Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Материалы будущего: нанокомпозиты

Материалы будущего: нанокомпозиты
В этой статье мы расскажем вам о новом, но чрезвычайно перспективном виде наноматериалов, который называется нанокомпозитами. Нанокомпозиты обладают превосходными физическими и химическими свойствами благодаря своей структуре и могут применяться в самых разных областях, включая производство электроники и новых материалов, в медицине и в экологии, в аэрокосмической и автомобильной отраслях.


 

Структура нанокомпозитов

В научном издании “Nanocomposite science and technology” нанокомпозит определяется как многокомпонентный твердый материал, в котором один из компонентов в одном, двух или трех измерениях имеет размеры, не превышающие 100 нанометров; также под нанокомпозитами понимаются структуры, состоящие из множества повторяющихся  компонентов-слоев (фаз), расстояние между которыми измеряется в десятках нанометров.

 

 

Хотя подобный термин иногда употребляют для обозначения коллоидов, гелей или ко-полимеров, в первую очередь его следует соотносить с классом твердых образований, состоящих из основной матрицы и наноразмерного компонента, различающихся между собой по структурным параметрам и химическим свойствам. При этом механические, электрические, термические, оптические и иные характеристики нанокомпозитов заметно разнятся со свойствами обыкновенных композитных материалов, изготовленных из тех же базовых веществ или элементов.

Хотя нанокомпозиты можно встретить в природных объектах, к примеру, в костях живых организмов, нас больше интересует, как производятся и применяются искусственные нанокомпозитные материалы. Использовать нанокомпозиты начали еще в середине прошлого века, когда еще полностью не представляли себе их физическую и химическую сущность. Первыми нанокомпозитными материалами были реологические органоглины,  полученные для нужд промышленности, и косметические средства.

 

Виды нанокомпозитных материалов

В зависимости от типа основной матрицы, занимающей большую часть объема нанокомпозитного материала, нанокомпозиты принято подразделять на три категории. Нанокомпозиты на основе керамической матрицы улучшают оптические и электрические свойства первоначального материала (керамического соединения, состоящего из смеси оксидов, нитридов, силицидов и т.д.). В нанокомпозитах на основе металлической матрицы так называемым усиливающим материалом (нанокомпонентом) часто служат углеродные нанотрубки, повышающие прочность и электрическую проводимость. Наконец полимерные нанокомпозиты содержат полимерную матрицу с распределенными по ней наночастицами или нанонаполнителями, которые могут иметь сферическую, плоскую или волокнистую структуру.

Именно полимерные нанокомпозиты особенно востребованы в последнее время, потому было предложено много различных вариантов нанонаполнителей, усиливающих и изменяющих свойства полимеров. В качестве матрицы в этом виде нанокомпозитов применяют полипропилен, полистирол, полиамид или нейлон, а нанокомпонентами выступают частицы оксидов алюминия или титана, либо углеродные, а также кремниевые нанотрубки и волокна. Нанокомпозиты на основе полимеров отличаются от обычных полимерных композитных материалов меньшим весом и при этом большей ударопрочностью и износостойкостью, а также хорошим сопротивлением химическим воздействиям, что позволяет использовать их в военных и аэрокосмических разработках. Главное условие для создания полимерного нанокомпозита с необходимыми свойствами заключается в полной совместимости основного материала и добавляемых к нему наночастиц, однако не менее важно для конечного результата правильно распределить наночастицы на полимере. Потому производство нанокомпозитов  представляет собой высокотехнологичную отрасль и требует проведения серьезных научных исследований в области нанотехнологий.

 

Применение нанокомпозитных материалов

Нанокомпозиты благодаря своим впечатляющим физическим и химическим характеристикам способны принести пользу в самых разных сферах производства, электроники и даже медицины.

Например, исследователям, занимающимся нанокомпозитами, удалось изобрести метод создания анодов из кремниевых наносфер и углеродных наночастиц для литиевых элементов питания. Аноды, изготовленные из кремниево-углеродного нанокомпозита, намного более плотно прилегают к литиевому электролиту, уменьшая вследствие этого время зарядки или разрядки устройства. Из нанокомпозитов, состоящих из целлюлозной основы и нанотрубок, можно производить токопроводящую бумагу. Если такую бумагу поместить в электролит, появится нечто вроде гибкой батареи. Также в электронной промышленности нанокомпозиты собираются применять для получения термоэлектрических материалов, демонстрирующих сочетание высокой электропроводности с низкой теплопроводностью.

 

 

Особое место в разработке нанокомпозитных материалов занимает графен. Нанокомпозит, содержащий графен и олово, представленный группой ученых из Национальной Лаборатории им. Лоуренса Беркли Департамента Энергетики Правительства США (the U.S. Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory), способен заметно увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов и уменьшить их вес. Недавно было установлено, что добавление графена к эпоксидным композитам приводит к увеличению жесткости и прочности материала по сравнению с композитами, содержащими углеродные нанотрубки. Графен лучше соединяется с эпоксидным полимером, более эффективно проникая в структуру композита. Нанокомпозиты на основе графена можно использовать при производстве компонентов авиатехники, которые должны оставаться одновременно легкими и устойчивыми к физическому воздействию.

Нанокомпозиты на основе полимерных матриц и нанотрубок способны изменять свою электрическую проводимость за счет смещения нанотрубок относительно друг друга под влиянием внешних факторов. Это свойство можно применить для создания микроскопических сенсоров, определяющих интенсивность механического воздействия за сверхкороткие промежутки времени.

Ученые также надеются, что нанокомпозиты помогут ускорить восстановление структуры поврежденных костей, если вдоль них установить направляющие рост и регенерацию тканей костей шарниры, сделанные из полимерного нанокомпозита, содержащего нанотрубки. А в 2012 другая группа исследователей предложила использовать нанокомпозиты в стоматологии для восстановления зубной эмали. Есть уверенность и в том, что если соединить магнитные частицы с флуоресцирующими частицами,  появится возможность получить материал, которому присущи оба эффекта. За счет магнитных качеств такого нанокомпозита можно быстрее и проще обнаружить опасные образования в организме, а во время оперативного вмешательства подсветка облегчит работу хирургам.

 

 

Нанокомпозиты, содержащие частицы оксида циркония и обладающего отличными каталитическими свойствами, по мнению синтезировавших их ученых из Ирана, пригодятся не только в фармакологии и медицине, но и в процессе очистки объектов окружающей среды от органических загрязнителей, а также для их переработки в безопасные материалы («зеленая химия»).

 

 

В автомобильной промышленности из нанокомпозитных материалов можно изготавливать различные элементы интерьера, электронного оборудования, систем безопасности, шин, модулей двигателей автомобилей. Это позволит снизить общий вес конструкции, сократить выбросы углекислого газа, увеличив помимо того и эффективность самого двигателя, снизить износ деталей и частей корпуса, повысить прочность автомобильного кузова и надежность бортовой электроники.

---------

В интерактивном мире все больше людей отдают предпочтение электронным системам. Это удобно и меньше тратиться времени. Вашему вниманию представлена система электронной очереди. Более детально ознакомиться с ее возможностями можно на сайте http://www.studioer.ru.

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Китай заявил о крайне низком риске из-за неуправляемой ракеты

Китай заявил о крайне низком риске из-за неуправляемой ракеты

Китай сообщил в пятницу, что риск от ракеты, которая сбилась с орбиты после отделения от космической станции Пекина, «чрезвычайно низкий» после того, как Соединенные Штаты предупредили, что она может упасть на населенный пункт.

Военные эксперты в США ожидают, что корпус ракеты Long March 5B упадет на поверхность Земли примерно в субботу или воскресенье, но предупредили, что трудно предсказать, где и когда он приземлится. Но Пекин не согласился с такой точкой зрения. «Вероятность причинения вреда авиационной деятельности или людям и их деятельности на земле чрезвычайно мала», - заявил официальный представитель министерс...
07.05.21 12:38
0
1
Blue Origin отправит первый экипаж в космос в июле

Blue Origin отправит первый экипаж в космос в июле

Компания Джеффа Безоса отправит свой первый экипаж в космос 20 июля и предложит одно из мест победителю онлайн-аукциона.

Поездка продлится в общей сложности десять минут, четыре из которых пассажиры проведут над линией Кармана, которая отмечает признанную границу между атмосферой Земли и космосом. «Мы совершенствуем нашу способность запускать, приземляться и повторять», - говорится в видео, сопровождающем объявление. «Наш следующий запуск будет первым, когда космонавты полетят на борту New Shepard». Суборбитальная...
06.05.21 11:32
0
1
Предложен новый метод уточнения постоянной Хаббла

Предложен новый метод уточнения постоянной Хаббла

Группа международных ученых предложила простой и новый метод, позволяющий снизить погрешность измерений постоянной Хаббла до 2% с использованием однократного наблюдения пары сливающихся нейтронных звезд.

Вселенная непрерывно расширяется. Из-за этого далекие объекты удаляются от нас. Фактически, чем дальше они находятся, тем быстрее движутся. Ученые описывают это расширение через известное число, постоянную Хаббла, которая сообщает, насколько быстро объекты во Вселенной удаляются от нас в зависимости от их расстояния до нас. Путем точного измерения постоянной Хаббла можно определить некоторые из са...
05.05.21 10:59
0
1
Раскрыт секрет долгожителей о здоровом старение

Раскрыт секрет долгожителей о здоровом старение

В наиболее подробном геномном исследовании с участием людей старше 100 лет, исследователи сосредоточили внимание на нескольких конкретных генетических характеристиках, которые обеспечивают защиту от возрастных заболеваний.

Варианты генов, улучшающие процессы репарации ДНК, были особенно заметны именно у пожилых людей. Если хорошо питаться, часто заниматься спортом и избегать пагубных пороков, есть все основания надеяться на долгую и здоровую жизнь. Конечно, многие возрастные заболевания кажутся почти неизбежными, независимо от того, настигнут ли они вас в 80 или 90 лет. Но некоторые люди демонстрируют склонность к ...
05.05.21 10:15
0
1
Переработанные отходы целлюлозных заводов придают цементу прочность и эластичность

Переработанные отходы целлюлозных заводов придают цементу прочность и эластичность

Целлюлозные заводы производят значительное количество отходов, и ученые довольно творчески подходят к тому, как их можно использовать.

Последний пример исходит от исследователей Университета Британской Колумбии (UBC), которые использовали отходы целлюлозного завода в качестве наполнителя для цемента, который оказался более прочным и устойчивым. Отходы, лежащие в основе этого прорыва, известны как зола уноса целлюлозных заводов (PFA), которую целлюлозно-бумажная промышленность Северной Америки производит более миллиона тонн ежего...
11.04.21 16:09
0
2
Проводящий гидрогель может найти применение в робототехнике и не только

Проводящий гидрогель может найти применение в робототехнике и не только

Сейчас для создания устройства с высокой электропроводностью придется использовать твердые металлы. Но теперь ученые из Университета Карнеги-Меллона создали мягкий и гибкий материал, отвечающий всем требованиям.

Под руководством профессора Кармеля Маджиди исследователи начали с суспендирования чешуек серебра микрометрового размера в полиакриламидно-альгинатном гидрогеле. Когда этот материал впоследствии был частично дегидратирован, чешуйки серебра сцепились друг с другом, образуя сети, проходящие через матрицу гидрогеля. Эти сети были не только очень электропроводными, но и могли противостоять механическ...
21.03.21 13:29
0
1
Бактериальная биопленка выжимает масло из воды

Бактериальная биопленка выжимает масло из воды

Масло и воду очень трудно разделить, что затрудняет очистку загрязненной воды. Исследователи из Университета Северной Каролины обнаружили, что мембрана из бактериальной биопленки может эффективно пропускать воду, удерживая при этом масло.

Нефть представляет серьезную опасность для окружающей среды, когда случаются огромные разливы нефти, такие как Deepwater Horizon, но даже в меньших масштабах загрязнение может происходить в результате промышленных процессов. Всегда востребованы новые решения по очистке. В новом исследовании исследователи Университета Северной Каролины обратились за помощью к бактериям. Чтобы защитить себя от вред...
09.03.21 22:34
0
7
Радиация помогает самовосстановлению некоторых металлических сплавов

Радиация помогает самовосстановлению некоторых металлических сплавов

Радиация наносит вред как тканям, так и материалам. Но инженеры из Массачусетского технологического института крайне удивились, обнаружив, что она может помочь некоторым сплавам восстановиться, продлив срок их полезного использования.

Это поможет в проектировании будущих электростанций. Известно, что в ядерных реакторах радиация ускоряет коррозию большинства материалов, что приводит к возможному выходу из строя и вероятным катастрофическим последствиям. Поэтому в новом исследовании ученые из MIT и Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли намеревались определить, насколько вредна коррозия при разных уровнях радиации. Но их...
10.07.20 18:40
0