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).