Применение нанотехнологий (1075549), страница 26
Текст из файла (страница 26)
А американская компания NanoSoni cразработала уникальную технологию, позволяющую создавать материалы с невозможными в природе свойствами, в частности, листы полимера, гибкие и упругие, как резина, и проводящие ток, как металл. Новый продукт назвали Metall Rubber- металлизированная резина.
Из «горячих новинок» текстильного нанорынка следует отметить утеплительный материал Aspen's Pyrogel AR5401, изготовленный на основе полимерного материала с нанопорами. Благодаря им материал ведет себя как хороший теплоизолятор. Компания Aspen Aerogels в марте 2004 г. начала производство из нового материала утепляющих стелек для обуви. Эти стельки заказывали: команда, выигравшая в 2004 г. марафон к Северному полюсу, одна из канадских лыжных команд и элитное спецподразделение армии США. Отзывы заказчиков о продукте были схожими: это универсальное решение для работы в экстремальных условиях. Нанопокрытия. Нанотехнологии также применяются для улучшения свойств традиционного текстиля и изделий из него. В этом случае на текстиль наносятся покрытия, модифицирующие его в микронном и субмикронном размерных диапазонах. Энергосберегающая технология фотокатализа очищает поверхность текстиля без применения химикатов и энергии, исключительно под воздействием нанокатализаторов, нанесенных с использованием традиционного текстильного оборудования, солнечного света и воды. Гонконгские ученые создали покрытие на основе наночастиц, которое предотвращает загрязнение ткани, а также способствует ее обеззараживанию. Некоторые нанопокрытия доступны и на российском рынке. Это обеззараживающие покрытия на основе наночастиц серебра и оксида цинка а также покрытия, создающие устойчивый слой, который не пропускает ультрафиолет.
Электроника и микроэлектромеханические системы (МЭМС). Интеграция в текстиль микро- и наноэлектроники, а также МЭМС существенно расширяет возможности повседневной одежды, которую можно использовать в качестве средства связи и даже персонального компьютера. А изготовление текстиля со встроенными датчиками позволит производить мониторинг состояния тела человека. Это, безусловно, откроет новые возможности в медицинской практике, спорте и жизнеобеспечении в экстремальных условиях (см. рис. 4).
Рисунок 4. «Умная» одежда с использованием нанотехнологий
Исследователи из университета штата Аризона под руководством профессора Фредерика Ценгаусерна пытаются создать биометрическую одежду, интегрировав в обычное трико, которым часто пользуются спортсмены, гибкий дисплей, набор сенсоров для детекции вредных веществ, микроскопический топливный элемент, микронасосы и т.д. Не удивительно, что такой «навороченный» костюм предназначается для военного применения, но может использоваться и в мирных отраслях, например, в медицине, где он сам проверит состояние больного (например, диабетика) и сам вовремя сделает необходимые инъекции.
Биомиметика в текстиле. В современных нанотехнологих широко используется прием, называемый биомиметикой, суть которого состоит в том, чтобы «подсмотреть» и повторить успешное решение проблемы, которое использует сама природа. Так, например, была получена «самоочищающаяся» ткань, секрет которой подсказал цветок лотоса. Американские исследователи из университета Клемсона (Clemson University) на основе детальных исследований структуры листьев лотоса создали «самоочищающееся» покрытие, которое отталкивает гораздо больше воды и грязи, чем обычные ткани. Принцип действия позаимствован у природы. Как было установлено, листья лотоса обладают свойством «самостоятельного очищения», их поверхность отталкивает большую часть грязи и воды. Поверхность листа лотоса устроена таким образом, что капля воды катится по нему, собирая грязь. А на гладкой поверхности, наоборот, капля воды, сползая, оставляет грязь на месте. Исследователи повторили этот механизм, нанеся разработанное покрытие на волокна ткани. Покрытие устойчиво и не разрушается при очистке и механическом воздействии. Созданная ткань, использующая этот принцип, даже если ее пытаться сильно испачкать, будет отталкивать большинство мокрой грязи. А оставшуюся можно будет легко смыть обычной водой. Использование различных наночастиц в составе нового покрытия, безвредного для окружающей среды, позволит ткани приобрести ряд полезных свойств: от поглощения неприятных запахов до уничтожения микроорганизмов.
Это лишь малая толика тех достижений, которые уже вышли на рынок и могут быть использованы предпринимателями. В будущем количество наноновинок возрастет многократно, и текстильная промышленность без них не обойдется. Исследовательские работы в области нанотехнологий, которые ведутся во многих странах мира, направлены, в первую очередь, на их коммерциализацию. Так что стоит ждать в ближайшем будущем появления умной и комфортной одежды по вполне приемлемым ценам.
Что касается России, то сегодня более 90% швейных предприятий страны применяют разработанные институтом технологии изготовления одежды. Но не один только ЦНИИШП занимается внедрением нанотехнологий в лёгкую промышленность. В России существует Центральный научно-исследовательский институт хлопчатобумажной промышленности (ЦНИИХБП), институт пластмасс, учебные и текстильные институты.
Важнейшей проблемой является повышение урожайности в сельском хозяйстве. Согласно статистике, численность мирового населения в настоящее время составляет около 6,5 млрд человек, а к 2050 году достигнет 8,9 млрд, что вызовет существенное увеличение потребления продуктов питания.
Предполагается, что применение нанотехнологии позволит изменить технику возделывания земель за счет использования наносенсоров, нанопестицидов и системы децентрализованной очистки воды. Нанотехнологии сделают возможным лечение растений на генном уровне, позволят создать высокоурожайные сорта, особо стойкие к неблагоприятным экологическим условиям.
В растениеводстве применение нанопорошков, совмещенных с антибактериальными компонентами, обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и приводит к двукратному повышению урожайности многих продовольственных культур, например картофеля, зерновых, овощных и плодово-ягодных.
Огромное значение имеет применение нанотехнологии для очистки и дезинфекции воды. Внедрение мембранных систем очистки, а также специальных биоцидных покрытий и материалов на основе серебра способствует упрощению и повышению качества содержания сельскохозяйственных животных, обеспечению их качественной питьевой водой.
Не менее актуальна проблема обеспечения человечества достаточным количеством питьевой воды. Запасы пресной воды, пригодной для использования, составляют всего 3%, из которых только 1% потребляется населением Земли. В настоящий момент 1,1 млрд человек не имеют возможности использовать чистую пресную воду. Принимая во внимание текущие объемы потребления воды, рост населения и развитие промышленности, к 2050 году две трети населения Земли будут испытывать недостаток в пригодной для употребления пресной воде.
Следует ожидать, что нанотехнологии позволят найти решение этой проблемы за счет использования, в том числе, недорогой децентрализованной системы очистки и опреснения воды, систем отделения загрязняющих веществ на молекулярном уровне и систем фильтрации нового поколения.
-
СТРОИТЕЛЬСТВО
-
Структурирование воды
-
Структурированная вода, как показывают результаты экспериментальных исследований, существенно влияет на различные свойства строительных материалов. Структура воды и её свойства определяются взаимосвязями и формой кластеров, в которые объединяются атомы воды под влиянием внешних активирующих воздействий.
|
|
| Рис.1 Фазовая диаграмма воды и аппроксимационные кривые фазового равновесия: лед VI-вода (1) и лед VII-вода (2) и отклонение от фазовой границы VI - лед VII вблизи тройной точки (3). |
Исследования последних лет показывают, что вода представляет собой сложный объект, состояние которого не является строго детерминированным, а зависит от целого ряда внешних физических факторов. Под их воздействием вода способна проявлять такие уникальные кооперативные свойства, как трансформация и накопление рассеянной энергии в виде ее высокоэнергетических форм (химической, электромагнитной, магнитной, электрической и других), испускание и поглощение когерентных электромагнитных волн нетепловой интенсивности, трансляция энергии возбуждения по координатной сетке водородных связей и другие.
Все эти свойства воды могут проявляться только тогда, когда структура воды представляет собой гетерогенную систему (см. рис 1), имеющую в своем составе жидкокристаллические образования (ионкристаллические ассоциаты), обладающие свойствами сверхпроводников, и гексагонально-клатратные ассоциаты. позволяющие транслировать энергетическое возбуждение по водородным связям структурного каркаса свободной воды.
Знание физических основ энергетических процессов, протекающих в водных структурах при воздействии внешних физических факторов, позволяет определить пути и технологии управления энергетическим состоянием водных систем — их активацией.
Определение термина «активация», под которым ранее понималось появление у воды и водных растворов аномальной реакционной способности и аномальных характеристик в результате безреагентного воздействия, не отражает физической сущности процесса, ограничивает перечень сред активации только водными, приводит к подмене понятий химической и электрической активности, энергии частиц, соотношений фаз связанных состояний в системе, их волновых и магнитных свойств.
В связи с этим, и, исходя из новых физических представлений о воде как гетерофазной ионкристаллической системе, под термином «активация» следует понимать процесс изменения структурно-физических, энергетических и магнитоэлектрических свойств гетерофаз связанного состояния вещества (гетерофаза — метастабильная фаза с двумерной организацией структуры) в составе жидкофазных систем, включая воду, водные растворы, жидкие кристаллы, аморфные материалы, полимеры и металлы под действием физических полей. Это открывает широкие возможности для изменения свойств производимых материалов путем активации различных жидкофазных систем используемого сырья
Технология управления структурно-физическими свойствами жидкофазных систем включает три основные стадии:
-
фазовое разделение униполярных ионкристаллических ассоциатов,
-
активация,
-
информационное форматирование ассоциатов.
Знание физических основ энергетических процессов, протекающих в водных структурах при воздействии внешних физических факторов, позволяет определить наиболее эффективные пути управления энергетическим состоянием воды и создавать технологии управления ее свойствами. В настоящее время разработаны методы и средства для изменения физико-химических свойств воды и других жидкофазных систем путем безреагентного (нехимического) воздействия, в том числе на основе:
-
кавитационных процессов в вихревых потоках жидкости (трубки Ранке, вихревые гидрокавитационные преобразователи энергии и др.);
-
мембранного электроосмоса (электрохимически активированная вода);
-
электромагнитных излучений - генераторов сложно поляризованных (продольных) электромагнитных волн и ряда других процессов.
|
|
|
|
|
| Рис. 2 | Рис. 3 | Рис. 4 | Рис. 5 |
Процесс активации воды осуществляется последовательно-параллельным воздействием электрического, магнитного и электромагнитного полей и/или полем продольных электромагнитных волн (рис. 2), кавитации воды (рис. 3), излучения монополярного генератора (рис. 4) или каким-либо иным методом.
Обобщение результатов поисковых экспериментов по влиянию активированной воды на прочность бетонов свидетельствует о возможности повышения прочности при сжатии бетонов на 20—35% и пенобетонов - на 50% по сравнению с образцами, затворенными обычной неактивированной водой.
Следует также отметить, что в экспериментах при использовании активированной (структурированной) воды наблюдалось сокращение сроков набора бетонами распалубочной прочности. Это открывает широкие перспективы для сокращения сроков, уменьшения энергозатрат и стоимости строительства особенно при монолитном домостроении в зимних условиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
