Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФАП ФГУП
«НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ВАКУУМНОЙ ТЕХНИКИ им. С.А. ВЕКШИНСКОГО»
“ нанотехнологии и материалы ”
Информация
МОСКВА 2007
Нанотехнология – это действительно портал в новый мир.
Рита Колвел,
Директор Национального научного фонда США.
В последние несколько лет нанотехнология стала рассматриваться не только как одна из наиболее многообещающих ветвей высокой технологии, но как системообразующий фактор экономики 21 века – экономики, основанной на знаниях, а не на использовании природных ресурсов или их переработке.
Приставка «нано» означает одну миллиардную. Один нанометр - это ряд всего из десяти атомов водорода. Толщина человеческого волоса составляет 50 000 нанометров.
Наноматериалы – это молекулы или структуры, по меньшей мере, один размер которых равен от 1 до 100 нанометров.
Если при уменьшении объёма какого-либо вещества по одной, двум или трём координатам до размеров нанометрового масштаба возникает новое качество или это качество возникает в композиции из таких объектов, то эти образования следует отнести к наноматериалам, а технологии их получения и дальнейшую работу с ними – к нанотехнологиям. Подавляющее большинство новых физических явлений на наномасштабах проистекает из волновой природы частиц (электронов и т.д.), поведение которых подчиняется законам квантовой механики.
Таким образом, наноструктуры - не просто меньше всего того, что человек делал раньше, они являются наименьшими твёрдыми материалами, которые можно сделать.
В сущности, представляется очевидным, что все природные материалы и системы построены из нанообъектов. Именно в интервале наноразмеров, на молекулярном уровне, природа «программирует» основные характеристики веществ, явлений и процессов. Нанотехнологический подход означает такое же, но целенаправленное регулирование свойств объектов на молекулярном уровне, определяющем фундаментальные параметры.
Специфичность свойств вещества в нанометровом масштабе и связанные с этим новые физические, химические явления обусловлены тем, что характерные размеры элементов структуры нанообъектов лежат в диапазоне 10-9-10-7м, соответствующем средним размерам атомов и молекул в обычных материалах. С этой точки зрения следовало бы рассматривать наноструктуры в качестве особого фазового состояния вещества. Свойства веществ и материалов, образованных структурными элементами с размерами в нанометровом диапазоне, в объёмной фазе не определяются однозначно. Изменения характеристик обусловлены не только уменьшением размеров структурных элементов, но и проявлением квантовомеханических эффектов, волновой природой процессов переноса и доминирующей ролью поверхностей раздела. Управляя размерами и формой наноструктур, таким материалам можно придавать совершенно новые функциональные характеристики, резко отличающиеся от характеристик обычных материалов.
Рациональный подход к производству наноматериалов и устройств знаменовал бы революцию в науке и технике, если бы учёным удалось выявить и полностью использовать закономерности и принципы, определяющие структуру и свойства таких объектов.
Придавая материалам и системам принципиально новые качества и свойства, нанотехнология могла бы обеспечить прогресс практически во всех существующих областях деятельности (от автомобилестроения и компьютерной техники до принципиально новых методов лечения), а также может привести к появлению новых областей. Можно с уверенностью сказать, что в этом столетии нанотехнология станет стратегическим направлением развития науки и техники, что потребует фундаментальной перестройки существующих производств промышленных изделий, лекарственных препаратов, систем вооружения и т.д., а также вызовет глубокие преобразования в организации систем энергоснабжения, охраны окружающей среды, транспорта, связи, вычислительной техники и образования.
Влияние нанотехнологии на жизнь, здоровье и безопасность человечества в наступившем столетии можно сравнить с общим влиянием антибиотиков, печатных схем и полимеров на жизнь общества в 20-ом веке. Д-р Нил Лейн (советник президента США по вопросам науки и техники и бывший директор Национального научного фонда), выступая в Конгрессе США, заявил: «Если бы меня спросили, какая область науки и техники может обеспечить нам прорыв в будущее, я бы назвал нанотехнологию».
Нобелевский лауреат Хорст Штормер выразил мнение, разделяемое многими его коллегами: «Нанотехнология даёт нам средства… играть с самыми маленькими «кубиками природы» - атомами и молекулами, из которых построен весь мир. Сочетание уже известных нам методов «от большого к малому» с самосборкой на атомном уровне создаёт огромное поле возможностей для «игры в комбинаторику» с химическими и биологическими свойствами при использовании при использовании специально полученных искусственных структур. Возможности для создания новых объектов представляются безграничными»
Компания «Пульсар Эко», предлагает новейшую разработку в области получения высокогомогенных наноматериалов- гомогенизатор, отличающийся способностью решать специальные технологические задачи создания новых «умных» материалов для использования в заданных областях науки и техники.
В разработанном комплексе установок и устройств обеспечивается реализация двух типов нанопроизводств- так называемой нисходящей и восходящей типов.
Нисходящий тип нанопроизводства – это высокогомогенное активное наноизмельчение. Оно представляет собой одну из наиболее важных операций процесса получения материалов с заданными свойствами в химической, медицинской, фармацевтической, пищевой, металлургической, горнорудной и других отраслях науки и промышленности.
Разработанный комплекс установок и устройств обеспечивает получение высокогомогенных активных наноматериалов в заданном диапазоне от 1 до 100 нМ с необходимой точностью максимально заданного размера частиц.
С помощью разработанных технологических процессов могут быть решены следующие задачи:
В области медицины
Создание активных кластерно-лекарственных апликаторных препаратов лонгированного действия.
Создание высокогомогенных лекарственных наноматериалов на кластерной основе для наружного применения.
Создание биокерамических материалов с использованием нанотехнологий для замены повреждённых участков костных тканей с отсутствием эффекта растворения (биорезорбции).
Создание новых материалов для улучшения качества эндопротезирования.
Создание кластерных активных основ для выращивания искусственных тканей.
Создание новых нанопломбировочных материалов со свойствами превосходящими природные.
Создание стерилизационных комплексов для переработки отходов больниц, инфицированных животных и т.д.
Создание композитных наноматериалов с заданными свойствами для нужд авто и судостроения, для нужд аэрокосмической промышленности и т.д.
Создание комплексов для использование нанотехнологий в области металлургии.
Отделение экономически важного материала от ненужных компонентов смеси;
Создание высококомпозитных нанотоплив с заданными свойствами, в том числе на основе высокозольных углей.
Создание низкотемпературных нанокерамик.
Создание низкоэнегетических экологически чистых нанотехнологий производства вяжущих материалов.
Создание тепло материалов для нужд специального и гражданского строительства с использованием нанотехнологий.
Создание новых технологических процессов производства строительных материалов с использованием нанотехнологий с целью уменьшения стоимости материалов и повышения экологичности производств.
Создание новых лакокрасочных материалов.
Использование нанотехнологий для получения новых материалов на химических производствах (создание пластиков с новыми заданными свойствами, например, УПСбарритов и т.д.).
Возможность создания нанотехнологических процессов для исследования возможности получения новых веществ и материалов (протекание реакций холодной трансмутации).
Увеличение поверхности на единицу массы материала для интенсификации химического, физического процессов.
Получение высокогомогенного нанопорошка (с размером частиц < 80 нМ) для элемента Пельтье (новая технология). Термоэлектрические материалы нового поколения.
Получение продукта необходимой наногомогенности.
Обеспечение особых требований потребителя.
Создание технологических процессов с использованием нанотехнологий для переработки промышленных отходов (угольных шлаков, стеклобоя, «горелых земель» металлургических заводов, резины, бутылок ПЭТ и др.);
Применение нанотехнологий для переработки сельскохозяйственных продуктов с целью повышения качества и количества получаемой продукции и приготовление продуктов питания быстрого приготовления.
Создание технологических процессов для переработки и утилизации ТБО.
Конструкция гомогенизатора запатентована - «Устройство для приготовления высококонцентрированной вяжущей суспензии» (патент № 2053883 от 10 февраля 1996 г. с приоритетом от 10 ноября 1992 года).
В лабораторных условиях на пилотных образцах была доказана работоспособность изобретения, получения высогогомогенных материалов с заданным minmax размером частиц. Точность установки размера частиц на калибраторе пилотного образца составила от 0.001 до 0.1 мКм.
Имеются образцы исходных материалов и конечной продукции, которую можно получать с помощью гомогенизатора (смотри приложение).
Уже это вызывает интерес к гомогенизатору у представителей разных сфер производства, в том числе и за границей (на машиностроительных заводах, занимающихся переработкой промышленных отходов, изготовлением качественных порошков; на заводах, производящих различные строительные материалы; на карьерах, добывающих камень; на предприятиях, производящих пищевые продукты и др.).
Основными достоинствами запроектированного опытно-промышленного гомогенизатора являются:
- непрерывный процесс измельчения (прямоточная конструктивная схема) с гарантированным отсутствием частиц, превосходящих любой наперед заданный размер (в пределах от 1нМ до 20 мм), без операции просеивания;
- характер разрушающих воздействий на исходный материал: здесь нет ударных нагрузок, а в измельчаемом материале преобладает такое напряженно-деформированное состояние, при котором обеспечивается максимальный уровень разрушающих напряжений и наибольшая активация конечного продукта за счет шарообразной формы и «ёжикоподобной» поверхности (удельная поверхность получаемых материалов – 18 000 - 100000 см2/г) его частиц;
- получение высокогомогенных смесей наноматериалов;
- получение высокогомогенных смесей (эффект плотной упаковки);
- меньшие, чем у всех аналогов, удельные энергозатраты на измельчение (например, по кварцевому песку Люберецкого карьера Подмосковья – 0.1-10 вт/кг);
- высокая активность конечного продукта за счет преимущественно близкой к шарообразной форме с «ёжикоподобной» поверхностью его частиц;
- возможность активного измельчения веществ любой заданной среде (в любой газообразной, в любой жидкостной среде: - неорганической с любым рН-индексом от 2 до14, - в органической, при регулируемой температуре);
- функция калибровки конечного продукта задаётся minmax размер частиц с точностью 1-100нМ;
- большой ресурс активной зоны (зоны измельчения);
- автоматическое (компьютерное) управление рабочими процессами;
- задаваемый температурный интервал в рабочей зоне от -400С до +4000С (задается и поддерживается автоматически);
- суммарная установочная мощность приводов составляет 10.5 кВт.(привод подачи -2.0 кВт., привод калибратора – 1.0 кВт, основной провод – 7.5 кВт.);
- потребляемая мощность (при обработке кварца с входными частицами 30мм и частицами на выходе 100 мкм) составляет 40% от установочной мощности;
- высота установки – 2.5 метра;
- занимаемая площадь 1х1м.;
- установка не требует фундамента;
- работа установки экологически чистая не требует систем аспирации;
- уровень шума низкий.
Расчётная производительность гомогенизатора до 3000 кГ в час, в зависимости от исходного и конечного продуктов, при сроке окупаемости от 3 до 12 месяцев.
Проектируемая линейка производительности гомогенизаторов 0.2 т/час, 1т/час, 2т/час, 3т/час, 5т/час.
Только применение гомогенизатора позволяет использовать в технологических процессах эффективные СВЧ-установки для объемного прогрева и инициирования различных химико-физических реакций, для которых обязательным условием является высокогомогенный характер обрабатываемого продукта (максимально равномерное распределение исходных компонентов в их смеси). За счет этого обеспечивается требуемое поглощение СВЧ-энергии и исключаются местные прожиги, которые без гомогенизатора устранить не удается.
Основным отличием технологии производства механоактивированных материалов (для пенобетонных изделий – песок и цемент) является реализация их механофизикохимической активации, в результате чего существенно возрастает реакционная способность и, в конечном счете, прочность изготовленных образцов. Так, при применении только что механоактивированных песка и цемента отмечена возможность повышения прочности бетонных изделий в два и более раз.
Высокогомогенное активное наноизмельчение представляет собой одну из наиболее важных операций процессов смесеподготовки в химической, медицинской, фармацевтической, пищевой, металлургической, горнорудной и других отраслях промышленности.
Исследования существующего оборудования для измельчения различных материалов, показали следующее:
- не удалось найти ни одного аналога, принципиально схожего с гомогенизатором по конструкции и функциональным возможностям;
- иностранные приближённые аналоги гомогенизатора очень дороги, но по своим функциональным возможностям ему уступают.
По мере изготовления и отработки гомогенизаторов планируется дальнейшее совершенствование их конструкции, организации производственного процесса и расширение предоставляемых сервисных услуг, а именно:
- расширение номенклатуры выпускаемых гомогенизаторов в части изготовления их из пищевых сталей для предприятий пищевой и медицинской индустрии;
- создание автоматизированных систем управления целыми технологическими линиями с применением гомогенизаторов и СВЧ установок;
- поиск новых материалов для деталей, увеличивающих ресурс, уменьшающих цену;
- разработка промышленных СВЧ-установок для работы с гомогенизаторами.
Возможна организация поставок гомогенизаторов, отдельного оборудования и технологических линий в целом.
Применение гомогенизатора в технологии переработки твёрдых бытовых отходов позволяет решить вопросы создания безотходного экологически чистого производства.
Производительность, комплектация, выход конечной продукции (что и в каких объёмах), выход тепловой энергии, определяется техническим заданием.
Стоимость технологической линии определяется на основе технического задания.
На базе созданных технологий и оборудования возможно изготовление и поставка установок по утилизации медицинских отходов (перевязочные материалы, одноразовые шприцы, отходы операционных). Мощность и стоимость определяются техническим заданием.
На базе разработанных технологий и оборудования возможно изготовление и поставка установок по утилизации инфицированных животных.
Высокогомогенный нанопорошок СеО2
График измерения распределения числа частиц полученного на гомогенизаторе высокогомогенного порошка Мо.
График измерения распределения числа частиц полученного на гомогенизаторе высокогомогенного порошка СеО2 на ФСХ-4.
График измерения распределения числа частиц (входной контроль) порошка СеО2.