Нанотехнологии - путь к преобразованию и развитию

Государственное  бюджетное   профессиональное  образовательное  учереждение  Краснодарского  края  Тимашевский  техникум  кадровых  ресурсов

Материал  для   заочной  научной  конференции  по  теме:

«Нанотехнологии -  путь  к   преобразованию  и  развитию»

                                           Разработал  мастер  производственного  обучения

                                   по  профессии:  «Электромонтер  по  ремонту

                            и  обслуживанию  электрооборудования»

                                            Гассиев  Р.К.

г. Тимашевск  2019 г.

      Актуальность. Прогресс в разработке нано - и микроэлектромеханических устройств и систем обещает такую же революцию в технике, какую совершила микроэлектроника в электронике. Переход к наноэлектромеханике связан с использованием нанотехнологии и новых физических эффектов. Так, при создании полостей ‑ важного компонента различных устройств - используются все в большей мере самоорганизующиеся процессы (углеродные нанотрубки, пористые мембраны на основе оксида алюминия). Это позволяет увеличить воспроизводимость, повысить надежность, поскольку малейшие изменения размеров, связанные с использованием традиционных технологий, ведут к экспоненциально сильному изменению параметров.

Проблема. Необходимость создания материалов нового уровня качества, использование современных конструкционных материалов обычно ограничивается тем, что увеличение прочности приводит к снижению пластичности. Данные по нанокомпозитам показывают, что уменьшение структурных элементов и более глубокое изучение физики деформационных процессов, которые определяют пластичность наноструктурных материалов, могут привести к созданию новых типов материалов, сочетающих высокие прочность и пластичность.

Цель. Создание конструкционных материалов, обладающих повышенной прочностью, износостойкостью, низкой воспламеняемостью при облегченном весе, а также более рациональных при строительстве.

Объект исследования. Наноматериалы, их рациональность и безопасность в использовании.

Задания работы. Изучить и упорядочить информацию о нанотехнологиях, ее развитии в секции строительства; сформировать класс строительных материалов, где уже на данный момент напрямую используются нанотехнологии; классифицировать и описать положительные и возможные негативные качества каждого из видов строительных конструкций, где используются нанотехнологии; исследовать информацию и подтвердить безопасность использования наноматериалов в строительстве.

Основная часть. Нанотехнологии активно проникают в нашу жизнь. Если десять лет назад подобные разработки считались чем-то фантастическим, то теперь они широко используются в самых различных отраслях. Довольно широко используются нанотехнологии в медицине, обеспечивая производство протезов и имплантатов. Передовым направлением в наше время является использование нанотехнологий в строительной сфере.

-разработка конструктивных элементов, реагирующих на повреждения или деформацию;

-применение солнечных батарей в качестве ограждающих конструкций;

-изобретение покрытий, восприимчивых к психическому и физическому состоянию людей;

-создание функциональных покрытий;

-увеличение показателей прочности и надёжности зданий.

Основные виды  наноматериалов:

Наиболее широко используемыми материалами, созданными на основе нанотехнологий, являются:

-оптиковолоконная  продукция;

-наносталь;

-нанопокрытия.

Наносталь также широко применяется в строительстве ввиду своей особой прочности и стойкости. Что же касается нанопокрытий, то они обрели большую популярность. Такие разновидности, как нанокерамика, активно применяются в автомобильном тюнинге. Если говорить о строительной сфере, то нанопокрытия используются для защиты зданий от внешних воздействий.

Нанотехнологии в строительстве проявляются, в основном, в создании наноматериалов. Главным направлением в этой области является создание различных материалов со сложной структурой и уникальными прочностными или температурными свойствами, а также процессы самоорганизации веществ на атомно-молекулярном уровне, позволяющие создавать объекты без внешнего влияния. И уже в настоящее время планируются и проводятся теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку методов наноструктурного модифицирования материалов, изучение количественных и качественных изменений их важнейших свойств и разработку технологических процессов получения различных видов строительных материалов, изделий и конструкций с улучшенными по сравнению с аналогами физико-механическими характеристиками.

Несмотря на то, что новые технологии и материалы уже внедряются в строительную отрасль, их доля еще достаточно мала — менее 1% в общем объеме материалов строительного сектора. В странах СНГ применяются в основном импортные полимерные композиционные материалы (ПКМ). По потреблению ПКМ на душу населения мы отстаем от США почти в 20 раз.

Использование нанотехнологий в строительстве позволяет добавлять к традиционным строительным материалам определенные свойства, достижение которых еще недавно считалось небывалым.

      Исследования ученых в области наномодификаций металлов и их сплавов позволили получить высокопрочную сталь, которая не имеет в настоящее время аналогов по параметрам прочности и вязкости. Применение таких наноматериалов самым идеальным образом подходит для строительства различных гидротехнических и дорожных объектов. При этом нанотехнологии в строительстве позволяют создать на стальных конструкцияхполимерные и композитные нанопокрытия: они в десятки раз повышают стойкость стали от коррозии и в несколько раз увеличивают срок службы металла, даже если ожидается работа в агрессивных средах.

     Отдельно хочется обратить внимание на конструкционные композиты, которые представляют собой широкий класс конструкционных материалов, имеющих полимерную, металлическую или керамическую матрицу. Наиболее типичным примером таких композитов являются углепластики - это композиты с углеволокнами и с полимерной матрицей.

     Недавно создано антибактериальное стекло, которое способно убивать попадающие на него микробы и грибки. Происходит это за счет внедрения в поверхностные слои стекла ионов серебра, которые, контактируя с микроорганизмами, разрушают их метаболизм.

      Исследования показали, что такое стекло убивает 99,9% попадающих на его поверхность бактерий, устойчивых к действию антибиотиков, причем с течением времени антибактериальные свойства стекла не теряются. Предлагается использовать его в больницах, а также в ванных комнатах жилых домов.

      Еще одно применение наностекла. Если нанести на поверхность флоат-стекла (стекла, полученного с помощью флоат-метода, при котором стекло при выходе из печи плавления выливается на поверхность расплавленного олова, а затем поступает через зону охлаждения на дальнейшую обработку) при его изготовлении методом пиролиза тонкий слои из оксидов металла In-SnO2, то коэффициент теплопередачи его снижается на 70-80 %, а теплопроводность стеклопакета с его использованием – в 2-2,5 раза. Если же на поверхность еще не остывшего флоат-стекла напылить специальный состав с наночастицами ТiO2, который после остывания стекла образует с ним единое целое, то такое покрытие обеспечивает нейтрализацию органических соединений на поверхности стекла и полную его гидрофилизацию, то есть вода вместе с грязью стекает со стекла. Такие стекла массово производятся в Европе, хотя их производство пока что недешево.

      Настоящим открытием в строительной индустрии стали свойства наноматериалов – инновационной пленки, предназначенной для защиты цветных пластиковых окон от инфракрасного (теплового) излучения. Инновационные пленки имеют особые пигменты, позволяющие отражать до 80% инфракрасных лучей и не позволяющие конструкциям перегреваться. В результате данная пленка защищает как окна, так и само помещение от перегрева, продлевая этим срок службы конструкции и снижая затраты на кондиционирование.

      При этом цветная инновационная пленка, которая наносится при ламинации на профиль, способна придавать раме визуальный 3D-эффект. Это происходит благодаря использованию особого компонента пленки – бриллиантовых красок. Также такие краски на поверхности пленки создают микропоры, которые дают покрытию ощущение шагрени. В ходе ламинации инновационная нанопленка способна полностью покрыть сложные по геометрии ПВХ-профили и в точности повторить их формы.

     На сегодняшний день уже существует проект здания, часть потребностей в электроэнергии которого обеспечивается установленными на нем ветровыми турбинами.