Материал: Химия, физика и механика материалов. Рудаков О.Б., Перцев В.Т

Химия, физика и механика материалов. Выпуск № 1 (28), 2021

вые возможности для таких вещей, как самостерилизующиеся поверхности,

внутреннее самовосстановление и электронные лигноцеллюлозные устройства,

предоставление отзывов о производительности продукта и условиях окружаю-

щей среды во время службы (Mann, 2006).

Покрытия с высокими водоотталкивающими свойствами на основе диок-

сида кремния и алюминия наночастицы и гидрофобные полимеры подходят для использования в древесине [1-4,7-9].

Внедрение нанотехнологий в строительство

1) По сравнению с обычным TiO2, TiO2 в наномасштабе демонстрирует увеличение площади поверхности на 500% и уменьшение непрозрачности на

400%. Текущие уровни производства нано-TiO2 достигли примерно 4 миллио-

нов тонн по цене от 45 до 50 долларов за кг по сравнению с 2,5 доллара за кг для обычного TiO2.

2) Мировой рынок CNT растёт очень быстро: с 51 миллиона долларов в

2006 году вырос более чем на порядок.

3) Наномодифицированный бетон сокращает сроки строительства, со-

кращая трудоемкие (и дорогие) задачи. Также это может снизить стоимость ре-

монта и обслуживания.

4) Производство красок и покрытий: нано-оксид алюминия и диоксид ти-

тана имеют в четыре-шесть раз больше износостойкости, с удвоенной ударной вязкостью и прочностью связи.

5) Потенциальный мировой рынок нанокомпозитов оценивается в 340

миллиардов долларов на следующие два десятилетия (Roco and Bainbridge 2001).

6) Рынок систем противопожарной защиты составил около 45 миллиардов долларов в 2004 году и растёт в более чем в 2 раза.

75

7) Самовосстанавливающийся асфальт, восстанавливающие и омолажи-

вающие наноагенты для асфальта (Partl et al. 2006) и самосборные полимеры улучшают асфальтобетонную смесь.

8) Нанодатчики, встроенные в материалы инфраструктуры, могут обеспе-

чить при минимальных затратах полностью интегрированные и автономные механизмы прогнозирования и прогнозирования отказов для капитальных со-

оружений (например, резервуаров, атомных электростанций и мостов).

Недостатки:

1)Из-за своего малого размера частицы наночастицы могут отрицательно влиять на дыхательные пути и пищеварительный тракт, а также на кожу или поверхность глаз, что подвергает рабочих опасности.

2)Поскольку отрасли, связанные с нанотехнологиями, являются относи-

тельно новыми, тип работника, занятого исследованиями и разработками в строительстве (или даже некоторыми полевыми приложениями), должен иметь междисциплинарный опыт.

3) Новая политика в контексте нанотехнологий потребует сотрудничества между различными уровнями правительства, агентствами НИОКР, производи-

телями и другими отраслями.

4)Относительно высокая стоимость.

5)Время коммерциализации продукта велико [1-4].

Разработка долговечных строительных композитов, поглощающих

углекислый газ, в КФУ [5]

Учёные Крымского федерального университета синтезируют новые стро-

ительные материалы, при производстве которых поглощается углекислый газ.

Об этом сообщил доцент кафедры строительного инжиниринга и материалове-

дения Академии строительства и архитектуры КФУ Александр Бахтин. На реа-

лизацию проекта учёные получили совместный грант Российского фонда фун-

76

Химия, физика и механика материалов. Выпуск № 1 (28), 2021

даментальных исследований и Совета министров Республики Крым в размере

400 тысяч рублей на год.

«Основная цель проекта заключается в разработке новых строительных композитов на основе доломитового вяжущего карбонатного типа твердения.

Твердение осуществляется за счет поглощения углекислого газа и преобразова-

ния его в нерастворимые соединения. В результате получается прочный камен-

ный материал. Также в исходную сырьевую смесь вводятся наночастицы окси-

дов титана и вольфрама, способные поглощать фотоны солнечного света»,–

рассказал доцент кафедры строительного инжиниринга и материаловедения Академии строительства и архитектуры Крымского федерального университета Александр Бахтин.

Как отмечает специалист, при этом в процессе происходит разложение широкого спектра вредных веществ, а изделия такого типа способны удалять загрязнители с поверхности, что способствует повышению долговечности ма-

териала. За счет средств гранта учёные проведут исследования структуры ком-

позитов методом рентгеновской компьютерной томографии, в результате чего будут получены данные для разработки промышленной модели создания уни-

кальных строительных материалов.

«Рассматриваемая технология является инновационной не только в Рос-

сии, но и в мире, так как на сегодняшний день ещё нет примеров полномас-

штабного производства таких композитов. Аналогичные нашему исследования активно ведутся в Англии, США и Канаде. Технологии, при которых углекис-

лый газ поглощается, а не поступает в окружающую среду, сегодня являются наиболее актуальными. Продукт, получаемый в их результате, имеет высокую добавленную стоимость и является шагом к «зеленой» экономике»,– добавил Александр Бахтин.

Результаты работы учёных представлены в статье «Intensive Ways of Producing Carbonate Curing Building Materials Based on Lime Secondary Raw Materials», опубликованнойвмеждународномжурнале «Materials».

77

Органические нанопорошки для промышленного производства. Получе-

ние нанопорошков органических продуктов: полимеров и аграрных продуктов является одной из важнейших задач современных нанотехнологий. Основным методом получения таких порошков является диспергирование [10]. Обзор ме-

тодов диспергирования органических полимеров и продуктов был изложен в работе [11]. Была разработана технология, обеспечивающая получение органи-

ческих частиц размером 900-1300 нанометров [12].

Для измельчения пластичных органических веществ, необходимо приме-

нить принцип гипер-резонанса, описанного в работе по волновой теории проч-

ности полимеров [13], испытания которых подтвердили возможность получения порошков с размерностью менее 500 нм (табл. 4).

Нанопорошок виноградной косточки применяется в основном в меди-

цине, как средство при варикозном расширении вен и обладает мощным анти-

гистаминным и противопаразитарным действием [14].

Нанопорошок гриба Рейши содержит микроэлементы (особенно высокий уровень германия), органические кислоты, полисахариды, кумарины, витами-

ны, фитонциды. Наиболее важными соединениями гриба являются тритерпены,

полисахариды, ганодермовые кислоты и германий. Именно эти соединения обусловливают лечебные свойства гриба как средство для усиления иммуните-

та и подавления развития опухолей различного происхождения, повышения насыщенности крови кислородом. Также помогает нормализовать давление,

снизить уровень холестерина, препятствует образованию тромбов [15].

78

Химия, физика и механика материалов. Выпуск № 1 (28), 2021

Нанопорошок Амаранта – легко усвояемый, идеально сбалансированный белок и протеины, благодаря чему могут активно применяться в рационе спортсменов для увеличения мышечной массы. Входящая в его состав расти-

тельная клетчатка, улучшает работу кишечника, способствует снижению веса и очищению кишечника, нано-порошок Амаранта входит в состав детского и ле-

чебного питания [12].

Потребители нанопорошка овса имеют самый высокий ЗПИ (здоровый пищевой индекс) и более низкие веса тела, окружности талии, и индексы массы тела. Использование такого порошка овса, благодаря наличию пищевых воло-

кон и полифенолов – авенатрамидов предупреждает заболеваемость раком тол-

стого кишечника. Особенно широко этот нанопорошок используется в косме-

тике так как выполняет множество функций: это и противовоспалительный компонент, и вяжущий агент, и смягчающее вещество, и защитный элемент,

способствующий регенерации кожи после повреждений (восстанавливает за-

щитный барьер эпидермиса); также обеспечивает коже существенное увлажне-

ние, обладает антиоксидантными свойствами – тормозит развитие окислитель-

ного стресса, индуцированного ультрафиолетовым излучением [13].

Заключение. На исследования, связанные с нанотехнологиями, поступа-

ют значительные средства от транснациональных корпораций и венчурных ин-

вестиций. Многие крупнейшие мировые компании, такие как IBM, Intel, Motorola, Lucent, Boeing, Hitachi и т.д.

Время, необходимое для коммерциализации продукта, велико, потому что отрасли могут предпочесть мониторинг разработки в исследовательских агентствах и лабораториях, прежде чем делать значительные инвестиции. Кро-

ме того, развитие нанотехнологий, особенно в сочетании с биомиметическими исследованиями, приведет к поистине революционным подходам к проектиро-

ванию и производству материалов и конструкций с гораздо более высокой эф-

фективностью, устойчивостью и приспособляемостью к изменяющейся окру-

жающей среде.

79