История возникновения материаловедения

Материаловедение возникло в середине 19-го века. Ведущие ученые, положившие начало металловедению – это Аносов (1797-1831) и Чернов (1839-1921).

Материаловедение полупроводников начало формироваться в 30-е и 40-е г.г. 20-го века под началом академика А.Ф.Иоффе.

В 20-е г.г. в США были открыты сегнетоэлектрические свойства у сегнетовой соли.

В 1944 г. в СССР академик Вул совершил открытие сегнетоэлектрических свойств у титаната бария (BaTi).

1948 – 1949 г.г. в США Бардин, Шокли и Брайтейн – создание первого транзистора.

В начале 40-х г.г. в США был запущен первый атомный реактор.

1950 г. – Тилл и Литл- получение первого монокристалла германия приборной чиcтоты.

1958 – CША и СССР – получение бездислакационного кремния.

1955 – 1960 г.г. – развитие космической техники, которое потребовало создание новых материалов.

1960-е г.г. – СССР – создание первого твердотельного лазерного генератора на арсениде галлия (GaAs) (Басов, Наследов, Рывкин).

1950-е г.г.- СССР – открытие халькогенидных стеклообразных полупроводников – ХСП (Коломиец, Горюнова).

1975 – США – впервые были получены пленки аморфного кремния (а-Si) и позднее пленки аморфного гидрогенизированного кремния (а-Si:Н), (Спир, Ле Комбер).

1960-1970 г.г. – создание теории и технологии гетероструктур.(Ж.И. Алферов)

1970-е г.г. – создание СБИС – сверхбольших интегральных микросхем.

1980-е г.г.- создание сверхрешеток (суперрешеток)

1990-е г.г. – открытие квантово-размерных эффектов в твердом теле, что послужило началом создания лазеров на квантовых ямах и квантовых точках.

В настоящее время проводятся интенсивные исследования новых материалов и разрабатываются новые технологии и приборы:

- композиты, полимеры, аморфные металлы, порошковая металлургия, радиационная технология,

- высокотемпературная сверхпроводимость,

- конструкционные материалы,

- фуллерены, нанотрубки, нанопроволоки,

- разрабатываются приборы на наноматериалах.

Конденсированные системы - твердые тела и жидкости вдали от критической точки (точки фазового перехода). Твердые тела и жидкости характеризуются сжимаемостью в миллион раз меньшей, чем газ. Принципиально различен и характер теплового движения частиц: в конденсированных средах – колебательное, в газах – поступательное.

В зависимости от температуры и давления (для металлов в основном от температуры, Р-соnst) все вещества могут находиться в четырёх агрегатных состояниях: плазмообразном, газообразном, жидком и твердом.

Плазма – ионизированный газ, в котором объёмные плотности положительных и отрицательных электрических зарядов равны.

В газообразном состоянии атомы практически не связаны друг с другом и хаотически перемещаются в пространстве.

В жидком состоянии атомы слабо связаны друг с другом, существует ближний порядок, вещество занимает форму сосуда, части легко отделимы друг от друга.

В твердом состоянии атомы взаимодействуют друг с другом по определенному закону, в структуре имеется как ближний, так и дальний порядок, атомы образуют кристаллическую решетку того или иного вида.

Переход между агрегатными состояниями сопровождается изменением свободной энергии:

F = U – TS,

где U – внутренняя энергия;

T – температура;

S = q / T – энтропия (связана с теплом).

Существует 5 видов конденсированных систем:

1. жидкости

2. стекла

3. аморфы

4. жидкие кристаллы

5. кристаллы

Жидкости – равновесные, изотропные, структурно неупорядоченные системы, обладающие текучестью, т.е., способные легко изменять свою форму.

Стекла – квазиравновесные, изотропные, структурно неупорядоченные системы, обладающие механическими свойствами твердых тел.

Аморфы – сильно неравновесные, изотропные, структурно неупорядоченные системы, полученные при экстремальных условиях.

Жидкие кристаллы – равновесные, анизотропные, частично структурно упорядоченные системы, обладающие большой текучестью.

Кристаллы – равновесные, анизотропные, структурно упорядоченные системы (характеризующиеся дальним порядком, трансляционной симметрией).

Дата добавления: 2014-01-11