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

Керамика в эпоху нанотехнологии

Ключевые слова:  керамика, самоочищающиеся поверхности, супергидрофобность, эффект лотоса

Автор(ы): Кушнир Сергей Евгеньевич

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

03 декабря 2020

Химические нанотехнологии оперируют с хорошо известными химическими процессами, в которых участвуют хорошо известные органические или неорганические элементы и структуры. Но участвуют они лишь в "наноскопических" количествах. Если сравнить средние размеры наноэлемента с размерами обычного футбольного мяча, то их соотношение будет таким же, как у футбольного мяча с земным шаром! В результате, аккуратно выстраивая миниатюрные структуры из знакомых элементов таблицы Менделеева, сегодня можно получить материалы с удивительными свойствами.

Некоторые современные материалы могут проявлять мощную клеящую способность, являясь, однако, репелентами. Другие демонстрируют высочайшую твердость, но остаются гибкими. Покрытия из таких тончайших материалов прозрачны, стойки к химическому воздействию, устойчивы к коррозии, поэтому область применения здесь поистине безгранична. Один из секторов практических достижений нанотехнологий - это получение прочных и стойких покрытий для керамики. Покрытий, которые самоочищаются от грязи, либо к которым грязь не пристает.

Немецкая компания Nanogate Technologies GmbH из Саарбрюкена победила в тендере, объявленном концерном Duravit AG, на разработку самоочищающегося покрытия для керамики - WonderGliss. Был показан еще один продукт - покрытие для плитки Sekcid, разработанное фирмой в результате стратегического партнерства с испанским концерном Torrecid S.A. - одним из мировых лидеров в сфере производства фритов и глазурей для керамической промышленности.

Суть подхода Nanogate достаточно проста. Представьте себе дощечку, из которой торчит лес острых гвоздей, забитых изнутри. Или массажную щетку. Представьте себе клочок бумаги, который будет изображать пятно грязи. Сила прилипания грязи обусловлена площадью поверхности их взаимного контакта. Если бы гвоздей не было и поверхность была бы гладкой, то площадь контакта оказалась бы значительной и грязь держалась бы прочно. Однако, из-за острых кончиков гвоздей площадь контакта минимальна, и грязь "парит на пуанте". Тоже самое происходит и с каплей воды. Она не может "растечься" по остриям и поэтому сворачивается в шарик. Теперь, если слегка наклонить дощечку, то шарик воды покатится по остриям и встретится с пятном грязи. Перед пятном "встает проблема выбора": либо продолжать неустойчиво балансировать на остриях, либо "слиться" с гладкой ровной поверхностью катящейся водяной капли. Естественно, выбор решается в пользу второго варианта. И капли воды, обволоченные повстречавшимися на пути хлопьями грязи, скатываются вниз, оставляя за собой чистую сухую поверхность.

Другой подход применили исследователи японского концерна TOTO. Они проводили эксперименты с фотокатализатором на основе двуокиси титана. Под воздействием ультрафиолетовых лучей двуокись титана, модифицированная разработчиками на основе нанотехнологий, выделяет активный кислород из воды или атмосферного кислорода. Выделенного активного кислорода вполне достаточно, чтобы окислять и расчленить органические материалы или пахучий газ, убивать бактерии. В результате исследований были созданы покрытия для керамических материалов с принципиально новыми свойствами - стерилизования, деодорирования помещений, разрушения частиц грязи. Особенно актуально это для медицинских учреждений или для помещений, где готовят пищу.

Дальнейшие эксперименты с фотокатализатором позволили открыть еще одно необычное явление. При воздействии света угол контакта поверхности с водой начинает постепенно уменьшаться. И через некоторое время поверхность начинает проявлять свойства супергидрофильности. Другими словами, поверхность не отталкивает воду вообще, вода не может существовать в форме капли, она полностью растекается тонкой пленкой по всей поверхности, превращается в тонкую прозрачную пленку. Базовые решения найденные японцами, были запатентованы (всего было зарегистрировано более 350 патентов) и получили коммерческое название Hydrotect. Эта технология была лицензирована германским концерном Deutsche Steinzeug, и на заводах AgrobBuchtal было начато серийное производство керамической плитки для облицовки фасадов KerAion Hydrotect.

Любая атмосферная влага - туман, утренняя роса, дождь - постоянно образует на поверхности плитки KerAion Hydrotect тонкую пленку воды, которая, стекая с вертикальных или наклонных плоскостей фасада, увлекает за собой грязь, не дает ей накапливаться. А активный кислород, выделяющийся под воздействием ультрафиолета, расщепляет органические загрязнители. При этом ликвидируются и потенциальные источники биоразрушения зданий - плесень, грибок, мох и лишайник. Технология нанесения покрытия Hydrotect в слой последнего обжига плитки позволяет получить износостойкую поверхность. Плитка может эксплуатироваться и в качестве облицовки пола в зонах с интенсивным движением. Сегодня все плитки линии KerAion выпускаются с таким покрытием.

Здесь нужно отметить один важный момент. Самоочищающиеся поверхности рассматриваются сегодня прежде всего в общем контексте борьбы за снижения затрат и рабочего времени на обслуживание. По данным ETCSC - японской комиссии по изучению поведения плитки в наружной облицовке - именно из-за неизбежного постепенного накопления грязи расходы на чистку фасадов, облицованных обычной плиткой, за первые восемь лет ежегодно возрастают примерно на 12,5%. В последующие восемь лет ежегодный рост расходов достигает 18% (с учетом появления затрат на ремонт). В случае же плитки с самоочищающейся поверхностью Hydrotect эти расходы так и остаются на постоянном уровне.


В статье использованы материалы: Иерархически структурированные оксидные частицы


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 



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

 

Наносветофор
Наносветофор

Наносистемы: физика, химия, математика (2021, Т. 12, № 1)
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/volume12/12-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Механизмы механо-бактерицидного действия наноструктурных поверхностей. Кубан и кубаноиды. Оптический гетеродин для измерения времени сверхкоротких импульсов. Трещать по швам правильно: однонаправленный разрыв метаматериала.

Завершается прием работ части конкурсов наноолимпиады
31 января завершается прием работ части конкурсов олимпиады "Нанотехнологии - прорв в будущее!"

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

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!



 
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.