Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"
You need to upgrade your Flash Player or to allow javascript to enable Website menu.
Get Flash Player  
Всё об экологии ищите здесь:
  Сайт функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям  
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама


Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная Нано Парад нанотехнологий, часть I. Металлы и полимеры

Парад нанотехнологий, часть I. Металлы и полимеры

Парад нанотехнологий, часть I. Металлы и полимеры

Завершилась процедура сбора заявок для номинирования на Международную премию в сфере нанотехнологий RUSNANOPRIZE 2013. Премия учреждена ОАО «РОСНАНО» и Фондом инфраструктурных и образовательных программ и призвана привлечь общественное внимание к передовым научным разработкам в сфере нанотехнологий, которые доказали свою практическую значимость, т.е. были внедрены в промышленное производство. Тема Премии в этом году была объявлена как «Наноматериалы и модификация поверхности». Представляем серию статей с кратким обзором номинированных технологий.

Как и ожидалось, тематика наноматериалов вызвала самый широкий интерес среди потенциальных кандидатов на получение Премии. Именно в этой области лежит наибольшее количество технологий в состоянии готовности к промышленному использованию. Всего было подано 38 заявок. По результатам предварительного отбора по соответствию заявок формальным требованиям к конкурсу было допущено 23 заявки.

Все заявки можно условно разделить по шести направлениям:

— наноструктурированные металлы и сплавы;

— нанокомпозитные полимерные материалы и наномодификаторы;

— материалы и технологии для микро- и наноэлектроники;

— технологии модификации и исследования поверхности в масштабе нанометров;

биомедицинские материалы и технологии;

оборудование для создания наноматериалов, модификации поверхности, а также для измерения и контроля свойств и характеристик наноматериалов и поверхностей.

Сразу следует оговориться, что разделение по направлениям весьма условно. Так, большая часть заявок по разработке и производству оборудования нацелена на рынок микроэлектроники. Другой пример – наноалмазы, о которых мы уже писали в предыдущих статьях. Этот наноматериал может быть применен в качестве модификатора, добавки, способной изменять свойства известных материалов, а также широко используется в биомедицинских технологиях. Тем не менее, дальнейший обзор технологий будет сделан именно по выбранным шести отраслям.

В задачи данной статьи и последующих в этой серии не входит анализ собственно представленных заявок – насколько они сильны с точки зрения данной Премии. Эту задачу сейчас решает серьезная команда международных экспертов и результаты их работы станут известны в конце сентября, когда будет объявлен шорт-лист претендентов. Мы здесь постараемся сделать обзор представленных технологий, в чем их смысл и какую пользу они могут дать для развития соответствующих отраслей.

Металлы и сплавы.

Управление размером и характером взаимодействия зерен в структуре металла позволяет добиться совершенно новых характеристик для привычных и хорошо знакомых материалов, таких, как медь, алюминий, титан и т.д. Две промышленные технологии наноструктурирования металлов были предложены для номинирования на Премию – технология интенсивной пластической деформации (ИПД) и технология равноканального углового прессования (РКУП). Обе технологии базируются на разработках советских и постсоветских научных школ (см. например, здесь).

Смысл обоих подходов заключается в том, что путем локальных деформаций при высоких давлениях в металле формируется структура с меньшим размером зерна. Это позволяет на десятки процентов, а иногда и в разы улучшить такие характеристики, как прочность, устойчивость к коррозии и усталости металла. Технология РКУП успешно внедрена на производстве медных мишеней для микроэлектронных производств, а технология ИПД используется при производстве медицинских изделий из титана (зубных имплантов), а также для изготовления алюминиевых проводов с большей пропускаемой мощностью.

Проводящим материалам, точнее, сверхпроводящим, посвящена отдельная заявка. В рамках международного проекта по строительству темоядерного реактора ИТЭР коллективом российских ученых были разработаны технологии композитных сверхпроводящих материалов. По этим технологиям уже ведется промышленное производство проводов в объемах десятков тонн. Провода нужны, чтобы создавать сверхсильное магнитное поле в реакторе, при сечении менее 10 микрон такой провод может пропускать ток более 300 Ампер! Физический смысл в том, что в структуре одного металла, например, меди, формируется большое количество наноразмерных волокон из другого металла, например, ниобия. В итоге получается комбинация свойств высокой проводимости и высокой прочности, недостижимая при использовании обычных материалов.

Высокая прочность и устойчивость к коррозии металлов с наноразмерной зеренной структурой лежат в основе технологии нанокристаллических покрытий. Теоретические расчеты предсказывали, что термодинамически устойчивые наноразмерные зерна могут при определенных условиях возникать в сплаве никеля и вольфрама. Такие условия были подобраны и сейчас покрытия Ni-W на золотых контактах электронных плат позволяют сэкономить до ⅔ драгоценного металла, а в некоторых случаях и вовсе обойтись без золота.

Полимерные материалы, присадки, модификаторы.

Наиболее показательным примером использования наночастиц для модификации свойств известных материалов служат наноалмазы, о которых мы уже писали в предыдущих статьях. Наноалмазы используют в промышленных масштабах в качестве присадки к смазочным материалам. Это позволяет более чем в 10 раз уменьшить коэффициент трения и до 50% увеличить ресурс трущихся частей и агрегатов. В полимерных материалах наноалмазы также могут добавлять новые свойства, в частности, они повышают теплопроводность полимеров, придают им устойчивость к высоким температурам и радиации. Технологиям с использованием наноалмазов были посвящены целых три заявки из 23, допущенных к конкурсу.

На протяжение многих лет в научных кругах широко обсуждалась перспектива применения углеродных нанотрубок в качестве модификаторов в полимерных материалах. Сейчас эта возможность реализована в промышленном масштабе. Ценных потребительских свойств удалось добиться в таких материалах, как упаковочная пленка (защита от статического электричества), трубы из полиэтилена высокого давления и поликарбонатные строительные панели (в двух последних случаях использование нанотрубок позволяет существенно снизить технологические потери при обработке конечных изделий).

Целый спектр технологий применения наночастиц оксидов металлов (цинка, титана, алюминия и др.) в составе защитных полимерных и эмульсионных покрытий разработан специалистами американской компании. Это и технологии производства самих наночастиц, и технологии модификации поверхности и технологии диспергирования. Разнообразие технологических подходов продиктовано широким диапазоном задач, в которых такие наночастицы «работают»: косметика и ветеринария (солнцезащитные крема, противовоспалительные и противопролежневые присыпки), архитектура (самоочищающиеся покрытия для стекол), автомобильная промышленность (защита от царапин и ультрафиолета), энергетика (покрытия для солнечных батарей) и многое другое.

Продолжение следует.

В следующих статьях этого цикла мы продолжим рассмотрение технологий, представленных к номинированию на премию RUSNANOPRIZE 2013. До конца сентября будет сделан полный обзор всех 23 заявок. Возможно, это поможет в дальнейшем распространении и использовании отдельных успешных решений.

нанотехнологии 

12.01.2014, 1675 просмотров.


Нравится

Агентство экоинноваций


Ежеквартальный бюллетень ICAP

Обсуждаем проблемы российских лесов - сертификация и спецификация

Проблемы управления и определения лесов в России / Лесной выпуск Дайджест Ecolife

В фокусе - водные проблемы/Водохранилища и ГЭС, паводки и наводнения

24.05.2018 12:03:00

Инженеры построили дом на кончике оптического волокна

Исследователи продемонстрировали технологию сборки микроскопических объектов, которая является новым сочетанием нескольких существующих подходов.

Инженеры, дом, построили

19.05.2018 11:16:00

Эволюция бактерий: микроорганизмы питаются пластиком

Эксперты прогнозируют возможную замену пластика похожим материалом, способным разлагаться и не наносить вред экологии

пластик, бактерии, эволюция

17.05.2018 20:45:00

Ферментативная мембрана для улавливания СО2

Исследователи из Sandia National Laboratories разработали новую биомембрану, которая может улавливать углекислый газ из дыма угольных электростанций.

улавливание, CO2, мембрана

16.05.2018 10:12:00

Как защитить океаны от пластика

Не так давно документальная серия BBC Blue Planet II ввергла в шок жителей всего мира своими материалами на тему вреда пластиковых отходов для жизни всех морских обитателей: рыб, животных и птиц.

BBC, пластик, океан

15.05.2018 12:57:00

В Швейцарии испытали самолет на солнечных батареях для стратосферы

В Швейцарии компания SolarStratos провела первые летные испытания самолета на солнечных батареях, предназначенного для полета в стратосфере. Аппарат Elektra-2 семь минут находился на высоте 300 метров.

самолет, испытания, Швейцария

10.05.2018 19:03:00

Германия одобрила проект на 1610 МВТ офшорной ветровой энергии

Оффшорные ветряные турбины вскоре смогут обеспечить значительное количество электроэнергии для Германии — до 1610 мегаватт (МВт).

энергия, проект, Германия

09.05.2018 11:28:00

Очистка воды от нефти с помощью отходов

Разливы нефти и углеводородного топлива являются постоянной угрозой для водной среды, их обитателей и, в конечном счете, для человека.

нефть, вода, отходы

RSS
Архив "Агентство экоинноваций"
Подписка на RSS
Реклама: