Гуктың идеал серпімді денесі дегеніміз деформациялық тәртібі Гук заңымен

55. 56. Нанобө лшектердің қ ұ рылымды механикалық касиеттері. Наноө лшемді обьектілердің ерекше кө лемді қ асиеттерін сипаттаң ыз

Нанодисперсті жү йелердің қ ұ рылым-механикалық қ асиеттерін реологиялық ә діс-тің кө мегімен зерттейді. Реологиялық қ асиеттердің дисперсті жү йелердің қ ұ рылымына тә уелділігін зерттеу арқ ылы қ ұ рылым тү зу процестерінің заң дылық тарын анық тап, ә ртү рлі композициялық материалдарды ө ндіру сияқ ты маң ызды технологиялық мә селелерді шешуге болады.

Маң ызды реологиялық сиапаттамаларғ а тұ тқ ырлық, серпімділік, иілгіштік жә не беріктілік жатады. Оларды анық тау ү шін сыртқ ы механикалық кернеудің (Р) ә серінен болатын деформациялар γ (жү йенің бірынғ айлығ ы бұ зылатын нү ктелердің ығ ысуы) мен олардың уақ ытқ а тә уелділігін зерттейді.

Деформацияның тү рі кернеудің тү ріне байланысты. Дисперсті жү йелердің зерттеулерінде кө біненсе ығ ысу (жылжу) деформацияларын қ арастырады.

Деформациялар қ айтымды жә не қ айтымсыз бола алады. Біріншісіне серпімді (Гук деформациялары) мен эластикалық (тежеулі серпімді) деформациялар жатады. Қ айтымсыз деформацияларғ а тұ тқ ырлы ағ у (кез келген Р шамасында) мен пластикалық ағ у (бір критикалық шамадан ү лкен Р ү шін) жатады.

Реологияда денелердің механикалық қ асиеттері ү лгілер арқ ылы бейнеленеді. Серпімді, тұ тқ ыр жә не пластикалық қ асиеттерді бір элементтен тұ ратын қ арапайым ү лгілер - Гуктың идеал серпімді денесі, Ньютонның идеал тұ тқ ыр денесі жә не Сен-Венан-Кулонның идеал пластикалық (иілгіш) денесі -кө рсетеді.

Гуктың идеал серпімді денесі дегеніміз деформациялық тә ртібі Гук заң ымен

немесе (1)

бейнеленетін пружинадан тұ рады (1-сурет).

Гук заң ы бойынша серпімді дененің деформациясы берілген жү ктеменің шамасына тура пропорционал. Бұ л тең деудегі пропорционалдық коэффициенті материалдың қ атаң дығ ын сипаттайтын Юнг модуліне (Е) тең. Идеал серпімді денеге деформациялардың толық қ айтымдылығ ы тә н, яғ ни жү ктемені алып тастағ анда дененің пішіні лезде орнына келеді.

1-сурет. Гуктың идеал серпімді денесінің ү лгісі

Ньютонның идеал тұ тқ ыр денесі идеал тұ тқ ыр сұ йық тық пен толтырылғ ан цилиндрдегі перфорацияланғ ан поршень арқ ылы ү лгіленеді (2-сурет). Бұ л ү лгідегі деформация (цилиндрдің қ озғ алу) жылдамдығ ы Ньютон заң ымен бей-неленеді:

немесе , (2)

мұ ндағ ы η – сұ йық тық тың тұ тқ ырлық коэффициенті (тұ тқ ыр-лық ); - деформация жылдамдығ ы; τ – деформация уақ ыты.

координаталарының басынан шығ атын тү зу сызық Ньютон заң ына сә йкес келіп, оның ең кіш бұ рышының тангенсі η шамасына тең. Ньютондық сұ йық тық тардың тұ тқ ырлығ ы жү ктеменің шамасына тә уелсіз.

2-сурет. Ньютонның идеал тұ тқ ыр денесінің ү лгісі

Сен-Венан-Кулонның идеал пластикалық (иілгіш) денесі жазық тық та сырғ анайтын қ атты дене арқ ылы ү лгіленеді (3-сурет). «Қ ұ рғ ақ ү йкелісті» компенсациялайтын белгілі Р_Т (ақ қ ышқ тық шегі) шамасынан ү лкен жү ктемелерде ғ ана мұ ндай дене жазық тық та сырғ анай бастайды. Яғ ни пластикалық дененің деформациясында келесі шарттар орындалады:

3-сурет. Сен-Венан-Кулонның идеал пластикалық денесінің ү лгісі

Реалды денелердің қ ұ рылым-механикалық қ асиеттерін осы ү ш қ арапайым денені бір-бірімен қ ұ растырып, бейнелеуге болады. Ү ш идеал ү лгіні параллель немесе тізбекті біріктіру арқ ылы реал денелердің қ асиеттеріне жақ ын ү лгілерді алуғ а болады. Мысалы, Гук пен Ньютонның ү лгілерін тізбекті қ ұ растыруы сұ йық тық тың серпімді қ асиеттерін ескеріп, серпімді-тұ тқ ыр дененің қ асиеттерін сипаттайтын Максвелл ү лгісін береді (4-сурет). Бұ л ү лгідегі жү ктеме ә серінен болатын деформацияның уақ ытқ а тә уелділігі 5-суретте келтірілген.

Максвелл ү лгісінде Гук жә не Ньютон элементтеріне бірдей кү ш (ығ ысу кернеуі Р) ә сер етеді, ал деформациялары мен деформация жылдамдық тары қ осылады:

жә не , (3)

мұ ндағ ы γ –жалпы деформация; γ _Г – серпімді элементтің деформациясы; γ _Н – тұ тқ ыр элементтің деформациясы.

4-сурет. Максвелл ү лгісі

5-сурет. Максвелл ү лгісінің деформациялық қ исығ ы

57. Біріккен ә дістер. Реакция тү рлерін жазып кө рсетің із. Нанобө лшектерді алу ү шін ә ртү рлі физикалық, химиялық негіз бар. Бірнеше ә дістерден біріккен ә діс 2 топқ а бө лінеді:

1)химиялық 2)коллоидтық химиялық.

Химиялық ә діс бір фазада болатын бастапқ ы заттардың синтезіне жә не химиялық реакциясы нә тижесінде алынғ ан қ анық қ ан заттарғ а байланысты. Бұ л ә діс конденсациялық жолмен жү реді. Мұ нда ерітінді нә тижесінде ерімейтін жә не қ иын еритін заттар беретін химиялық реакцияларды жү ргізу жатады.

1) Алтынның қ ызыл зольі алтын тұ зын формальдегидпен метал-алтынғ а дейін тотық сыздандырып алады:

2NaAuO₂+3HCOOH+Na₂CO₃=2Au+3HCOONa+H₂O

Тү зілген бө лшектерге AuO₂⁻ иондары адсорбцияланады.

2) Басқ а элементтердің зольдерін алу ү шін тотығ у реакцияларын қ олданады. Мыс: кү кірт, селен зольдерін кү кіртті сутек, селенді сутек ерітінділеріне оттекпен ә сер етіп алады: 2H₂ S+O₂ =2H₂ O+2S

2H₂ Se+O₂ =2H₂ O+2Se

3) Ыдырау реакцияларына мысал ретінде кү кірт зольн тиосульфаттар жә не полисульфиттерді ыдыратып алуғ а болады:

H₂S₂O₃=H₂O+SO₂+S

(NH₄)₂S₂+H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄+H₂S+S

Ас тұ зына радиоактивті сә улемен ә сер еткенде металдық натрий тү зіледі, ол кристалдық ортада таралып, кристалды кө гілдір тү ске бояйды.

4) Зольдерді екі еритін заттардың алмасу реакциясы нә тижесінде де алуғ а болады. Ол ү шін реакция ө німі ерімейтін зат болуы қ ажет. Белгілі бір жағ дайда олар коллоидтық ерітінді береді. Мыс кү міс хлоридінің зольін былайша аламыз:

AgNO₃+NaCl=AgCl+NaNO₃

Бұ л кезде ерітінділер ө те сұ йытылғ ан болуы керек жә не екі реагенттің бірі артық мө лшерде алынуы тиіс.

5) Кө птеген еритін заттардың гидролиз процесі нә тижесінде ерімейтін заттар тү зіледі. Олар коллоидтық ерітіндіге айналады. Мыс темір(III) хлориді ерімейтін темір гидроксидін тү зеді.

FeCl₃+3H₂O=3Fe(OH)₃+3HCl

Химиялық ә діс конденсациялық жолмен жү реді. Нанобө лшектер алу ү шін бірнеше ә дістерден тұ рады:

а) Сұ йық фазалық химиялық тотық сыздануы. Бұ л ә дісте тотық тырғ ыш, тотық сыздандырғ ыштың табиғ атына жә не концентрациясына, рН ортағ а байланысты.

б) электрохимиялық тотық сыздануы. Электродты ү дерістің параметрлерін ө згертіп нанобө лшетердің қ асиеттерін тең естіреді

Ме^ne + ne=Me

в)радиолиз ә дісі – бұ л ионизирлеуші сә уле арқ ылы жү реді.

г) лазерлік синтез нә тижесі арқ ылы нанобө лшектер алады.

д) плазозимиялық ә діс арқ ылы алу

2. Коллоидты химиялық ә діс арқ ылы нанобө лшектер алу. Нанобө лшектерді зольден алу. Нанобө лшектерді алудың кең кө лемде қ олданатын негізгі ә дісі – золь гель ә дісі. Биодисперсті кү йдегі коллоидтық ерітінді(золь) байланысқ ан диспесті кү йге ө туін гельтү зілуші дейміз, яғ ни тү зілуші қ ұ рылым гель. Зольдің гельге айналу ү дерісі.

⇐ Предыдущая 15 16 17 18 192021 22 23 24 Следующая ⇒