Применение наноматериалов
Наноматериалы обладают уникальными свойствами и преимуществами, по сравнению с другими материалами, например крупнозернистыми или аморфными. Только наноматериалы могут сочетать высокие прочностные свойства и высокую пластичность.
Наноматериалы имеют значительные потенциальные возможности для конструкционного назначения, применения в электронике, преобразования и хранения энергии, телекоммуникаций, информационных технологий, медицины, катализа и защиты окружающей среды.Нанопорошки. Области использования нанопорошков можно классифицировать следующим образом: Использование нанопорошков в диспергированном состоянии: пигменты для красок, различные виды наполнителей каучука и резины, магнитные порошки, носители биологически активных препаратов, катализаторы, присадки к смазочным маслам и др. Использование нанопорошков в качестве исходного сырья для изготовления консолидированных объемных нанокристаллических материалов, как высокоплотных (твердые сплавы, керметы, стали, материалы для электрических контактов, инструментальная керамика), так и пористых консолидированных материалов (компактов) для изготовления фильтров, полированных материалов (в виде суспензий, полимерных материалов с наполнителем, например, в виде кругов). Потребность в нанопорошках по отраслям: электроника и оптика — 41 %; обрабатывающая промышленность — 28 %; энергетика и экология — 8 %; медицина и косметическая промышленность — 7 %. Основные типы товарных нанопорошков: оксиды (78—80 %), металлы (15—17 %), смеси и другие (3—7 %). В табл. 15 приведены данные о потребности в нанопорошках.
Твердые сплавы и нанокерамика. Технология получения наноструктурных твердых сплавов включает синтез нанопорошков заданного фракционного и фазового состава, прессование и спекание. Всего в мире, исключая Китай, в 2000 г. было произведено около 30 тыс. т твердых сплавов, из них 12 тыс.
т субмикронных твердых сплавов. Применение конструкционной деформируемой керамики обусловлено высокой температурой эксплуатации, твердостью, прочностью, сопротивлением ползучести, коррозионной стойкостью, устойчивостью к износу и эрозии, антифрикционными и фрикционными свойствами. Однако керамика имеет низкую трещиностойкость и пластичность. У нанокерамики обнаружена повышенная низкотемпературная пластичность, которую можно использовать в промышленных процессах экструзии и прокатки керамик.Разрабатывают керамические биологически совместимые и биологически активные материалы медицинского назначения для реконструкции дефектов костных тканей и изготовления имплантантов, несущих физиологические нагрузки.
Таблица 15
Потребность в нанопорошках (млн долл.)
Годы | 2000 | 2002 | 2007 | 2012 | 2020 |
Потребность в металлических НП | 30 | 45 | 150 | 500 | 3000 |
В том числе: | |||||
в драгоценных металлах | 22 | 28 | 75 | 200 | 900 |
в других металлах (Си, Аи, А1, Та, W, Mo, Fe, Ni) и сплавах | 8 | 17 | 75 | 300 | 2100 |
Потребность в оксидных НП | 88 | 140 | 675 | 2100 | 11500 |
В том числе: | |||||
в диоксиде кремния | 59 | 73 | 225 | 525 | 1500 |
в оксиде (гидроксиде) алюминия | 12 | 20 | 100 | 260 | 850 |
в оксиде титана | 5 | 15 | 110 | 325 | 1000 |
в оксиде цинка | 4 | 12 | 90 | 160 | 300 |
в оксиде железа | 4 | 12 | 35 | 75 | 150 |
В оксидах других металлов (Се, Li, Co, Mn, In, Sb, Sn, Ni, Sr, Ba, Zr, Cu, Bi, Mg и др.) | 4 | 8 | 55 | 355 | 2900 |
Композиционные материалы. Металлополимеры — композиционные материалы, содержащие частицы металла в полимерной матрице, получают несколькими методами: термическим разложением металлосодержащих соединений в растворе-расплаве полимера, конденсацией паров металла на полимерную подложку, капсулированием наночастиц политетрафторэтиленом и электрохимическим осаждением металлических наночастиц в полимерах.
Введение в полимерную матрицу металлических частиц, больших, чем расстояние между цепями, сшивками и кристаллическими блоками, приводит к нарушению структуры полимера и ухудшению свойств композита. С уменьшением размеров частиц металла и полимера меняются свойства как исходных композитов, так и композиционного материала. Изменение доли границ раздела позволяет менять свойства материала. Металлические наночастицы наполнителя приводят к реорганизации надмолекулярной структуры полимерной матрицы. Наноструктурные металлополимерные покрытия обладают повышенными трибологическими свойствами, высоким сопротивлением износу, пониженным коэффициентом трения, повышенной коррозионной стойкостью и повышенной биосовместимостью.
Еще по теме Применение наноматериалов:
- 1.3. Нанокомпозиты и перспективы их применения
- Глава 2. Использование нанотехнологий в пищевой промышленности
- Возможные направления кластеризации наноиндустрии Волгоградской области
- МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ
- Методы получения объемных наноматериалов
- СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ОБЪЕМНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ
- Применение наноматериалов
- МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОПОРОШКОВ И НАНОМАТЕРИАЛОВ
- ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОУСТРОЙСТВА НА ИХ ОСНОВЕ
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- Определения и классификаторы нанотехнологий
- Военные применения и безопасность
- Индикаторы развития институционально-технологической инфраструктуры
- ПРЕДИСЛОВИЕ