|
|||||
1 стр. из 1 Нанонаука (НН) и нанотехнология (НТ) в настоящее время — наиболее бурно развивающиеся сферы человеческой деятельности. На основании теоретических предпосылок НН сейчас в мире инструментами НТ производят цемент, керамику, металлические сплавы, пластмассы, лакокрасочные и многие другие материалы с уникальными свойствами. Однако в России таких производств почти нет. Задача данной публикации — постараться привлечь внимание к этой еще не занятой, но чрезвычайно заманчивой нише.
Наверное, можно довольно точно назвать и дату, когда произошел взрыв интереса к НТ и началось ее лавинообразное развитие. Это 1984 г., когда американские ученые Р. Смолли, В. Курл, Т. Крото сообщили об открытии фуллерена. Значимость этого открытия подчеркнута присуждением этим ученым в 1996 г. Нобелевской премии по физике. Фуллерен — полая частица, похожая на оболочку футбольного мяча, состоящая из 20 шестиугольных углеродных циклов и 12 пятиугольных с общим количеством атомов углерода, равным шестидесяти, — стал знаковой фигурой НТ. Для его обозначения в текстах был предложен символ С60. Другим свидетельством этой значимости может быть число публикаций, посвященных НТ. К настоящему времени их уже несколько сот тысяч. Появились журналы, посвященные НТ, например, в России — «Нанотехника», который начал издаваться в 2004 г. Уже опубликовано несколько монографий в том числе и в России [1–3]. За рубежом в 2000 г. издана первая десятитомная энциклопедия «Нанонаука и наноматериалы». Именно из этой энциклопедии мы и процитируем определение НТ, как науки и техники создания, изготовления, характеризации и реализации материалов, функциональных структур и устройств на атомном, молекулярном и нанометровом уровне. В странах с развитой экономикой и наукой — США, Японии, Объединенной Европе, а также и в Китае исследования в области НТ объявлены высшими национальными приоритетами. Билл Клинтон, будучи президентом США, утвердил программу под названием «Национальная нанотехнологическая инициатива», рассчитанную на 10 лет с ежегодно увеличивающимся финансированием. (В 2004 г. было выделено $889 млн.). В этой программе записано, что США не могут себе позволить оказаться на втором месте в области НТ. Страна, которая будет лидировать в ней, получит огромное преимущество в мирной и военной сферах. В России ничего подобного пока нет. А есть отставание уже на 10–15 лет. Наверное, учитывая эти обстоятельства, президент России В. В. Путин в своих выступлениях начала 2006 г. неоднократно подчеркивал необходимость развития НТ в России, а в своем Послании Федеральному собранию 11 мая 2006 г. он упомянул лишь об одном научно-техническом национальном приоритете — нанотехнологиях. НТ в настоящее время в наибольших масштабах используют в электронике, биологии, медицине, энергетике, охране природы, материаловедении. Учитывая профиль журнала, ограничимся лишь описанием возможностей НТ в производстве строительных материалов. Пожалуй, наиболее востребованными в России в ближайшие 5–10 лет будут НТ, направленные на получение минеральных вяжущих веществ и, в первую очередь, портландцемента (ПЦ). В настоящее время в нашей стране возникла крайне напряженная ситуация с этим строительным материалом. Из-за изношенности оборудования цементная промышленность не может увеличивать производство ПЦ в тех объемах, какие нужны для интенсивно развивающихся потребностей в нем. С помощью НТ ситуацию можно разрядить. Для этого необходимо организовывать домол ПЦ перед его использованием до наноразмерных частиц. У такого цемента будет значительно большей доля вещества, вступающего в реакцию с водой (у обычного ПЦ, удельная поверхность которого около 3000 кв. см/г, в реакцию вступает лишь третья часть объема его частиц, преимущественно с поверхности, остальной объем выполняет в готовом изделии функцию инертного заполнителя). У домолотого цемента частицы реагируют с водою на 80–90 % их объема. Следовательно, на получение заданного изделия цемента потребуeтся меньше. Домолотый цемент обеспечивает получение более прочных бетонных изделий. Это обстоятельство позволяет еще более снизить расход цемента. По-видимому, учитывая эти обстоятельства, в США домол цемента производится в больших масштабах, несмотря на отсутствие дефицита в нем. В России еще 2–3 года назад идея домола цемента была бы обречена на провал. И не столько из-за отсутствия, в то время дефицита в нем, сколько от того, что не было помольного оборудования, способного измельчать твердые частицы до наноразмеров. Теперь такое оборудование есть. Это — планетарные мельницы. Второе направление, позволяющее экономить цемент, — добавление в него нанодисперсных модификаторов, особенно таких, которые являются отходами. В мире уже около 30 лет, а в России — лет десять используют так называемый микрокремнезем, образующийся как отход при получении индивидуального кремния и ферросилиция. Его введение в цементные смеси позволяет повысить прочность бетонов. Необычным источником нанодисперсного кремнезема становятся геотермальные воды, которые в нашей стране начинают использовать для теплоснабжения. Однако в них много минеральных компонентов и особенно кремнезема. В. В. Потапов с сотрудниками разработал способ выделения кремнезема из этих вод и установил его эффективность как упрочнителя бетона [19]. Автором статьи для этой цели предложено использовать микрокремнезем, образующийся непосредственно в цементных смесях при введении в них поливинилацетатной дисперсии, в которую, в свою очередь был введен этилсиликат-32 или этилсиликат-40 [4]. При этом способе реализуется золь-гель технология получения наночастиц, причем с удельной поверхностью 900 кв. м/г, не достижимой другими способами, и не возникает проблем с их введением. В. И. Корнев, И. Н. Медведева, А. Г. Ульянов получили прочный бетон от введения в цемент наночастиц гидроксида алюминия [5]. А. Н. Пономарев разработал технологию изготовления микрофибры базальтовой, модифицированной фуллереноподобными частицами — астраленами, и показал, что при введении ее прочность бетона как на сжатие, так и на растяжение может быть заметно повышена [6]. Наномодификатором, причем опять-таки отходом, является гальваношлам — продукт, образующийся при обработке известью сточных вод гальванического производства. Авторами и многими другими исследователями показана его эффективность в составе цементных смесей [7]. Быстро развивающимся направлением строительной НТ в России является использование в производстве строительных материалов шунгита — природного минерала, содержащего в своем составе фуллереноподобные наночастицы. Они придают шунгиту способность поглощать электромагнитные и даже ионизирующие излучения. Наряду с этим шунгит проявляет себя и как сильный бактерицид, так что изделия, изготовленные из материалов, содержащих этот минерал, стойки против биопоражений. Будучи электропроводным, шунгит препятствует возникновению электростатических зарядов. Опираясь на это свойство шунгита, Н. И. Александров с коллегами разработал рецептуру бетонной смеси, из которой получается камень, стойкий к г-лучам [8]. Интересно отметить, что в этой смеси в качестве воздухововлекающей добавки использовалась смола древесная омыленная (в разработке которой принимал участие автор), образующая в бетоне наноразмерные пузырьки воздуха. Такой бетон рекомендован исследователями для изготовления хранилищ радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива [9]. На Пешеланском гипсовом заводе «Декор-1» (Нижегородская область) налажено производство пазогребневых гипсовых плит, содержащих шунгит, для устройства радионепрозрачных перегородок. Рецептура гипсовой смеси для этих плит разработана в ООО НПО «Синь России» [10]. ООО «Альфа-Пол» (Санкт-Петербург) изготавливает сухие строительные смеси, предназначенные для изготовления штукатурок и покрытий пола, предохраняющих от проникновения в помещения или из него электромагнитных излучений. Начинается и использование для производства строительных материалов и собственно фуллеренов или их еще более перспективных разновидностей — нанотрубок, несмотря на то, что оба эти вещества пока еще очень дороги [11]. Так, Г. И. Яковлев с коллегами рекомендует использовать нанотрубки, синтезируемые по разработанной этим коллективом исследователей технологии, для приготовления цементных пенобетонов, поскольку это приводит к повышению физико-механических свойств, а затраты на добавку с лихвой компенсируются возможностью экономить цемент [12]. У фуллеренов есть еще одно свойство, которое позволяет создавать лакокрасочные материалы, образующие самоочищающиеся покрытия. Суть этого свойства —генерация на поверхности фуллеренов под действием ультрафиолетовых лучей, в частности тех, которые входят в солнечный спектр, свободных радикалов, способных окислять органические соединения до воды, углекислого газа, и, к тому же, уничтожать микроорганизмы. А именно органические соединения, находящиеся, например, в городской пыли, предопределяют прилипание грязи. Впервые такая фотокаталитическая активность была обнаружена на наночастицах (размер 10–15 нм) диоксида титана анатазной модификации, производство которых уже налажено в Германии [13]. С использованием таких частиц, которые, будучи сорберами УФ-лучей, прозрачны для видимого света, уже производят не только фасадные краски, но и лаки, которыми в тех же целях окрашивают оконные стекла [14]. Наночастицы диоксида титана начали использовать и для защиты от воздействия солнечного света изделий из древесины [14]. А для защиты изделий из этого материала от биопоражения предложено использовать наноэмульсии биоцидов, нерастворимых в воде [15]. Биоциды в такой форме, проникая в древесину, обратно из нее уже не вымываются, в отличие от водорастворимых. Небезынтересно отметить, что в Институте катализа Сибирского отделения РАН совместно с Информационно-технологическим институтом (Москва), разработан фотокаталитический очиститель и обеззараживатель воздуха (под названием «Аэро Люкс»), в котором под действием УФ-лампы на поверхности катализатора образуются свободные радикалы, разлагающие органические соединения, в том числе и тела микроорганизмов, содержащиеся в прокачиваемом через это устройство воздухе. Эффективность фотокаталитического обеззараживания воздуха в 10–100 раз превышает таковую при уже традиционной обработке помещения ультрафиолетовым светом. Однако химическую суть катализатора, кроме того что он нанодисперсный, разработчики «Аэро Люкса» не разглашают. Г. Вагнер сообщил о разработанных в Германии «неорганоорганических гибридных полимерах», которые при использовании их в качестве пленкообразователей лакокрасочных материалов, для обеспечения высоких защитных свойств, достаточно наносить нанослоем [16]. Подробная химическая природа такого пленкообразователя не раскрывается, упомянуто лишь, что он — «продукт силикатной и уретановой структуры с короткой цепью». Наверное, подобные полимеры были разработаны автором много лет назад, но по известным для судьбы советских изобретений причинам не только не увидели промышленного воплощения, но даже и не могли быть опубликованы. Чуть ли не самыми актуальными для России в настоящее время являются лакокрасочные материалы (их называют интумесцентными или вспучивающимися), способные образовывать покрытия, превращающиеся при нагревании (пожаре) в толстый слой негорючей пены с низкой теплопроводностью. Такие покрытия способны на несколько десятков минут замедлить процесс нагревания строительной конструкции до критической для нее температуры, при которой происходит потеря несущей способности. Несколько представителей интумесцентных красок в России уже производится [17]. Однако недостатком ряда таких красок является малая адгезионная прочность образующейся пены по отношению к черному металлу. С. С. Мнацаканов с соавторами предложил вводить в эти краски фуллерены в количестве до 0,7 %, что оказывает структурирующее воздействие на формирующийся при горении пенококс и способствует сохранению адгезии [18].
Литература Дата: 02.10.2006 В. А. Войтович "СтройПРОФИль" 6 (52)
«« назад Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации! |
|||||