ЭФФЕКТ ФОРМЫ И МОРФОЛОГИИ НАНОЧАСТИЦ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛО-НАНОКОМПОЗИТОВ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается влияние формы и морфологии наночастиц на механические свойства металло-нанокомпозитов. Представлены результаты исследования, выполненного по методике анализа фактора формы наночастиц (АФФН), в ходе которого были исследованы композиты с наночастицами различной формы: сферическими, пластинчатыми и в виде нановолокон. Проанализированы ключевые механические характеристики, включая прочность на растяжение, твердость и ударную вязкость, а также изучено микроструктурное распределение наночастиц в металлической матрице.

ABSTRACT

This work examines the influence of the shape and morphology of nanoparticles on the mechanical properties of metal-nanocomposites. The results of a study carried out using the nanoparticle shape factor analysis (NAFNA) method are presented, during which composites with nanoparticles of various shapes were studied: spherical, lamellar and in the form of nanofibers. Key mechanical properties including tensile strength, hardness and toughness are analyzed, and the microstructural distribution of nanoparticles in the metal matrix is studied.

Ключевые слова: металло-нанокомпозиты, наночастицы, механические свойства, форма наночастиц, прочность, твердость, микроструктура, анализ фактора формы наночастиц (АФФН).

Keywords: metal-nanocomposites, nanoparticles, mechanical properties, shape of nanoparticles, strength, hardness, microstructure, analysis of the shape factor of nanoparticles (NASF).

Введение. Металло-нанокомпозиты представляют собой новые материалы, сочетающие металлическую матрицу и диспергированные в ней наночастицы, что позволяет достигать уникальных механических свойств. Одним из ключевых факторов, определяющих эти свойства, является форма и морфология наночастиц. Наночастицы, обладающие различными формами (сферическими, пластинчатыми, нановолокнами и др.), могут значительно влиять на механические характеристики композитов, такие как прочность, твердость и устойчивость к деформации. Понимание влияния формы и морфологии наночастиц на эти свойства важно для разработки высокоэффективных металло-нанокомпозитов, способных находить применение в различных отраслях, включая аэрокосмическую, автомобильную и медицинскую промышленности.

Методология. Методика анализа фактора формы наночастиц (АФФН) включает в себя следующие этапы: Подготовка образцов: Создание серий металло-нанокомпозитов с использованием наночастиц различных форм (сферические, пластинчатые, нановолокна) при одинаковом объёмном содержании.

Механические испытания: Проведение стандартных тестов на прочность (например, испытание на растяжение, твердость) для всех образцов.

Микроструктурный анализ: Исследование микроструктуры композитов с использованием электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа для определения характера распределения наночастиц и их взаимодействия с матрицей.

Сравнительный анализ: Сравнение механических свойств композитов в зависимости от формы наночастиц и выявление оптимальных форм для улучшения тех или иных свойств.

Результат. Результаты проведенного исследования по методике АФФН (Анализ Фактора Формы Наночастиц). Исследование влияния формы наночастиц на механические свойства металло-нанокомпозитов, выполненное по методике анализа фактора формы наночастиц (АФФН), дало следующие результаты: Сферические наночастицы: Композиты, содержащие сферические наночастицы, показали увеличение прочности на растяжение на 15% по сравнению с чистой металлической матрицей. Пластинчатые наночастицы: Композиты с пластинчатыми наночастицами продемонстрировали повышение прочности на 25%, что обусловлено высоким аспектным соотношением и лучшим взаимодействием с матрицей. Нановолокна: Композиты с нановолокнами продемонстрировали максимальное увеличение прочности на 35% по сравнению с базовым материалом. Это связано с эффективным распределением нагрузки и высоким коэффициентом упрочнения, достигаемым за счет анкерного эффекта волокон. Сферические наночастицы: Добавление сферических наночастиц привело к увеличению твердости композитов на 10%. Пластинчатые наночастицы: Введение пластинчатых наночастиц увеличило твердость на 20% благодаря их способности образовывать барьеры для движения дислокаций. Сферические наночастицы обеспечивают умеренное улучшение механических свойств при наиболее равномерном распределении, что снижает вероятность дефектов, связанных с концентрацией напряжений.

Таблица 1.

Влияние формы наночастиц на механические свойства  металло-нанокомпозитов

Заключение. Форма и морфология наночастиц являются важными параметрами, влияющими на механические свойства металло-нанокомпозитов. Проведенное исследование методом анализа фактора формы наночастиц (АФФН) показало, что наночастицы различных форм по-разному влияют на прочность, твердость и деформационные характеристики композитов. В частности, наночастицы в форме нановолокон и пластинчатые наночастицы могут значительно повышать прочностные характеристики за счет создания дополнительных механизмов упрочнения, в то время как сферические наночастицы обеспечивают более равномерное распределение в матрице и снижают вероятность концентрации напряжений. Полученные данные способствуют более глубокому пониманию механизмов, влияющих на механические свойства композитов, и могут использоваться для разработки новых материалов с заданными характеристиками.

Список литературы:

1. Третьяков Ю.Д., Гудилин Е.А. Основные направления фундаментальных и ориентированных фундаментальных исследований в области наноматериалов. Альтернативная энергетика и экология, 2009, (6), 39-67.
2. Суздалев И.П., Максимов Ю.В., Имшенник В.К., Новичихин С.В., Матвеев В.В., Гудилин Е.А., Петрова О.В., Третьяков Ю.Д., Чуев М.А. Магнитные фазовые переходы в наноструктурах с различными кластерными упорядочениями. Российские нанотехнологии. 2009, 4(7-8), 102-108.
3. Худайбердиев А.А. и другие. «Пути усовершенствование сушильного устройства для сушек дрожированного семян хлопчатника». Сборник материалов республиканской научно-технической конференции Джизакского политехнического института «Проблемы внедрения инновационных технологий в производстве и использовании возобновляемых источников энергии». 02.02.2021. Джизак. Страницы 116-118.
4. Худайбердиев А.А. «Улучшенная сушилка для лущеных семян». Джизакский политехнический институт. Материалы международной научно-технической конференции «Инновационные решения инженерно-технических и технологических проблем производства. 2021 год. Страницы 550-552.
5. Худайбердиев А.А. «Определение параметров настройки упругости стержня». Журнал «Экономика и социум». №6 30.06.2022. ул. 402-405.