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

 

Перемотка
Перемотка

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

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!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.