Фи́зика твёрдого те́ла — раздел физики конденсированного состояния, задачей которого является описание физических свойств твёрдых тел с точки зрения их атомного строения. Интенсивно развивалась в XX веке после открытия квантовой механики. Развитие стимулировалось широким спектром важных задач прикладного характера, в частности, развитием полупроводниковой техники.
Нанотрубка, иначе тубулярная наноструктура; нанотубулен — топологическая форма наночастиц в виде полого наностержня.
- Углеродные нанотрубки — цилиндрические кристаллы, состоящие из одних лишь атомов углерода. Внешне выглядят как свёрнутая в цилиндр графитовая плоскость. Благодаря тому, что удельная проводимость соизмерима с проводимостью металла, а максимальная плотность тока — в десятки раз выше, чем у металла, углеродные нанотрубки рассматриваются как замена металлическим проводникам в микросхемах новых поколений.
- Нитрид-борные нанотрубки — аналогичны углеродным нанотрубкам по строению, но состоят из соединения NB.
- Неуглеродная нанотрубка — полая квазиодномерная структура диаметром от 5 до 100 нм на основе неорганических веществ и материалов.
- Неорганическая нанотрубка — полая квазиодномерная структура диаметром от 5 до 100 нм на основе неорганических веществ и материалов.
Материаловедение — междисциплинарный раздел науки, изучающий изменения свойств материалов как в твёрдом, так и в жидком состоянии в зависимости от некоторых факторов. К изучаемым свойствам относятся: структура веществ, электронные, термические, химические, магнитные, оптические свойства этих веществ. Материаловедение можно отнести к тем разделам физики и химии, которые занимаются изучением свойств материалов. Кроме того, эта наука использует целый ряд методов, позволяющих исследовать структуру материалов. При изготовлении наукоёмких изделий в промышленности, особенно при работе с объектами микро- и наноразмеров необходимо детально знать характеристику, свойства и строение материалов. Решить эти задачи и призвана наука — материаловедение. Оно охватывает разработку и открытие новых материалов, особенно твердых тел. Интеллектуальные истоки материаловедения восходят к эпохе Просвещения, когда исследователи начали использовать аналитическое методы из химии, физики и инженерии, чтобы понять древние феноменологические наблюдения в металлургии и минералогии. Материаловедение по-прежнему включает в себя элементы физики, химии и инженерных наук. Таким образом, эта область долгое время рассматривалась академическими учреждениями как подобласть этих смежных областей. Начиная с 1940-х годов, материаловедение стало получать более широкое признание как особая и обособленная область науки и техники, и крупные технические университеты по всему миру создали специальные школы для её изучения.
Нанотехноло́гия — область фундаментальной и прикладной науки и техники, включающая теоретическое обоснование, практические методы исследования, анализа и синтеза, а также методы производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.
Дефектами кристалла называют всякое устойчивое нарушение трансляционной симметрии кристалла — идеальной периодичности кристаллической решётки. По числу измерений, в которых размеры дефекта существенно превышают межатомное расстояние, дефекты делят на нульмерные (точечные), одномерные (линейные), двумерные (плоские) и трёхмерные (объёмные) дефекты.
Молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) или молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) — эпитаксиальный рост в условиях сверхвысокого вакуума. Позволяет выращивать гетероструктуры заданной толщины с моноатомно гладкими гетерограницами и с заданным профилем легирования. В установках МПЭ имеется возможность исследовать качество плёнок «in situ». Для процесса эпитаксии необходимы специальные хорошо очищенные подложки с атомарно-гладкой поверхностью.
Рекристаллиза́ция — процесс образования и роста одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других. Скорость рекристаллизации резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают три стадии рекристаллизации:
- первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией;
- собирательную — неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается;
- вторичную рекристаллизацию, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен.
Травление — группа технологических приёмов для управляемого удаления поверхностного слоя материала с заготовки под действием химических веществ. Ряд способов травления предусматривает активацию травящих реагентов посредством других физических явлений, например, наложением внешнего электрического поля при электрохимическом травлении, ионизацией атомов и молекул реагентов при ионно-плазменном травлении и т. п.
Моносло́й — единичный, плотно упакованный слой атомов либо молекул.
Пове́рхностные явле́ния — совокупность явлений, обусловленных особыми свойствами тонких слоёв вещества на границе соприкосновения фаз. К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на границе раздела фаз, в межфазном поверхностном слое и возникающие в результате взаимодействия сопряжённых фаз.
Межзёренная граница — поверхность раздела двух зёрен (кристаллитов) в поликристаллическом материале. Межзёренная граница является дефектом кристаллической структуры и имеет тенденцию к понижению электрической проводимости и температуропроводности. Высокая энергия границ и относительно слабая связь в большинстве межзёренных границ часто делает их предпочтительным местом для возникновения коррозии и выделения второй фазы.
Зерно́ — минимальный объём кристалла, окружённый высокодефектными высокоугловыми границами, в поликристаллическом материале.
Диффузио́нный слой – приповерхностные объемы материала, химический состав которых изменился в результате диффузии при химико-термической обработке (ХТО). Изменение химического состава этих объемов приводит к изменению фазового состава, структуры и свойств материала диффузионного слоя.
Дендритная кристаллизация - кристаллизация с образованием кристаллитов или зерен дендритной структуры. Такой вид кристаллизации характерен для металлов и их сплавов. Рост кристалла с центра кристаллизации (зародыша) происходит путем упорядоченного присоединения атомов из жидкой фазы к его поверхности. Участки поверхности с густой упаковкой атомов движутся в расплав с меньшей скоростью, чем участки поверхности с малой плотностью упаковки. Форма межфазной поверхности кристалл-расплав зависит от градиента температуры вблизи фронта кристаллизации.
Нанотехнология типа «снизу вверх» — технология получения наноструктурированных материалов, в которой реализуется образование наночастиц из атомов и молекул, т. е. достигается укрупнение исходных элементов структуры до частиц нанометрового размера.
Рекристаллизация наноматериалов — изменение размера зёрен в поликристаллическом твёрдом теле за счёт диффузии вещества между зёрнами одной и той же фазы.
Спекание нанокерамики — метод термической обработки нанопорошков или спрессованных из них заготовок для получения компактных (консолидированных) и, как правило, высокоплотных материалов и изделий с минимальным средним размером зерна.
Атомное (атомно-вакансионное) упорядочение — метод формирования наноструктуры в компактных и дисперсных твёрдых растворах (сплавах) и нестехиометрических соединениях, основанный на использовании структурного фазового перехода «беспорядок-порядок», являющегося результатом перераспределения взаимозамещаемых компонентов по узлам кристаллической решётки твёрдого раствора замещения.
Средний размер зерна (частицы) — характеристика компактных наноматериалов и нанопорошков, определяющая специфику их свойств и область применения.
Ультрадисперсная система — это система, содержащая частицы с размерами в субмикронном диапазоне, в частности, нанодиапазоне. В современной порошковой металлургии ультрадисперсной также считается микроструктура сплавов с размером зерна от 200 до 500 нм.