Slavdom-nn.ru

Славдом НН
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Нанотехнологии для производства кирпичей

Использование нанотехнологий для решения экологических проблем

Нанотехнологии связывают с «новой промышленной революцией». Их используют в медицине, промышленности и других сферах. Ученые прогнозируют, что в XXI веке нанотехнологии в экологии кардинально изменят представления о методах борьбы с загрязнением окружающей среды.

Современное развитие нанотехнологий и их влияние на экологию

Наноматериалы — это одно из приоритетных направлений развития науки. Их уникальные свойства, в том числе способность с легкостью проникать через мембраны клеток, определяются инновационной структурой, состоящей из частиц размером от 1 до 100 нанометров (10 −9 м).

Благодаря государственному финансированию новые предприятия, выпускающие продукцию с использованием наноразмерных частиц, открываются ежемесячно.

Нанотехнологии проникли во многие сферы.

Косметология. В состав многих солнцезащитных кремов входят наночастицы оксида титана и оксида цинка. Они ускоряют впитывание средства и позволяют избежать белых следов на коже.

Модная индустрия. Ткани, покрытые тонким слоем наночастиц оксида цинка, позволяют изготавливать камуфляжи, невидимые в широком диапазоне частот — от радио до ультрафиолета. Также разработан материал с наночастицами в виде крошечных волосков, отталкивающих влагу.

Медицина. Лекарственные препараты с частицами, легко преодолевающими клеточный барьер, быстрее проникают в очаг поражения и вызывают меньше побочных эффектов. Исследование нанолекарств еще не завершено, но проведенные опыты показали их высокую эффективность в борьбе с онкологией.

Промышленность. Полимерные покрытия с наночастицами силиката алюминия сложнее поцарапать или деформировать. Эта технология используется при производстве, в том числе стекол для автомобилей и очков.

Ученые создали кирпичи, которые могут хранить электроэнергию

Они станут альтернативой литий-ионным батареям и ускорят внедрение возобновляемой энергетики

Ученые, однако, озабочены возможным вредом от побочных молекулярных продуктов. Наноматериалы легко попадают в почву и водоемы. С этим связана проблема их безопасного хранения и транспортировки. Методов очистки природной среды от наночастиц не существует.

Специалисты продолжают изучение экологии наноматериалов. Но уже сейчас можно сделать выводы о рисках бесконтрольного производства и использования инновационных продуктов.

Опасности и риски нанотехнологий и наноматериалов

Некоторые наночастицы могут угрожать природе и здоровью человека. Поэтому эксперты пытаются привлечь внимание общественности не только к перспективам, но и к вероятным рискам.

Повреждение клеток мозга у животных

Доказано, что вдыхание мельчайших частиц одной из форм чистого углерода — фуллерена С60 — оказывает разрушительное воздействие на организм. Для определения степени его токсичности американский ученый Ева Обердёрстер добавила молекулы этого вещества в аквариум с дафниями — мелкими ракообразными, обитающими в пресных водоемах. Через 48 часов биолог зафиксировала повышенную смертность животных. Эксперимент показал, что наноматериал токсичнее, чем никель, но не так ядовит, как выхлопные газы и сигаретный дым.

Еще один опыт был проведен с окунями. После контакта с C60 все рыбы остались живы, но у них оказались серьезно повреждены клетки мозга. Конечно, не все наноматериалы представляют биологическую угрозу, но важно не забывать о возможных рисках и минимизировать их.

Загрязнение окружающей среды

Очищение окружающей среды от наночастиц представляет серьезную проблему, так как они поглощаются растениями и переносятся ветром на огромные расстояния. Ученые обнаружили, что наночастицы оксида железа ускоряют движение в воздухе техногенного свинца. А наноразмерные частицы оксида алюминия препятствуют росту растений.

Методы снижения воздействия нанотехнологий на экологию

Наночастицы (липосомы, нанокристаллы, мицеллы и другие) используют для повышения эффективности лечения многих заболеваний, в том числе гепатита, рака молочной железы, шизофрении. Но при этом, например, длительное применение антибактериальных средств с наночастицами серебра может стать причиной аргироза.

Проверка возможных рисков

Для любой используемой нанотехнологии должна быть произведена всесторонняя оценка безопасности с учетом свойств и специфики исследуемых частиц.

Последствия взаимодействия многих наноразмерных частиц с химическими и органическими элементами непредсказуемы. Поэтому перед началом массового выпуска нового продукта производителю нужно изучить, как именно он влияет на окружающую среду и здоровье человека. При исследовании должен быть рассмотрен весь цикл существования наноматериала — от его разработки до утилизации. Также следует убедиться в том, что для производства инновационного продукта используются максимально безопасное сырье, методы и приборы.

Читайте так же:
Кирпич силикатный желтый астана

Продукт не должен реализовываться на рынке до окончания проверки его характеристик и свойств. Для этого государственным органам необходимо позаботиться о внедрении механизмов контроля за безопасностью нанотехнологий.

Контроль за наноматериалами

Действующее законодательство не позволяет контролировать наноматериалы, количество разновидностей которых растет с каждым годом. Требуется разработать нормативную базу, в которой будут учтены все важные особенности нанотехнологий: химические и физические свойства, уровень токсичности для человека и природной среды.

В регламент по изучению влияния наночастиц на экологию нужно включить такие пункты как:

разработка методов обнаружения и количественного измерения наноразмерных частиц в окружающей среде и продукции;

изучение изменения свойств наночастиц под действием различных факторов, в том числе при нагревании, охлаждении, длительном хранении;

выяснение времени естественного очищения природной среды от наноразмерных частиц.

Общие регулирующие системы в области производства инновационных продуктов нужно адаптировать для применения к наноматериалам и использовать до разработки специальных регламентов.

Как наноматериалы снижают экологический след строительства

Нанотехнологии для производства кирпичей

Нанотехнолог (от греч. греч. nanos — карлик) — специалист по нанотехнологиям, учёный, который исследует материалы на молекулярном и атомарном уровне и создаёт объекты из компонентов, обладающих наноразмерами. Для него атомы — это кирпичи, из которых он собирает новые материалы.

Нанотехнология — междисциплинарная область, находящаяся на стыке науки (фундаментальной и прикладной) и техники.

Приставка нано- используется при обозначении физических величин и указывает на размер, равный одной миллиардной доле какой-либо единицы. Например, одна миллиардная метра называется нанометром.

В других случаях приставка нано– означает использование мельчайших компонентов размером от 1 до 100 нанометров (нм).

Работа с мельчайшими элементами возможна, благодаря мощным электронным микроскопам высокого разрешения. Таким, как сканирующий атомно-силовой микроскоп (АСМ), растровый электронный микроскоп (РЭМ).

Термин «нанотехнологии» первым начал использовать японский физик Норио Танигучи в 1974 году, обозначая им создание материалов с нанометровой точностью.

Однако отцом нанотехнологий считается американский учёный Ким Эрик Дрекслер, который начал свою работу в этой области в 1970-х годах (тогда он разрабатывал солнечные батареи на основе нанотехнологий). Он автор теории создания молекулярных нанороботов, нанотехнологического механосинтеза.

В 1992 году Дрекслер выступил перед комиссией Конгресса США с докладом, в котором описал, как именно нанотехнологии должны преобразить мир. По его мнению, они должны избавить мир от голода и болезней, а также уберечь от экологической катастрофы, т.к. всё, что нужно человечеству, можно сделать с помощью нанороботов из атомов и молекул почвы, воздуха и песка.

Но у нанотехнологий есть и тёмная сторона. Об этом говорит и сам Дрекслер. Ему принадлежит концепция конца света от «серой слизи», т.е. неуправляемых саморазмножающихся нанороботов, которые могут поглотить жизнь на Земле.

Почему это направление стало таким актуальным в последнее время?

Дело в том, что нанотехнология — это наиболее глубинное и направленное вмешательство в материю на сегодняшний день. Это качественно новый уровень точности.

Принцип создания наноматериалов (манипуляции отдельными атомами) позволяет получать такие свойства, которых невозможно добиться традиционным способом.

Потому что традиционный способ (проведение химических реакций) — это работа с порциями вещества, состоящими из миллиардов атомов.

В утверждении, что нанотехнологии избавят человечество от голода и болезней, почти нет преувеличения. Например, ученые уже разработали методики лечения злокачественных опухолей с помощью нанополимеров, которые доставляют большие дозы лекарства напрямую в раковые клетки.

У этого метода гораздо меньше побочных эффектов, чем у традиционной химиотерапии.

Разработали способы восстановления клеток организма (нанопластырь для восстановления миокарда, повреждённого инфарктом, и пр.). Таких примеров очень много.

Попытки использовать нанотехнологии для лечения предпринимают и в России. Предприятие «Нанокор» в Томске в 2012 году начинает разрабатывать технологию использования биоактивных наночастиц для лечения атеросклеротических бляшек в кровеносных сосудах.

Миниатюрные технологии нужны не только в медицине. Например, американские военные планируют в 2015 году запустить в космос наноспутники, которые отправятся к отработавшим свой срок орбитальным аппаратам, встроятся в их системы управления и таким образом дадут списанным спутникам новую жизнь. Энергию они будут получать от солнечных батарей старых спутников.

Читайте так же:
Пеноплекс 100 мм заменяет кирпича

Теперь уже очевидно, что нанотехнологии — это новые возможности для бизнеса и конкуренции.

Сегодня отрасль развивается стремительно. По мнению европейских экспертов, в 2010—2015 гг. во всём мире (включая Европу, Японию, Китай, США и Россию) в ней будут работать больше 2 000 000 специалистов.

В России за развитие нанотехнологий отвечает «Российская корпорация нанотехнологий» (РосНаноТех). Уже ближайшие годы профессия «специалист по нанотехнологиям» должна стать одной из самых востребованных профессий в России.

Место работы

  • научно-исследовательские институты;
  • вузы;
  • производственные компании;
  • заводы по производству продукции на основе нанотехнологий
  • проведение лабораторных исследований;
  • осуществление опытов;
  • документирование результатов исследований и опытов;
  • составление аналитической отчетности, прогнозов и планов;
  • участие в специализированных семинарах, симпозиумах;
  • возможна консультативная и преподавательская деятельность

К нанотехнологиям относят также разработку и создание электронных схем, основанных на элементах размером с молекулу или атом. Разработку роботов (наномашин, нанороботов) размером с молекулу. А также методы исследования таких объектов.

Важные качества

Профессия нанотехнолога предполагает интерес к исследовательской работе, научный склад ума.

Профессиональные знания и навыки

  • умение обращаться с лабораторной и исследовательской техникой;
  • знание порядка документирования полученных исследований;
  • наличие определенных полномочий и квалификаций

Нанотехнология находится на стыке химии, биологии, физики, математики, информатики.

Для успешной работы нужны знания по математике, физике, химии, биологи, информатике.

Для общения с иностранными коллегами и чтения литературы требуется знание английского языка.

Образование

Для работы в нанотехнологии необходимо получить одну из специальностей: «нанотехнологии», «нанотехнологии в электронике», «наноматериалы». Обучение на факультетах электроники, электроники и компьютерных технологий, автоматизации и информационных технологий.

Об использовании нанотехнологий в производстве изделий пьезотехники

Достижения последних лет в области
наноэлектроники позволили не только сократить размеры и вес вновь разработанных компонентов и комплексов,
но и значительно повысить их надежность,
устойчивость к внешним воздействиям, увеличить объемы и рентабельность производства.

Развитие нанотехнологий носит межотраслевой характер и является основным инструментом многих достижений электронной
промышленности, в том числе пьезоэлектроники.

Обмен информацией о достижениях и перспективных направлениях развития нанотехники, наноматериалов, наноэлектроники, нанометрологии чрезвычайно важен, так как
обеспечивает сбалансированное развитие исследований и производства.

Рис. 1. Резонаторы для объемного монтажа

Рис. 2. Резонаторы для поверхностного монтажа

В производстве изделий пьезотехники
(рис. 1–3) (резонаторы, микрогенераторы,
фильтры и генераторы на объемных акустических волнах, датчики различных физических
воздействий и химических процессов и т. д.)
использование нанотехнологий, по прогнозам специалистов, позволит не только многократно уменьшить габариты и вес приборов, но и значительно улучшить их основные параметры и стойкость к внешним
воздействиям.

Рис. 3. Резонаторы для объемного монтажа без кожуха

При этом за счет использования современного нанооборудования, разработанного и выпускаемого в России, сократится время технологических циклов, повысится качество и надежность изделий пьезотехники,
повысится их конкурентоспособность, увеличится объем выпускаемой продукции,
в том числе для нужд оборонной техники,
телевидения, связи, приборов автомобильной и медицинской электроники, измерительной техники, криптографии, средств вычислительной техники, приборов контроля
экологического назначения и для многих
других областей.

Рис. 4. Кристаллы кварца,
выращенные гидротермальным методом

Наноматериалы и нанотехнологии в ближайшие годы будут широко использоваться в производстве многих видов изделий
пьезотехники. Особо востребованы уже сегодня наноматериалы и нанотехнологии
в технологических процессах выращивания
высокочистых модификаций пьезоэлектрических монокристаллов кварца, лангасита,
лангатата, танталата лития, ниобата лития
и др. (рис. 4–6).

Рис. 5. Кристалл лангасита,
выращенный методом Чохральского

Рис. 6. Кристалл танталата лития,
выращенный методом Чохральского

Высокая добротность, низкая концентрация примесей, механическая прочность, отсутствие включений и другие важные физические и химические свойства обеспечиваются современными способами подготовки
высокочистой шихты, прецизионных режимов выращивания кристаллов и приготовления ростовых растворов. Повышение требований к режимам, оборудованию, химической чистоте используемых материалов
серьезно удорожает получаемые монокристаллы. Однако их высокое качество с лихвой
компенсирует эти затраты: изготовленные
из этих высокочистых материалов пьезоэлектрические устройства обладают значительно более высокой конкурентоспособностью
по соотношению цена/качество.

Нанотехнологии создания и обработки
кристаллических деталей для микроминиатюрных изделий пьезоэлектроники на объемных акустических волнах (ОАВ) разрабатываются и совершенствуются на базе созданных отечественных образцов электронного
оборудования.

Читайте так же:
Чем лучше отмыть кирпич

Перспективным направлением применения нанотехнологий в пьезотехнике следует
считать технологию лазерной обработки контура кристаллических элементов. Особо это
касается низкочастотных резонаторов, работающих, например, на продольной моде колебаний. В этом случае резонансная частота
колебательной системы определяется геометрическими размерами кристаллической пластины. Используемые в настоящее время методы формирования контура пластин путем
его шлифовки позволяют изготавливать пластины с точность порядка ±20 мкм. Лазерный
метод обработки контура позволит существенно повысить точностью изготовления кристаллических элементов и, следовательно,
снизит трудоемкость операции настройки резонаторов.

Также следует отметить, что лазерный метод обработки контура дает возможность создавать изделия сложной геометрической
формы, что открывает перспективы в разработке новых конструкций пьезоэлектрических изделий.

Для достижения требуемой точности геометрических размеров элемента необходимо обеспечить незначительную ширину реза и минимальную зону разрушения
в результате термического воздействия.
Наиболее адекватным для этих целей является режим прямой абляционной лазерной
резки. В этом режиме вынос материала из
зоны реза осуществляется в результате лазерной абляции поверхности обрабатываемого материала под влиянием излучения
лазера.

При изготовлении кристаллических элементов в форме обратной меза-структуры
(ОМС) на частоту 300 МГц (основная частота)
их толщина формируется с точностью не хуже 100 нм, а толщина напыляемых серебряных электродов (

1000 нм) — с точностью
не хуже ±1 нм. Обеспечивается такая точность
при использовании установок ионно-плазменного травления и магнитронного напыления.

Формирование кристаллического элемента проводится с применением нанополировки (ионно-плазменная либо жидкостная химполировка).

Формирование электродов проводится путем нанесения эпитаксиальных структур на
кристаллические элементы. Для оценки влияния технологий нанесения электродных покрытий на кристаллические элементы следует тщательно изучать взаимодействие наночастиц, образующих кластеры. Существуют
различные типы этих взаимодействий: массообмен, спекание, электростатические, магнитные и др. Эти процессы оказывают влияние на стабильность частоты пьезоэлектрического устройства (резонатора, генератора,
фильтра, сенсора и т. д.), вызывая ее изменение во времени. Для исключения этого эффекта необходимо проводить искусственное
старение (стабилизацию частоты) путем подбора режимов теплового воздействия на устройство.

Высокая плотность и проводимость металлической пленки достигается при скоростях ее напыления более 500 Å в минуту.
Отмечено, что при малых значениях времени формирования электродных покрытий частицы металла располагаются на подложке равномерно. При использовании широко применяемого в нанотехнологиях
метода лазерного электродиспергирования
(ЛЭД) частицы металла также образуют
равномерный слой. Проводимость пленки
металла зависит от плотности упаковки наночастиц и их размеров.

Пьезотехника, будучи частью электронной
промышленности, имеет совпадающие с ней
периоды технологического развития и революционных преобразований в конструкциях
и параметрах изделий, а также используемых
для этого новых технологиях и оборудовании. Применяемое до настоящего времени
в электронной промышленности оборудование и технологии формирования элементов
микронных и субмикронных размеров позволило в 1970–80-е годы многократно уменьшить габаритные размеры пьезоэлектрических резонаторов, генераторов, фильтров, датчиков и поднять воспроизводимость их
параметров и характеристик.

Новым этапом в развитии микроэлектроники (1990-е годы) стало внедрение нанотехнологий и организация производства изделий наноэлектронники. Эти достижения востребованы и для совершенствования изделий
пьезотехники.

Применяемое в нанотехнологиях оборудование позволяет значительно увеличить локальность и сложность воздействий, при этом
происходит переход (на отдельных операциях) от групповых методов обработки кристаллических элементов, пьезоэлементов, блоков резонаторов к индивидуальным.

Использование нанотехнологий предусматривает значительное повышение требований к конструктивным и технологическим
материалам и веществам, применяемым при
производстве пьезоэлектрических изделий.

Основными задачами исследователей и разработчиков пьезоэлектронных устройств
с использованием ОАВ продолжают оставаться:

  • миниатюризация;
  • повышение стабильности частоты (долговременной, температурной, кратковременной);
  • повышение устойчивости частоты и основных параметров к внешним радиационным, механическим и климатическим воздействиям;
  • повышение быстродействия (снижение времени выхода на заданный режим), уменьшение энергопотребления и т. д.

Уменьшение размеров пьезоэлектрических
резонаторов, генераторов, фильтров, чувствительных элементов датчиков различного
назначения и одновременное решение перечисленных задач вызывает появление значительных качественных изменений не только
конструктивного характера, но и коренного
изменения требований к используемым материалам и технологическим процессам, связанного с появлением физических явлений,
не учитывающихся в традиционных технологиях формообразования кристаллического элемента и пьезоэлемента, которые являются основой любого пьезоэлектрического
устройства.

Читайте так же:
Распорный анкер для кирпича гост

Для достижения высокой температурной
и долговременной стабильности частоты необходимо использовать синтетический кварц,
соответствующий самым высоким требованиям международного стандарта: добротность
Qir должна быть менее (3–3,8)×10 6 . В рабочей
(подэлектродной) зоне кристаллического элемента должны отсутствовать включения
и дислокации (каналы травления), границы
зон роста и другие дефекты [1].

Вторым важнейшим требованием, обеспечивающим получение высокой добротности
кварцевого резонатора и низкого уровня шумов генератора, является высококачественная
обработка поверхности кристаллического элемента, которая должна быть максимально
гладкой (геометрически гладкая, атомно-гладкая в идеале). Для получения гладких оптических поверхностей в нанотехнологиях используются методы ионного сглаживания,
электрохимическая полировка. Наилучшие
результаты по качеству полировки кварцевых
высокочастотных элементов были получены
при использовании вакуумной трибоэлектрической полировки. Полученная гладкость
поверхности кварцевых кристаллических элементов была на уровне нескольких десятков
нанометров. Для обеспечения высокой стабильности частоты за длительный период времени, высокой добротности, низкого уровня
шумов, динамического сопротивления и других параметров и характеристик СВЧ-резонаторов применяется специальная очистка
поверхности кристаллического элемента после механической и химической обработки.
Выполнение всех перечисленных операций
должно обеспечить высокие требования
(на нанометрическом уровне) по минимизации клинообразности кристаллического элемента, то есть плоскопараллельность его основных граней [2].

При исследовании причин изменения частоты высокостабильных кварцевых резонаторов было обнаружено явление [3] холодной эмиссии атомов серебра, даже при
+23 °С, сопровождающееся повышением частоты резонатора (явление акустической
эмиссии Ag). Установление этого факта массопереноса позволило разработать рекомендации по токовым режимам эксплуатации
резонаторов.

Использование на ОАО «Пьезо» описанных технологий способствует выполнению
НИР и ОКР, направленных на обеспечение
эксплуатации ряда перспективных приборов
и оборудования, применяемых при создании
новейших систем военного и гражданского
назначения.

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

Тема: Разработка эффективных функциональных материалов для электромагнитных устройств на базе гибридных полимерных композитов с наноуглеродными включениями

Соглашение от 28 ноября 2014 г. № 14.577.21.0141
в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

Научный руководитель: д.х.н. Плетнев М.А.

Соисполнитель: Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета

Цели и задачи проекта

Цель — создание эффективных функциональных материалов для электромагнитных устройств на базе гибридных полимерных композитов с наноуглеродными включениями, исследования их электрических, электромагнитных, механических и тепловых свойств, что позволит установить оптимальные условия получения композитных материалов, демонстрирующих корреляцию и/или одновременное улучшение физических характеристик.

Ожидаемые результаты проекта

  • Экспериментальные данные в микроволновом частотном диапазоне (26-37 ГГц) и в низкочастотной области (20Гц — 1 МГц), и сравнительный анализ электромагнитного отклика полимерных композитов с различными формами углерода в качестве наполнителя.
  • Теория, описывающая формирование электромагнитного отклика многостеночныхнанотрубок как конечной, так и бесконечной длины в микроволновой области частот.
  • Впервые будет сформирована база данных электрических, электромагнитных, механических и термогравиметрических свойств полимерных композитов с наноуглеродными включениями.
  • Будут теоретически обоснованы и экспериментально определены предельные концентрации наноуглеродных наполнителей в полимерных композитах, не приводящие к деградации механических и тепловых свойств композитных материалов.

Перспективы практического использования

Полимерные композиты на основе различных форм наноуглерода, благодаря их уникальным свойствам -(i) непрозрачные для микроволнового излучения, (ii) хорошо проводящие, (iii) ультратонкие и гибкие — могут широко использоваться при производстве материалов для электромагнитных приложений. Предполагается применение их в производстве электродов для светоизлучающих устройств, а также солнечных батарей, активного слоя электролюминесцентных дисплеев, материалов для контроля электростатического разряда и антистатических покрытий, эффективных экранов электромагнитного излучения. На основе результатов проекта индустриальным партнером предполагается разработка технологии производства материалов для электромагнитных приложений, таких как материалы для контроля электростатического разряда и антистатических покрытий, эффективных экранов электромагнитного излучения.

Тема: Модификация композиционных материалов строительного назначения на основе портландцемента и сульфатов кальция комплексными нанодисперсными системами с применением многослойных углеродных нанотрубок и нанодисперсных минеральных добавок

Научный руководитель: д.т.н., профессор Яковлев Г.И.

Цели и задачи проекта

Цель — повышение физико-технических свойств композиционных материалов строительного назначения за счет модификации структуры вяжущих матриц введением в их состав комплексных нанодисперсных систем на основе многослойных углеродных нанотрубок и нанодисперсных минеральных добавок (микрокремнезем и метакаолин).

Читайте так же:
Размер кирпича гост 530 2007

Полученные результаты проекта

  • Получены модифицированные традиционные строительные композиционные материалы на принципах структурной организации вяжущих матриц при направленной кристаллизации новообразований под влиянием комплексных нанодисперсных систем, включая цементные бетоны повышенной прочности, морозостойкости и водонепроницаемости;
  • Получены силикатные бетоны ячеистой структуры пониженной теплопроводности с одновременным повышением показателей прочности изделий на их основе;
  • Разработаны гипсовые композиции с улучшенными физико-техническими характеристиками;
  • Проведена опытная апробация силикатного покрытия повышеннойдолговечности с эффектом поглощения техногенного электромагнитного излучения на заводе по производству керамического кирпича.

Перспективы практического использования

Применение при производстве строительных материалов и изделий комплексных нанодисперсных систем в качестве модифицирующих добавок позволит повысить их прочность на 35-40 %, улучшить морозостойкость изделий на 4-5 ступеней до марки по морозосойкостиF400, повысить трещиностойкость модифицированных строительных материалов, что, в конечном итоге, приведет к существенному повышению долговечности композиционных строительных материалов и к снижению материалоемкости в строительной индустрии. Результаты использованы для разработки новых и модификации структуры и свойств традиционных композиционных материалов и изделий на основе:

  • цементного бетона, гипсового и ангидритового вяжущих;
  • улучшения физико-технических показателей газосиликатных блоков;
  • отделки фасадов зданий, окраски поверхности керамического кирпича для улучшения внешнего вида и создания электромагнитного экрана;
  • в других отраслях строительной индустрии, включая жилищное, гражданское и промышленное строительство.

Тема: Разработка научных основ получения комплексных жидких наномодификаторов на основе металл/углеродных нанокомпозитов и их функционализированных аналогов, содержащих фосфор, азот, серу или йод, для модификации сверхмалыми количествами полимерных композиций с целью придания им заданных свойств

Научный руководитель: д.х.н., профессор Кодолов В.И.

Соисполнитель: УдНЦ УрО РАН, Научно-инновационный центр АО «Ижевский электромеханический завод «КУПОЛ».

Цели и задачи проекта

Цели:

1. Создание теории редокс синтеза функционализированных металл/углеродных нанокомпозитов в нанореакторах полимерных матриц. Разработка способов получения металл/углеродных нанокомпозитов, содержащих фосфор, азот, серу или йод, без выделения избыточной энергии и без загрязнений окружающей среды.

2. Создание теории формирования жидких наномодификаторов в виде тонкодисперсных суспензий или золей на основе разработанных функционализированных нанокомпозитов и жидких составляющих полимерных композиций. Разработка способов и приемов получения жидких наномодификаторов при ультразвуковой обработке на заключительной стадии.

3. Совместно с заинтересованными организациями и предприятиями разработка способов модификации сверхмалыми количествами разработанных нанокомпозитов полимерных материалов с помощью жидких наномодификаторов.

Результаты проекта

  • Электронное строение полученных впервые методом механохимической интеркаляции металл/углеродныхна нокомпозитов, содержащих такие элементы, как азот, кремний, фосфор, серу или йод, охарактеризовано с помощью метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
  • Установлено изменение электронного строения металл/углеродного нанокомпозита в зависимости от природы содержащих указанные элементы реагентов.
  • Установлено, что металл/углеродные нанокомпозиты представляют собой кластеры металлов, защищенные 3-4 слоями углеродных волокон, образованных полиацетиленовыми и карбиновыми фрагментами, которые содержат неспаренные электроны.
  • Впервые установлено, что соответствующий редокс процесс начинается уже при механическом перетирании реагентов с металл/углеродным нанокомпозитом (МУНК).
  • Впервые кулонометрическим методом определена антиоксидантная активность медь- и никель/углеродных нанокомпозитов и их фосфор- и кремнийсодержащих аналогов.
  • Отмечена высокая антиоксидантная активность кремнийсодержащих металл/углеродных нанокомпозитов.
  • Впервые получены выпускные формы нанокомпозитов с полимерными оболочками на основе таких полярных полимеров, как полиэтиленгликоль (ПЭГ), подивиниловый спирт (ПВС), поликарбоновые кислоты, поликарбонат.
  • На основании результатов проведенных исследований наноструктурированных полимеров, тонкодисперсных суспензий, металл/углеродных нанокомпозитов и их функционализированных аналогов предложен механизм модификации полимеров сверхмалыми количествами нанокомпозитов, который подтвержден и обоснован основными принципами мезоскопической физики.
  • Впервые получен результат, подтверждающий усиление поляризующего действия сверхмалых количеств МУНК при использовании поликарбоната (ПК).

Перспективы практического использования

Полученные научные результаты предполагается использовать для развития научных основ получения нанокомпозитов и нанопродуктов в виде выпускной формы (концентратов и тонкодисперсных суспензий), а также для модификации сверхмалыми количествами полимерных композиций. Результаты исследований предполагается ввести в учебные дисциплины магистерской программы «Строительные материалы, в том числе наноматериаловедение», в соответствующие рабочие учебные программы по направлению бакалавриата «Химия, физика и механика материалов», соответствующие учебные пособия и учебно-методические разработки

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector