VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014
К ВОПРОСУ О РАЗВИТИИ НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Исследование современных данных о масштабности и причинности значительного прогресса в области нанотехнологий показали, что человек всегда окружал себя нанообъектами, сам являясь живым нанообъектом, создавал своими руками нанообъекты. Однако широко заговорили о нанотехнологиях 20 – 25 лет назад в развитых странах, а в России 5-10 лет назад [1].
Наноматериалы – это материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм [2]. На основе проведенной систематизации современных работ в области нанотехнологий на рисунке 1 представлены основные типы наноматериалов и их характеристика.
На уровне нанотехнологий сейчас проектируются самые дорогостоящие модели, охватывающие все сферы деятельности человека. По данным [1] мировой рынок нанопродукции составляет 1,1 триллионов долларов, между тем мировой рынок «умного» нанотекстиля составляет 1,13 млрд. долларов.
Рисунок 1 – Основные типы наноматериалов и их характеристика
Так, в США создали спецжилет, который позволяет пилотам сверхзвуковых истребителей ВМФ быстро ориентироваться в пространстве, при возникновении критический ситуаций. В жилет встроены тактильные стимуляторы, посылающие в нужный момент вибрацию, что препятствует дезориентации и ориентирует внимание пилотов на нахождение сторон. По мнению экспертов, спецжилет взаимодействуя на чувство осязания пилота, позволит сократить число авиакатастроф истребителей ВМФ США.
Для мотоциклистов и велосипедистов создали нагревающийся жилет, присоединенный к мотоциклу или велосипеду, а вырабатываемая энергия которого передается к токопроводящей одежде. Вырабатываемая энергия передается к токопроводящей одежде. В модель жилета встроен миникомпьютер, позволяющий контролировать нагрев разных частей тела.
Технология Zoned Aerodynаmic (аэродинамическое зонирование), запатентованная фирмой Nike, позволяет в костюмах для конькобежцев и лыжников применять до 6 различных материалов, сочетание которых оптимизирует аэродинамические свойства одежды. Каждый вид материала предназначен для «прикрытия» определенной части тела, а швы обработки позволяют свести к минимуму сопротивление. Австралийский пловец Ян Торп выиграл 3 золотых медали на Олимпийских играх в Сиднее, благодаря облегающему костюму «акулья шкура», созданный в соответствии с гидродинамическими требованиями фирмой Adidas [3].
Осознание того, что наноматериалы обладают новыми свойствами (физическими, оптическими, химическими, диффузионными, каталитическими, электрическими, квантовыми, теплозащитными и является одной из причин нанобума. На рисунке 2 представлена схема, отражающая принципиальную связь, возникающую при переходе создания новых свойств к наноразмерным структурам.
Рисунок 2 – Общая схема перехода новых свойств к наноразмерным структурам
В соответствии с новыми возможностями одежда может стать «второй» кожей. В таблице 1 приведены «новые» свойствами, которые существуют в текстильной промышленности.
Таблица 1 - Достижения нанотехнологий в текстильной промышленности
|
№ п/п |
Материал |
Описание |
«Новые» свойства |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
Дышащие, водоотталкивающие ткани |
Ламинирование ткани нано волоконной матрицей; Микропористое покрытие тканей |
Не промокает при дожде и «дышит» |
|
2 |
Гидрофильное ламинирование тканей |
Последовательность физических процессов «сорбция-диффузия-десорбция» |
Не промокает при дожде и «дышит» |
|
3 |
Термоизоляционные материалы |
Микро- и нановолокна или полые волокна с большим объемом воздуха в волокнах и между волокнами |
Повышенные теплоизоляционные свойства, в сравнении с обычными волокнами из полиэфира |
|
4 |
Защитный нетканый материал |
Технология спандбонд из п/э и гидропереплетение, термоскрепление, каландровая технология |
Реагирует на изменении в организме человека и в окружающей среде и изменяет свои свойства в соответствии с этим |
|
5 |
Фотолюминесцирующие материалы |
Люминисцирующий пигмент на основе кристаллического сульфида цинка, возбуждаемого цветом, который способен поглащать видимый свет и хранить эту энергию в форме электронов различного уровня |
Эффект свечения |
|
6 |
Материалы с фазовым переходом |
Капсулы содержащие углеводороды с различной длиной цепи, с фазовыми переходами в области близкой к температуре кожи человека |
Поглощают избыток тепла от тела, терморегулируют пододежное пространство |
|
7 |
Охлаждающие волокна |
Охлаждающие волокна вводят в структуру ткани |
Терморегулируют пододежное пространство |
|
8 |
Реактивный материал |
Ткань окрашенная термохромными красителями, окраска которых изменяется с повышением температуры. Эти красители отражают часть возникающей радиационной энергии |
Защищают от пламени и перегрева |
|
9 |
Технология на основе силиконов |
Мягкий, легко формируемый и одновременно формостойкий дилатантный силикон, которым пропитывают трехмерный текстильный материал |
Пуле- и ударозащитная одежда, при этом эластичная и дышащая |
|
Продолжение таблицы1 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
10 |
Экзотермические функции текстиля |
Пассивная регулировка достигается за счет термоизоляции с использованием нановолокон в объемности пряжи; активная регулировка достигается за счет сообщения волокнам экзотермических свойств |
Терморегулируют пододежное пространство |
|
11 |
Волокна на основе п/э с включением частиц углерода из кокосовых листьев |
Введение в п/э волокна частиц углерода, полученного у листьев кокоса |
Быстро сохнет, контролирует неприятный запах, защищает от УФ-лучей |
|
12 |
«Умные» материалы |
Класс различных по химическому и агрегатному составу материалов, способных значительно изменять свои физические и физико-механические свойства под влиянием внешних воздействий |
Сенсорные свойства |
|
13 |
Текстильтроника |
Текстиль, который способен чувствовать, анализировать и разумно по программе выполнять многочисленные функции по обеспечению нормальной жизнедеятельности пользователя этой одеждой в нормальных экстремальных условиях |
Биометрические свойства |
По данным таблицы можно сделать вывод о том, в индустрии текстиля и одежды ученые и технологи концентрируются на инновациях с целью придать им новые свойства, отвечающие растущим требованиям потребителей. Как представлено выше, наночастицы и наноматериалы обладают комплексом новых свойств, безопасность которых для жизнедеятельности человека не известна. На рисунке 3 видно, что физико-химические свойства наночастиц и нанотехнологий не являются однозначно положительными.
Таким образом, необходимо достижение баланса между обеспечением безопасности нанотехнологий для здоровья человека и внедрением в производство продукции наноиндустрии, обладающей множеством полезных потребительских свойств.
Рисунок 3 – Неоднозначность положительного эффекта от свойств наночастиц и наноматериалов
В перспективе ожидается тесный контакт человека с наноматериалами, поэтому изучение вопросов потенциальных рисков их использования представляется первостепенной задачей.
Список литературы
-
Кричевский Г.Е. Нано-, био-, химические технологии в производстве нового поколения волокон, текстиля и одежды. Издание первое. – М.: 2011. - С.528.
-
Кузнецов Д.М.,Черунова И.В. Черунова Е.С. Акустическая эмиссия в жидкости при импегнировании гибких пористых. Материаловедение: Москва. – 2013. - № 3. – 2013. – С.37-41.
-
Нанотехнологии [Электронный ресурс]: Режим доступа //http.www.dvfu.ru/meteo/PC/NanoTekhnology.htm.