4. Дополнительная заработная плата исполнителей темы 60
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 64
5.1. Техногенная безопасность 65
5.1.1 Анализ вредных факторов производственной среды 70
5.1.2 Анализ опасных факторов производственной среды 72
5.2 Охрана окружающей среды 71
5.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 72
5.4 Особенности законодательного регулирования проектных решений
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 75
5.5.1 ЧС природного характера 77
5.5.2 ЧС техногенного характера 78
Заключение 79
Список литературы 80
Приложения 85
Уменьшение материальных объектов до нанометровых размеров приводит к кардинальному изменению их свойств. Исследование этих свойств, и создание на их основе практически значимых наноэлементов с уникальными свойствами определяет, и на ближайшие годы будет определять основное направление развития науки о материалах. Основной проблемой развития технологии в этом направлениях является отсутствие простых методов, допускающих реплецирование наноструктур, аналогичных фотолитографическим, лежащим в основе современной микроэлектроники, продвижение которых в нанометровый диапазон ограничено дифракционным пределом. Использование более коротковолнового излучения и альтернативных способов экспонирования позволило уменьшить размеры получаемых структур, что, однако, не решает всех проблем из-за технических сложностей при их реализации. В связи с этим поиск, обоснование и исследование нетрадиционных подходов к формированию наноструктур с заданными параметрами приобретает первостепенную актуальность и практическую значимость.
Перспективным направлением для решения этих проблем является явление самоорганизации, широко распространенное в природе, позволяющее естественным образом формировать и воспроизводить довольно сложные функциональные структуры. Очевидно, что при самоорганизованной сборке не требуется применения дополнительных технологических приемов, а реплицирование достигается автоматически. Одним из недостатков самоорганизации является специфичность избирательных взаимодействий, приводящих к самоорганизованной сборке органических структур, и трудности их воспроизведения при необходимости использования неорганических материалов.
Естественным развитием направления связанного с самоорганизацией является самосборка, основанная на физических воздействиях. При использовании таких методов возможно получение воспроизводимых результатов и, в отличие от химической самоорганизации, они позволяют создавать структуры из материалов различной природы. При этом разработка поэтапного метода синтеза структур под действием контролируемого физического воздействия, позволила бы получать сверхминиатюрные устройства, свойства которых задаются в процессе роста. Разумеется, что физическое воздействие должно обладать определенной селективностью по отношению к элементам, из которых собирается наноструктура, как и к пространственному расположению этих элементов в формируемом объекте. Поэтому значительных и многообещающих результатов в этом направлении к настоящему времени получено не было.
Тем не менее, в ряде случаев, один из которых является предметом исследований в данной работе, возможно реализовать условия самосборки наноструктур с контролируемым составом и пространственным расположением элементов.
Перспективным направлением для решения этих проблем является явление самоорганизации, широко распространенное в природе, позволяющее естественным образом формировать и воспроизводить довольно сложные функциональные структуры. Очевидно, что при самоорганизованной сборке не требуется применения дополнительных технологических приемов, а реплицирование достигается автоматически. Одним из недостатков самоорганизации является специфичность избирательных взаимодействий, приводящих к самоорганизованной сборке органических структур, и трудности их воспроизведения при необходимости использования неорганических материалов.
Естественным развитием направления связанного с самоорганизацией является самосборка, основанная на физических воздействиях. При использовании таких методов возможно получение воспроизводимых результатов и, в отличие от химической самоорганизации, они позволяют создавать структуры из материалов различной природы. При этом разработка поэтапного метода синтеза структур под действием контролируемого физического воздействия, позволила бы получать сверхминиатюрные устройства, свойства которых задаются в процессе роста. Разумеется, что физическое воздействие должно обладать определенной селективностью по отношению к элементам, из которых собирается наноструктура, как и к пространственному расположению этих элементов в формируемом объекте. Поэтому значительных и многообещающих результатов в этом направлении к настоящему времени получено не было.
Тем не менее, в ряде случаев, один из которых является предметом исследований в данной работе, возможно реализовать условия самосборки наноструктур с контролируемым составом и пространственным расположением элементов.
1. Разработана электромагнитная система для циклического растяжения образцов путем знакопеременного изгиба с амплитудой А =±3 мм при изменении частоты колебаний в диапазоне 120-180 Гц.
2. Циклическое растяжение образцов дуралюмина с наклеенными фольгами монокристалла алюминия кубической ориентации показали, что при частоте колебаний f=100 гц наблюдается уменьшение ширины и периода продольных макроскопических полос и небольшой рост периода твидовой структуры Т=
3,4 мкм.
3. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что период твидовой структуры определяется фундаментальными характеристиками монокристалла алюминия (такими, как модули упругости, коэффициент Пуассона, поверхностные напряжения, а также энергией образования и миграции точечных дефектов.
4. В качестве выводов к экономическому разделу можно привести затраты ФТИ 179544,61 р. Стоимость создания дюраль алюминия составила 82,27 рублей по этому разделу дипломного проекту было потрачено 150 дней Затраты на обслуживание оборудования составили 120000 р. Зарплата сотрудников составляла 28000 рублей.
5. Резюмируя вышеизложенное можно сделать вывод, что сотрудники лаборатории соблюдают условия охраны труда. Общая характеристика и анализ условий труда на анализируемом предприятии, а именно: пожарная безопасность, освещенность, вентиляция и водоснабжение, санитарнобытовые условия соблюдаются согласно ГОСТам, СНиПам, федерального, регионального и иного законодательства.
2. Циклическое растяжение образцов дуралюмина с наклеенными фольгами монокристалла алюминия кубической ориентации показали, что при частоте колебаний f=100 гц наблюдается уменьшение ширины и периода продольных макроскопических полос и небольшой рост периода твидовой структуры Т=
3,4 мкм.
3. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что период твидовой структуры определяется фундаментальными характеристиками монокристалла алюминия (такими, как модули упругости, коэффициент Пуассона, поверхностные напряжения, а также энергией образования и миграции точечных дефектов.
4. В качестве выводов к экономическому разделу можно привести затраты ФТИ 179544,61 р. Стоимость создания дюраль алюминия составила 82,27 рублей по этому разделу дипломного проекту было потрачено 150 дней Затраты на обслуживание оборудования составили 120000 р. Зарплата сотрудников составляла 28000 рублей.
5. Резюмируя вышеизложенное можно сделать вывод, что сотрудники лаборатории соблюдают условия охраны труда. Общая характеристика и анализ условий труда на анализируемом предприятии, а именно: пожарная безопасность, освещенность, вентиляция и водоснабжение, санитарнобытовые условия соблюдаются согласно ГОСТам, СНиПам, федерального, регионального и иного законодательства.