Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Парад нанотехнологий: металлы и полимеры. Часть 1

Ключевые слова:  Rusnanoprize 2013, Металлы, Полимеры, Статьи, Технологии

Автор(ы): Денис Андреюк

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

29 сентября 2013

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 2/3 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.


В статье использованы материалы: НОР


Средний балл: 4.0 (голосов 1)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Цветочки-лепесточки
Цветочки-лепесточки

Премии Правительства Москвы молодым ученым за 2019 год
Объявлены лауреаты премии Правительства Москвы молодым ученым за 2019 год. Премией отмечены 50 работ молодых столичных ученых. Среди лауреатов 12 сотрудников МГУ имени М.В.Ломоносова. Конкурс на получение премий Правительства Москвы молодым ученым проводится с 2013 года. Торжественное награждение победителей состоится 7 февраля 2020 года в Государственном Кремлевском дворце.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Перерождение кремния: от полупроводника к металлу. Морская губка – основа для создания новых наноструктурных композитов. Нитрид-борные аналоги углеродных колец. Лучшие научные сюжеты года по версии APS. Сверхпроводимость ставит новый температурный рекорд. Звук переносит массу? Всяко-разно.

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Да пребудет с вами сила плазмонов!
А.А.Семенова, Э.Н.Никельшпарг, Е.А.Гудилин, Н.А.Браже
Ученые Московского университета приблизились к решению проблем современной медицинской диагностики с использованием единичных клеток и их органелл путем разработки новых неинвазивных оптических методов анализа.

Юрий Добровольский: «Через 50 лет вся энергия будет вырабатываться биоорганизмами»
Андрей Бабицкий, Юрий Добровольский
Главный редактор ПостНауки Андрей Бабицкий побеседовал с химиком Юрием Добровольским о науке о материалах, будущем энергетики и новых аккумуляторах

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.