ПРИМЕНЕНИЕ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ

APPLICATION OF AMORPHOUS ALLOYS

Adil Abdullayev

Head of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Professor, Azerbaijan, Baku

Valik Ahmadov

Associate Professor of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Tabriz Shamilov

Associate Professor of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Farhad Mammadov

Associate Professor of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Nurlan Rafiyev

Researcher at the Laboratory of Physics of Metals and Alloys, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Aida Isayeva

Senior Lecturer of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Gunel Askerova

Laboratory Assistant at the Laboratory of Physics of Metals and Alloys, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Rashad Jabirli

Founder of Polymart MMC, Azerbaijan, Baku

Аннотация. Аморфные материалы характеризуются беспорядочной атомной структурой и обладают уникальными свойствами, отличающимися от их кристаллических аналогов. Эти материалы применяются в широком спектре индустриальных областей, включая электронику, здравоохранение, энергетику и аэрокосмическую промышленность. В данной работе рассматриваются различные области применения аморфных материалов, подчеркиваются их преимущества и потенциальные возможности на будущее. Статья представляет собой всесторонний обзор применения аморфных материалов, акцентируя внимание на их значении и потенциальном влиянии на различные индустриальные сферы.

Abstract. Amorphous materials are characterized by a disordered atomic structure and possess unique properties distinct from their crystalline counterparts. These materials are applied in a wide range of industrial fields, including electronics, healthcare, energy, and aerospace. This paper examines various applications of amorphous materials, highlighting their advantages and future potential. The article provides a comprehensive review of the applications of amorphous materials, emphasizing their significance and potential impact on various industrial sectors.

Ключевые слова: аморфные материалы, мягкие магнитные материалы, тонкоплёночные транзисторы, структурные компоненты.

Keywords: amorphous materials, soft magnetic materials, thin-film transistors, structural components.

Введение: Аморфные материалы, известные также как металлические стёкла, не имеют упорядоченной атомной структуры, что придаёт им уникальные механические, магнитные и тепловые свойства. Эти материалы привлекают значительное внимание из-за своего потенциала для революционных изменений в различных индустриальных областях. В данной статье рассматриваются области применения аморфных материалов, их преимущества и будущие перспективы.

Применение в области электроники:

1. Магнитные материалы: Аморфные материалы широко используются в электронике, особенно в виде мягких магнитных материалов. Их низкое коэрцитивное поле и высокая магнитная проницаемость делают их идеальными для трансформаторных сердечников, индуктивностей и магнитных сенсоров. Аморфные магнитные материалы обеспечивают лучшую производительность по сравнению с традиционными кристаллическими материалами, что приводит к повышенной энергетической эффективности и снижению потерь в сердечниках [1-5].

2. Тонкоплёночные транзисторы: В области тонкоплёночных транзисторов (TFT) аморфный кремний (a-Si) играет ключевую роль. TFT на основе a-Si используются в жидкокристаллических дисплеях (LCD) и органических светодиодных дисплеях (OLED).

3. Фотовольтаические элементы: Аморфный кремний также используется в фотовольтаических элементах солнечных панелей. Хотя их эффективность ниже по сравнению с кристаллическим кремнием, аморфный кремний дешевле в производстве и работает лучше при низком освещении, что делает его подходящим для различных солнечных энергетических приложений [5-6].

Применение в здравоохранении:        

1. Биомедицинские имплантаты: Аморфные материалы, особенно металлические стёкла, исследуются для биомедицинских имплантатов благодаря их биосовместимости и отличным механическим свойствам. Их гладкая, не кристаллическая структура снижает риск коррозии и износа, делая их идеальными для ортопедических имплантатов, стентов и других медицинских устройств.
2. Системы доставки лекарств: Аморфные материалы также используются в системах доставки лекарств. Аморфные твёрдые дисперсии (ASD) улучшают растворимость и биодоступность плохо растворимых в воде лекарств. Эта технология позволяет более эффективную доставку лекарств и улучшает терапевтические результаты [6-8].

Применение в области энергетики:

1. Сердечники трансформаторов: Одним из важнейших применений аморфных материалов в энергетическом секторе является использование их в сердечниках трансформаторов. Аморфные металлические сердечники снижают потери энергии на 70% по сравнению с традиционными кристаллическими кремниевыми сердечниками. Это снижение основных потерь приводит к повышенной эффективности и снижению эксплуатационных затрат, делая их идеальными для энергетических трансформаторов [8-10].
2. Хранение энергии: Аморфные материалы также исследуются для применения в системах хранения энергии. Их уникальная структура обеспечивает более быструю ионную диффузию и более высокую ёмкость в батареях. Например, аморфный кремний исследуется в качестве анодного материала для литий-ионных батарей, предлагая потенциал для повышения плотности энергии [10].

Применение в аэрокосмической и оборонной промышленности:

1. Структурные компоненты: Аэрокосмическая промышленность использует аморфные материалы для структурных компонентов. Металлические стекла предлагают высокое соотношение прочности к весу, что делает их подходящими для легких, прочных компонентов в самолетах и космических аппаратах. Их стойкость к износу и коррозии также повышает их пригодность для аэрокосмических приложений [8-10].
2. Технологии стелс: Технологии стелс используются для снижения обнаруживаемости самолетов, кораблей, транспортных средств и даже персонала с помощью радаров, инфракрасных и других методов обнаружения. Аморфные материалы играют ключевую роль в разработке материалов для поглощения радиоволн (RAM), используемых в стелс-технологиях, чтобы уменьшить радарный след скрытых самолётов и других транспортных средств. Аморфные углеродные материалы, такие как углеродные нанотрубки и различные полимеры, часто используются в RAM благодаря их способности эффективно поглощать электромагнитное излучение на широком диапазоне частот. Аморфные материалы имеют уникальные диэлектрические свойства, что делает их эффективными для поглощения радиоволн. При взаимодействии радиоволн с аморфной структурой материалов возникают вихревые токи, что приводит к поглощению энергии и выделению тепла. Аморфные материалы также можно использовать для создания покрытий, плотно прилипших к сложным геометрическим формам поверхности стелс-самолётов [6-10].

Применение в потребительских товарах: Аморфные материалы также находят применение в различных потребительских товарах, где их уникальные свойства улучшают производительность, долговечность и пользовательский опыт.

1. Спортивное оборудование: Аморфные металлы используются в головках клюшек для гольфа для улучшения передачи энергии и снижения вибраций. Это приводит к лучшему контролю, большей дистанции и более комфортному ощущению для гольфистов [8-10]. Использование аморфных материалов в теннисных ракетках помогает снизить вибрации и увеличить прочность и эластичность рамы, что приводит к улучшенной силе и точности ударов игрока.
2. Электронные устройства: Аморфный кремний широко используется в тонкоплёночных транзисторах (TFT) для жидкокристаллических дисплеев (LCD) и органических светодиодных дисплеев (OLED). Этот материал обеспечивает необходимое единое электрическое поведение для экранов высококачественных смартфонов, планшетов и телевизоров [8-10]. Аморфные материалы также подходят для использования в памяти с фазовым переходом (PCM), предоставляя более быструю скорость доступа к данным и большую плотность памяти по сравнению с традиционными флеш-памятями [8-10]. Они также используются в производстве легких и прочных линз и оправ для очков, предлагая идеальное сочетание прочности и устойчивости к деформациям для обеспечения долгосрочного комфорта и производительности.

Будущие перспективы и проблемы:

1. Современные производственные технологии: Будущее аморфных материалов связано с разработкой передовых методов производства, которые позволят изготавливать эти материалы в больших масштабах и с высокой точностью. Изучаются дополнительные методы производства, такие как 3D-печать, для создания сложных аморфных компонентов.
2. Интеграция с развивающимися технологиями: Интеграция аморфных материалов с развивающимися технологиями, такими как гибкая электроника и нанотехнологии, открывает новые возможности. Эти материалы могут позволить создание новых устройств с уникальными характеристиками и возможностями.
3. Превышение ограничений материалов: Несмотря на их преимущества, аморфные материалы сталкиваются с проблемами хрупкости и сложностей в массовом производстве. Продолжаются исследования для преодоления этих ограничений путём разработки новых композиций сплавов и методов обработки.

Заключение:

1. Аморфные материалы демонстрируют значительный потенциал в различных индустриальных областях, включая электронику, здравоохранение, энергетику и аэрокосмос. Их уникальные свойства, такие как высокая прочность, отличная магнитная производительность и биосовместимость, делают их ценными для широкого спектра применений. По мере продолжения исследований и разработок, будущее аморфных материалов выглядит перспективно и может привести к революционным изменениям в технологиях и промышленности.
2. Применение аморфных материалов в потребительских товарах улучшает производительность, долговечность и пользовательский опыт. От спортивного оборудования до электронных устройств, эти материалы способствуют инновациям, улучшающим повседневную жизнь. Ожидается, что дальнейшие исследования и разработки расширят преимущества аморфных материалов для большего числа потребительских товаров.